DE3447876C1 - Semiconductor layer having a laminar structure, and process for producing it - Google Patents

Semiconductor layer having a laminar structure, and process for producing it

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Abstract

The object of the invention is to be able, in a process for producing thin layers of silicon with a laminar structure on a substrate, to be able to adjust the strength of an optical birefringence effect of the silicon layer and to predefine the longitudinal orientation of the laminar structure with respect to the substrate. To achieve this object it is proposed that an amorphous or microcrystalline silicon layer be vapour-deposited in a high vacuum onto a substrate surface in such a way that the vapour deposition direction forms an angle with the substrate surface normal, the size of which angle is between 10 DEG and 80 DEG , and it is proposed that the strength of an optical birefringence effect of the silicon layer is predefined by the choice of the angle, and that a longitudinal orientation, predefined with respect to the substrate, of the laminae is set by means of an alignment of the substrate with respect to the vapour deposition direction, in such a way that the longitudinal orientation is perpendicular to a plane spanned by the legs of the angle.

Description

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine amorphe Silizium-Schicht auf eine Oberfläche eines Substrats unter einem Winkel der Normalen der Substratoberfläche zur Aufdampfrichtung im Hochvakuum aufgedampft wird, wobei der Winkel betragsmäßig zwischen 100 und 800 liegt, daß die Stärke eines optischen Doppelbrechungseffekts der Silizium-Schicht durch die Wahl des Winkels vorgegeben wird, und daß eine bezüglich des Substrats vorgegebene Längsrichtung der Lamellen durch eine Orientierung des Substrats gegen die Aufdampfrichtung eingestellt wird, derart, daß die Längsrichtung senkrecht zu einer durch die Schenkel des Winkels aufgedampften Ebene verläuft. In a method, this task is described at the outset Type solved according to the invention in that an amorphous silicon layer on a surface of a substrate at an angle of the normal to the substrate surface to the vapor deposition direction is vapor-deposited in a high vacuum, the angle being between 100 and 800 lies that the strength of an optical birefringence effect of the silicon layer is given by the choice of the angle, and that one regarding of the substrate predetermined longitudinal direction of the lamellae by an orientation of the Substrate is set against the vapor deposition direction, such that the longitudinal direction runs perpendicular to a plane vapor-deposited through the legs of the angle.

Vorteilhaft wird bei dem Verfahren kontinuierlich aufgedampft. Evaporation is advantageously carried out continuously in the process.

Besonders gün#stige optische Eigenschaften erhalten Silizium-Schichten, die nach einem be#vorzugten Verfahren hergestellt sind, bei dem die Normale der bedampften Substratoberfläche einen Winkel zur Aufdampfrichtung bildet, der zwischen 150 und 450 eingestellt wird. Silicon layers are given particularly favorable optical properties, which are manufactured by a preferred process in which the normal of the The vapor-deposited substrate surface forms an angle to the vapor-deposition direction that is between 150 and 450 is set.

Das Substrat selbst kann eine amorphe oder eine kristalline Struktur besitzen. Bevorzugt wird ein Material als Substrat eingesetzt, bei dem durch Walzen und/oder Ziehen eine Vorzugsrichtung erzeugt wurde. The substrate itself can have an amorphous or a crystalline structure own. A material is preferably used as the substrate, in which by rolling and / or drawing a preferred direction was generated.

Besonders günstig ist es, das Substrat während dem isAufdampen des Siliziums zu beheizen, wobei die Temperatur des Substrats auf einem Wert zwischen 270 K und 670 K gehalten wird. It is particularly favorable to remove the substrate during the deposition of the To heat silicon, the temperature of the substrate at a value between 270 K and 670 K is held.

Bei einem besonders bevorzugten Verfahren wird die amorphe Silizium-Schicht mit einer Aufdampfgeschwindigkeit kleiner als 1 nm/s bei einem Restgasdruck von weniger als 1 Pa auf das Substrat aufgebracht. In a particularly preferred method, the amorphous silicon layer is with a vapor deposition rate of less than 1 nm / s at a residual gas pressure of less than 1 Pa applied to the substrate.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können optisch anisotrope Bereiche direkt und mit vorausbestimmbarer Lage der optischen Achse im Mikro-Maßstab in optoelektronische Bauelemente eingebaut bzw. With the method according to the invention, optically anisotropic areas can be created directly and with a predeterminable position of the optical axis on a micro-scale in optoelectronic Components built in or

auf deren Substrat aufgebracht werden. Damit erschließt sich für das erfindungsgemäße Verfahren ein weiter Anwendungsbereich, z. B. im Hinblick auf eine einfache Ankoppelung von Leitleitern an optoelektronische Bauteile. are applied to their substrate. This opens up for the inventive method has a wide range of applications, for. B. with regard to a simple coupling of conductors to optoelectronic components.

Als weiterer Vorteil ergibt sich die Möglichkeit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen optischen Elemente in der erst in jüngster Zeit entwickelten Mikro-Mechanik zum Einsatz zu bringen bzw. die erfindungsgemäßen amorphen oder mikrokristallinen Siliziumstrukturen in einem direkten Verfahren in mikro-mechanische Vorrichtungen und Geräte zu integrieren, da für die Mikro-Mechanik ebenfalls kristallines Silizium ein sehr geeignetes Ausgangsmaterial darstellt. Another advantage is the possibility that according to the invention Optical elements obtained in the process developed only recently To bring micro-mechanics into use or the amorphous or microcrystalline according to the invention Silicon structures in a direct process in micro-mechanical devices and to integrate devices, since crystalline silicon is also used for the micro-mechanics represents a very suitable starting material.

Ein besonders bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt im einzelnen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig.2 einen nicht maßstäblich vergrößerten Ausschnitt A aus einem Substrat mit einer aufgebrachten Silizium-Schicht mit Lamellenstruktur von F i g. 1 und F i g. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des optischen Anisotropieeffekts der Silizium-Schicht in bezug zum Aufdampfwinkel setzt. A particularly preferred method according to the invention is described below explained in more detail with reference to the drawing. It shows in detail Fig. 1 a schematic Representation of a system for carrying out the method according to the invention, FIG a not to scale enlarged section A from a substrate with an applied Silicon layer with lamellar structure from FIG. 1 and F i g. 3 is a diagram showing the dependence of the optical anisotropy effect of the silicon layer in relation to to the evaporation angle.

Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten Anordnung wird festes Silizium 1 bei einem Hintergrunddruck unterhalb von 2 mPa durch einen Elektronenstrahl 2 nahezu punktuell aufgeheizt und kontinuierlich verdampft. In the case of the in FIG. 1 arrangement shown schematically is solid Silicon 1 at a background pressure below 2 mPa by an electron beam 2 heated up almost at certain points and evaporated continuously.

Im Abstand H von dem festen Silizium 1, der beispielsweise 0,5 m beträgt, ist ein Substrat 3 angeordnet, das durch ein Heizelement 4 über Strahlungswärme geheizt werden kann. Eine günstige Substrattemperatur liegt beispielsweise bei 670 K. At a distance H from the solid silicon 1, for example 0.5 m is, a substrate 3 is arranged, which by a heating element 4 via radiant heat can be heated. A favorable substrate temperature is 670, for example K.

Die Normale N der Substratoberfläche 6 bildet mit der Aufdampfrichtung einen Winkel oz. In diesem Beispiel beträgt der Winkel a etwa 200. The normal N of the substrate surface 6 forms with the vapor deposition direction an angle oz. In this example, the angle α is approximately 200.

Das Material des Substrats 3 ist in diesem Beispiel Corning Glas des Typs 7059. The material of the substrate 3 is Corning glass in this example of the type 7059.

Bei einer Aufdampfgeschwindigkeit von 100 pm/s bildet sich in ca. 3 Std. eine Silizium-Schicht 8 mit einer Dicke D von 1 llm. Die Lamellenstruktur der Silizium-Schicht 8 verläuft parallel zu einer Ebene Z, die mit der Substratoberfläche 6 einen Winkel e bildet, der in diesem Beispiel leicht von 900 abweicht, und parallel zu einer Längsrichtung R. Die Längsrichtung R selbst steht senkrecht auf einer durch die Schenkel des Winkels or aufgespannten Ebene. Auf eine Breite von 1 llm der Silizium-Schicht 8 (senkrecht zur Längsrichtung R der Lamellen gemessen) entfallen ca. 50 Lamellen, d. h. die Dicke dder einzelnen Lamelle 10 beträgt etwa 0,02 ,zum. At a vapor deposition rate of 100 pm / s, approx. 3 hours a silicon layer 8 with a thickness D of 1 μm. The lamellar structure the silicon layer 8 runs parallel to a plane Z, which is with the substrate surface 6 forms an angle e, which in this example differs slightly from 900, and is parallel to a longitudinal direction R. The longitudinal direction R itself is perpendicular to a through the legs of the angle or the spanned plane. To a width of 1 μm of the silicon layer 8 (measured perpendicular to the longitudinal direction R of the lamellas) approx. 50 lamellas are omitted, d. H. the thickness d of the individual lamella 10 is approximately 0.02, for.

Der optische Anisotropieeffekt der Multi-Lamellenstruktur läßt sich mit Hilfe einer Phasenverschiebung 7 beschreiben, die zwischen einem ordentlichen und einem außerordentlichen Teilstrahl eines Lichtstrahls auftritt, der ein optisch anisotropes Medium durchdringt F i g. 3 gibt den Zusammenhang zwischen dieser Phasenverschiebung f und dem Aufdampfwinkel a wieder. The optical anisotropy effect of the multi-lamella structure can be with the help of a phase shift 7 describe that between an ordinary and an extraordinary sub-beam of a light beam, which is an optical anisotropic medium penetrates F i g. 3 gives the relationship between this phase shift f and the vapor deposition angle a again.

Die Schichtdicke beträgt hier 1 iim, die Einstrahlung erfolgte bei dieser Messung senkrecht zur Schicht und zu der Substratoberfläche, die Messung erfolgte mit einer Strahlung der Wellenlänge 0,6 leim.The layer thickness here is 1 μm, the irradiation took place at this measurement perpendicular to the layer and to the substrate surface, the measurement took place with a radiation of wavelength 0.6 glue.

Mit der Wahl des Aufdampfwinkels a läßt sich also auch die Größe des optischen Anisotropieeffekts der Multi-Lamellenstruktur festlegen. With the choice of the vapor deposition angle a, the size can also be determined the optical anisotropy effect of the multi-lamellar structure.

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Claims (11)

Patentansprüche: 1. Halbleiter-Schicht mit Lamellenstruktur auf einer Substratoberfläche, wobei die Lamellen parallel zu einer Ebene verlaufen, die mit der Substratoberfläche einen Winkel von mindestens 100 bildet, d a -durch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Schicht (8) aus amorphem Silizium besteht und optisch doppelbrechend ist und daß die Lamellen (10) an ihren Grenzschichten (11) Berührungskontakte miteinander haben. Claims: 1. Semiconductor layer with a lamellar structure on one Substrate surface, with the lamellae running parallel to a plane that coincides with the substrate surface forms an angle of at least 100, d a - characterized by, that the semiconductor layer (8) consists of amorphous silicon and is optically birefringent and that the lamellae (10) make contact with one another at their boundary layers (11) to have. 2. Halbleiter-Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke (D) zwischen 0,1 um und 10 um aufweist. 2. Semiconductor layer according to claim 1, characterized in that it has a thickness (D) between 0.1 µm and 10 µm. 3. Halbleiter-Schicht nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lamellen (10) eine Dicke (d)von ca. 0,02 um aufweisen. 3. Semiconductor layer according to claim 1 and 2, characterized in that that the individual lamellae (10) have a thickness (d) of approximately 0.02 µm. 4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Schicht mit Lamellenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine amorphe Silizium-Schicht (8) auf eine Oberfläche (6) eines Substrats (3) unter einem Winkel (a) der Normalen (N) der Substratoberfläche (6) zur Aufdampfrichtung im Hochvakuum aufgedampft wird, wobei der Winkel (a) betragsmäßig zwischen 100 und 800 liegt, daß die Stärke eines optischen Doppelbrechungseffekts der Silizium-Schicht (8) durch die Wahl des Winkels (a) vorgegeben wird, und daß eine bezüglich des Substrats (3) vorgegebene Längsrichtung (R) der Lamellen durch eine Orientierung des Substrats (3) gegen die Aufdampfrichtung eingestellt wird, derart, daß die Längsrichtung (R) senkrecht zu einer durch die Schenkel des Winkels (n) aufgespannten Ebene verläuft. 4. Process for the production of a semiconductor layer with a lamellar structure according to one of claims 1 to 3, characterized in that an amorphous silicon layer (8) on a surface (6) of a substrate (3) at an angle (a) to the normal (N) the substrate surface (6) is vapor-deposited in the direction of vapor deposition in a high vacuum, where the angle (a) is between 100 and 800, that the strength of a optical birefringence effect of the silicon layer (8) through the choice of the angle (a) is predetermined, and that a predetermined longitudinal direction with respect to the substrate (3) (R) of the lamellae by orienting the substrate (3) against the direction of vapor deposition is set such that the longitudinal direction (R) is perpendicular to one through the Legs of the angle (s) spanned plane runs. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen kontinuierlich durchgeführt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the vapor deposition is carried out continuously. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die für Normale (N) der Substratoberfläche (6) ein Winkel (a) zur Aufdampfrichtung, der zwischen 150 und 450 liegt, eingestellt wird. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the for normal (N) of the substrate surface (6) an angle (a) to the vapor deposition direction, which is between 150 and 450 is set. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß ein Material mit einer durch Walzen und/oder Ziehen erzeugten Vorzugsrichtung als Substrat (3) verwendet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims. characterized, that a material with a preferred direction produced by rolling and / or drawing is used as the substrate (3). 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Glas als Substrat (3) verwendet wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that glass as Substrate (3) is used. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) während des Aufdampfens des Siliziums beheizt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the substrate (3) is heated during the vapor deposition of the silicon. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats auf einem Wert zwischen 270 K und 670 K gehalten wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the temperature of the substrate is kept at a value between 270 K and 670 K. 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Silizium-Schicht (8) mit einer Anfangsgeschwindigkeit kleiner als 1 nm/s bei einem Restgasdruck von weniger als 1 Pa auf das Substrat (3) aufgebracht wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the silicon layer (8) with an initial speed of less than 1 nm / s is applied to the substrate (3) at a residual gas pressure of less than 1 Pa. Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Schicht mit Lamellenstruktur auf einer Substratoberfläche, wobei die Lamellen parallel zu einer Ebene verlaufen, die mit der Substratoberfläche einen Winkel von mindestens 100 bildet Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiter-Schicht Aus der US-Patentschrift 33 91 022 ist eine gattungsgemäße Halbleiter-Schicht sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. The invention relates to a semiconductor layer with a lamellar structure on a substrate surface, with the lamellae running parallel to a plane, which forms an angle of at least 100 with the substrate surface. The invention also relates to a method for producing such a semiconductor layer From US Patent 33 91 022 a generic semiconductor layer is as well a process for their production is known. Die Halbleiter-Schicht besteht hierbei aus Antimonoxisulfiden, wie z. B. Sb4OS5, Sb402S4 und ähnlichen Verbindungen. Bei der Aufdampfung im Hochvakuum entsteht auf der Substratoberfläche eine kontinuierliche Schicht des Halbleiters, von der aus lamellenförmige Erhebungen in Richtung zur Aufdampfrichtung herausragen. Zwischen den einzelnen Lamellen besteht ein Abstand, der in etwa der Lamellendicke selbst entspricht, so daß die Lamellen in keinem Fall mit ihren Grenzschichten Berührungskontakt haben. The semiconductor layer consists of antimony oxysulfides, such as z. B. Sb4OS5, Sb402S4 and similar compounds. During vapor deposition in a high vacuum a continuous layer of the semiconductor is created on the substrate surface, from which lamellar elevations protrude in the direction of the vapor deposition. There is a distance between the individual lamellas that is roughly the same as the lamellar thickness itself corresponds, so that the lamellae in no case touch contact with their boundary layers to have. Es handelt sich bei dieser bekannten Halbleiter-Schicht insbesondere um eine fotoleitfähige Schicht, deren Vorteil gerade in der Kontinuität der Schicht liegt. In particular, this known semiconductor layer is involved a photoconductive layer, the advantage of which is precisely the continuity of the layer lies. Die Ausnutzung des Fotoleitfähigkeitseffekts ist dabei davon abhängig, daß die Lichtquanten von dem Halbleitermaterial absorbiert werden, d. h. daß das Halbleitermaterial lichtundurchlässig ist.The utilization of the photoconductivity effect depends on that the light quanta are absorbed by the semiconductor material, d. H. that this Semiconductor material is opaque. Bekannt sind ebenfalls Verfahren zur Herstellung von dünnen Schichten aus amorphem Silizium mit einer Lamellenstruktur parallel zur Substratoberfläche. Außerdem ist bekannt, daß bei senkrechtem Aufdampfen das amorphe Silizium eine Säulenstruktur ausbildet. Processes for producing thin layers are also known Made of amorphous silicon with a lamellar structure parallel to the substrate surface. It is also known that in the case of perpendicular vapor deposition, the amorphous silicon has a columnar structure trains. Aufgabe der Erfindung ist es, eine optisch anisotrope Halbleiter-Schicht aus Silizium zu schaffen, die lichtdurchlässig ist. The object of the invention is to provide an optically anisotropic semiconductor layer to create from silicon that is translucent. Diese Aufgabe wird bei einem Halbleitermaterial der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleiter-Schicht aus amorphem Silizium besteht und optisch doppelbrechend ist und daß die Lamellen an ihren Grenzschichten Berührungskontakt miteinander haben. In the case of a semiconductor material, this task is described at the outset Type solved according to the invention in that the semiconductor layer is made of amorphous silicon exists and is optically birefringent and that the lamellae at their boundary layers Have physical contact with each other. Die erfindungsgemäß erzielte Lamellenstruktur verläuft in ihrer Längsrichtung senkrecht zur Normalen der Substratoberfläche und senkrecht zur Aufdampfrichtung. Die Längsrichtung der Lamellen bestimmt aber auch die Lage der optischen Achse oder Achsen der optisch doppelbrechenden Struktur. Damit läßt sich die Lamellenstruktur mit definierter Lage der optischen Achse auf das Substrat aufbringen. The lamellar structure achieved according to the invention runs in its longitudinal direction perpendicular to the normal of the substrate surface and perpendicular to the vapor deposition direction. The longitudinal direction of the lamellas also determines the position of the optical axis or Axes of the optically birefringent structure. This allows the lamellar structure Apply to the substrate with a defined position of the optical axis. Vorteilhaft ist, daß die Dicke der Silizium-Schicht in weiten Grenzen gewählt werden kann, beispielsweise zwischen 0,1 um und 10 um. Die Dicke der einzelnen Lamellen liegt typisch bei etwa 0,02 um. Die Transmissionswerte der Silizium-Schichten liegen im Wellenlängenbereich von 1 um bis 20 um nahe bei 100%. It is advantageous that the thickness of the silicon layer is within wide limits can be chosen, for example between 0.1 µm and 10 µm. The thickness of each Lamella is typically around 0.02 µm. The transmission values of the silicon layers are close to 100% in the wavelength range from 1 µm to 20 µm. Diese optisch doppelbrechenden Strukturen sind vor allem für den Bereich der hoch- und höchstintegrierten optoelektronischen Bauelemente interessant, wobei durch das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit der bekannten Si-Technologie außerordentlich kleine Abmessungen erzielt werden können. These optically birefringent structures are especially useful for Interesting area of highly and highly integrated optoelectronic components, whereby by the method according to the invention in connection with the known Si technology extremely small dimensions can be achieved. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schichten zu schaffen. Another object of the invention is to provide a method of manufacture to create the semiconductor layers according to the invention.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3391022A (en) * 1965-05-25 1968-07-02 Sony Corp Photoconductive layer and method of making the same

Patent Citations (1)

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