DE3242737A1

DE3242737A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleiter-photokathode

Info

Publication number: DE3242737A1
Application number: DE19823242737
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. 7914 Pfaffenhofen Kasper; Ulf Dr. 7900 Ulm König; Suso Dr. 7907 Langenau Weber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: KASPER, ERICH, DR.RER.NAT., 7914 PFAFFENHOFEN, DE
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1984-05-24
Also published as: GB2130434B; GB8330807D0; DE3242737C2; NL8303976A; GB2130434A

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Am/deu

Theodor-Stern-Kai 1 UL 82/105

6000 Frankfurt (Main) 70

Beschreibung

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Photokathode

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Photokathode, bei dem ein Halbleiterkörper unter Anwendung erhöhter Temperaturen mit einem Trägerkörper aus Glas mechanisch verbunden wird.

Es ist bereits bekannt, Halbleiter-Photokathoden mit einer invertierten Struktur derart herzustellen, daß ein Glasträgerkörper, der aus einer oder mehreren Schichten bestehen kann, mit einem Halbleiterkörper, der zumindest eine Schutzschicht, eine vorzugsweise akzeptor-dotierte aktive Schicht und ein Substrat aufweist, unter Druck und Temperatur bzw. elektrostatisch miteinander verbunden werden. Nach Herstellen dieses Halbleiter-Glasverbundes wird dann das Substrat abgeätzt und die aktive Schicht mit Cäsium behandelt.

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Das Herstellen der Schutzschicht als Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers erfolgt vor dem Verbundprozess. Eine solche Schutzschicht besteht üblicherweise aus einem Halbleiter mit einem größeren Bandabstand als der HaIbleiter der aktiven Schicht, z. B. GaAlAs/GaAs (Deutsche Offenlegungsschriften 29 09 956 und 29 09 985).

Die bekannten Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Photokathode bedingen eine Vielzahl von Verfahrensschritten zum Herstellen der einzelnen Schichtfolgen insbeson- IQ dere innerhalb des Halbleiterkörpers.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren einer solchen Halbleiter-Photokathode zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß.

•je ein aus mindestens zwei Schichten bestehender Glasträger verwendet wird, dessen mit dem Halbleiterkörper zu verbindender Oberflächenschicht ein Material beigemengt wird, das in der mit dem Glasträger zu verbindenden Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers als Akzeptor wirkt, und daß nach Durchführung der mechanischen Verbindung bei einer ersten Temperatur, bei einer zweiten, mindestens um 100°C erhöhten Temperatur eine Temperung erfolgt, bis Legie—

rungsbildung zwischen dem in der Glasträgerschicht vorhandenen Akzeptor und der angrenzenden Halbleiterschicht zur Bildung der Schutzschicht erzielt wird.

Durch das beschriebene Verfahren entfällt die Herstellung der Schutzschicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers vor Herstellung des Glasverbundes. Vielmehr wird diese Schutzschicht mehr oder weniger im gleichen Arbeitsgang mit dem Herstellen des Halbleiter-Glasverbundes gebildet.

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Anhand des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Die FIG. 1 zeigt einen Glasträger 10, der aus mindestens zwei Schichten 101 und 102 besteht. Der Schicht 102 ist ein Material beigemengt, das in dem Halbleiter 20, mit dem der Vebund erfolgen soll, als Akzeptor wirkt. Ein solches Material ist z. B-. Zink für einen GaAs-Halbleiter und Bor für einen Siliaium-Halbleiter. Gering bzw» stark akzeptordotierte Halbleiter werden als p- bzw. ρ -leitend bezeichnet.

Der Halbleiterkörper 20 besteht aus dem eigentlichen Substratkörper 203 und z. B. einer Halbleiterschicht 204 aus einem p-leitenden GaAs. Eine typische Stärke für die Halbleiterschicht 204 ist etwa um Ιμπί größer als die Dicke der benötigten aktiven Schicht. Zur Herstellung des Halbleiter-Glasverbundes werden nun die Oberflächen 3 der Schicht 102 und die Oberfläche k der Schicht 20*1 unter Druck bei Temperaturanwendung miteinander verbunden.

Diese Halbleiter-Glas-Verbindung, die in gewissem Sinne als Anglasprozeß bezeichnet werden kann, wird gemäß der Erfindung zweistufig zweckmäßig in einem Zwei-Zonendurchlaufofen 7 durchgeführt, wie dies in FIG. 2 dargestellt ist. In der ersten Zone des Ofens, in welcher eine übliche Anglastemperatur herrscht, werden die aufeinanderliegender! Oberflächen 3 und 4 miteinander verbunden. Danach wird der Probenträger 5 zusammen mit dem darin befindlichen Halbleiter-Glasverbundkörper von der ersten Zone 8 direkt ohne Abkühlung in die zweite Zone 9 überführt, wobei in der zweiten Zone eine Temperatur herrscht, die typischerweise 100 bis 300⁰C höher ist als die Anglasungstemperatur in der ersten Zone 8. Diese zweite Temperatur kann als Legierungstemperatur bezeichnet werden, bei welcher der Halbleiter-Glasverbundkörper eine gewisse Zeit verbleibt.

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Es treten dabei Festkörperreaktionen zwischen den im Glas vorhandenen Akzeptor und Teilen der angrenzenden Halbleiterschicht 204 auf, wodurch eine halbmetallische Legierungsschicht 201 neu gebildet wird, die als ρ -leitende Schutzschicht wirkt. Die Dicke der Halbleiterschicht 20% wird dadurch reduziert, und es verbleibt nur noch die aktive Halbleiterschicht 202, der die neu gebildete Schutzschicht 201 vorgelagert ist. Der in dieser Weise hergestellte Halbleiter-Verbundkörper wird dann dem Ofen 7 entnommen und in üblicher Weise weiterverarbeitet, was in der Weise geschieht, daß das Substrat 203 abgeätzt wird und die aktive Schicht 202 mit Cäsium behandelt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestand die Glasschicht 101 aus dem Corning-Glas 7056. Die zweite Glasschicht 102 bestand aus dem gleichen Glas wie die Schicht 101, jedoch erfolgte auf ihr eine Plasmaabscheidung von 10 μηι SiO_ mit 5 at.?6 Zn-Gehalt. Das Halbleitersubstrat 203 bestand aus orientiertem GaAs in undotiertem Zustand, wohingegen die Halbleitschicht 204 in aus p-dotiertem GaAs bestand. Die p-leitende Schicht 204 wurde mit Flüssigphasenepitaxie abgeschieden, in einer Stärke von5 μπι und einem Dotierungspegel von 5· 10 pro cm . Der Zwei-Zonendurchlaufofen 7 wurde in der ersten Zone 8 bei einer Temperatur von 65Ο⁰ und in der zweiten Zone 9 bei einer Temperatur von 83O⁰C betrieben. Der Glasträgerkörper 10 mit dem daraufliegenden Halbleiterkörper 20 wurden auf einen etwa 2 mm dicken Graphiteinsatz 6 montiert, der sich auf einem Probenträger 5 aus Metall befindet. In der ersten Zone 8 erfolgte die Anglasung zwischen den beiden Oberflächen 3 und k des Glasträgers bzw. des Halbleiter— körpers. Der Probenträger 5 mit dem Graphiteinsatz 6 und

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dem darauf befindlichen Halbleiter-Glasverbundkörper wurde nach Durchführung der Anglasung direkt in die zweite Temperaturzone 9 weitergeschoben und dort 15 Minuten lang auf dieser Temperatur (83O⁰C) getempert. Diese Temper-Temperatur war 180°C höher als die Anglasungstemperatur (65O⁰C). Während dieser Temperung entstand

die Legierungsschicht 201. Nach Entnahme des Halbleiter-Glasverbundes aus dem Ofen wurde das Halbleitersubstrat 2θ3 weggeätzt und die aktive Schicht 202 im Ultrahochvakuum mit Cäsium behandelt.

Ein weiteres bevorzugtes Glas für die Schicht 101 ist das Glas ZKN7 der Firma Schott.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GtnbH PTL-UL/Am/deu

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Patentansprüche

1J Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterphotokathode, bei dem ein Halbleiterkörper unter Anwendung erhöhter Temperaturen mit einem Trägerkörper aus Glas verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus mindestens zwei Schichten bestehender Glasträger verwendet wird, dessen mit dem Halbleiterkörper zu verbindenden Oberflächenschicht ein Material beigemengt wird, das in der mit dem Glasträger zu verbindenden Oberflächenschicht des HaIbleiterkörpers als Akzeptor wirkt, und daß nach Durchführung der mechanischen Verbindung bei einer ersten Temperatur, bei einer zweiten, mindestens um 100⁰C erhöhten Temperatur eineTemperung erfolgt, bis Legierungsbidung zwischen dem in der Glasträgerschicht vorhandenen Akzeptor und der angrenzenden Halbleiterschicht zur Bildung der Schutzschicht erzielt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mechanisch in einer ersten Temperaturzone und die Bildung der Schutzschicht in einer zweiten Temperaturzone eines zweistufigen Durchlaufofens vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Glas-Verbindung elektrostatisch in bekannter Weise bei einer ersten Temperatur erfolgt und die Bildung der Schutzschicht bei einer zweiten Temperatur vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperatur bei Bildung der Schutzschicht etwa 100⁰C bis 600°C höher ist als die erste Temperatur .
5· Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperatur bei Bildung der Schutzschicht etwa 100°C bis 300⁰C höher ist als die erste Temperatur.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur etwa 64O°C bis 68O⁰C, die zweite Temperatur etwa 8lO°C bis 86O°C beträgt.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus GaAs oder (GaIn)As besteht mit einer Akzeptordotierung zwischen ca. ΙΟ¹⁸ cm"³ und 10¹⁹ cm"³.