DE3855165T2

DE3855165T2 - Durchsichtige, elektrisch leitende halbleiterfenster und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE3855165T2
Application number: DE3855165T
Authority: DE
Inventors: V Biricik; Paul Kraatz; James Rowe; John Tully
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2008-10-15
Also published as: EP0438398B1; EP0438398A1; DE3855165D1; JP2878746B2; WO1990004189A1; JPH04504027A

Description

Gebiet der Technik

Diese Erfindung bezieht sich auf Fenster mit einem für infrarotes Licht durchlässigen Substrat und einer durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Halbleiterbeschichtung und auf Verfahren zum Herstellen dieser Fenster.

Hintergrund der Technik

Durchsichtige, leitfähige Fenster, durch die optische Energie hindurchgelangen muß und die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, sind in einer Reihe von Anwendungen nützlich. Dazu gehören durch Widerstand beheizbare Fenster, durch elektromagnetische lnteferenz (EMI) abgeschirmte Fenster, antistatische Fenster und transparente Elektroden. Im US-Patent Nr.4,710,433 mit dem Titel "Transparent Conductive Windows, Coatings, and Method of Manufacture" ("Transparente, leitfähige Fenster, Beschichtungen und Verfahren zu deren Herstellung") der Northrop Corporation, der Rechtsnachfolgerin dieser Anmeldung, werden transparente, leitfähige Fenster, Beschichtungen und deren Herstellungsverfahren beschrieben, bei denen dünne leitfähige Metallschichten verwendet werden, die zwischen dielektrischen Schichten mit gleicher lmpedanz in Sandwichkonstruktion eingefügt sind. Die Vorrichtungen dieses bekannten Patents leisten sowohl eine gute elektrische Leitfähigkeit als auch eine Durchlässigkeit im Infrarot- und Ultraviolettbereich.
Weitere bekannte relevante bekannte Vorrichtungen sind von J.L. Vossen in einem Artikel über transparente, leitfähige Filme erörtert, der in Physics of Thin Films, Vol 9, Academic Press, 1977 erschien. In diesem Artikel ist die Verwendung von transparente, leitfähige Filme bildenden Halbleiteroxiden beschrieben. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Halbleiteroxidsubstrate die Nachteile einer kurzen Lebensdauer, eines höheren als erwünschten spezifischen Widerstands und relativ geringer optischer Durchlässigkeit, vor allem im infraroten Bereich, aufweisen.
Weiterhin haben J. Aranovich et al. in "High conductivity ZnSe films" ("Filme aus ZnSe mit hoher Leitfähigkeit"), J Appl. Phys., 49(4), April 1978; L.C. Olsen et al. in "Vacuum-evaporated Conducting ZnS Films" ("Leitfähige im Vakuum aufgedampfte ZnS-Filme"), Appl. Phys. Lett., 34(8), April 1979; P. Petrou et al., in "The Use Of ZnO In Transparent Type MIS Solar Cells" ("Die Verwendung von ZnO in transparenten MIS-Solarzellen"), Appl. Phys. Lett. 15. Dezember 1979; J.B. Webb et al. in "Transparent And Highly Conductive Films Of ZnO Prepared By rf Reactive Magnetron Sputtering" ("Durch reaktives HF-Magnetronsputtern hergestellte transparente und hochleitende Filme aus ZnO"), Appl. Phys. Lett., 15. Oktober 1981 und H. Nanto et al., in "Electrical And Optical Properties Of Zinc Oxide Thin Films Prepared By rf Magnetron Sputtering For Transparent Electrode Applications" ("Elektrische und optische Eigenschaften von durch HF-Magnetronsputtern hergestellten dünnen Filmen aus Zinkoxid"), J Appi. Phys., 55(4), 15. Februar 1984, die Machbarkeit des Abscheidens dünner Ieitfähiger Filme aus ZnS, ZnSe oder ZnO zur potentiellen Verwendung in photovoltaischen Heternübergängen für Solarzellen untersucht. Bei diesen Prototypen wurden mit einer Ausnahme die Filme auf Glasscheiben abgeschieden. Bei dem Prototyp von P. Petrou et al. wurde eine Titanfilm zwischen dem dünnen Film und der Glasscheibe eingefügt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber den zuvor genannten bekannten Vorrichtungen und Prototypen. Diese sind unter anderem die Fähigkeit der Durchlässigkeit über größere Bandbreiten, die höhere Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen mit von 90º abweichenden Einfallswinkeln, größere mechanische Festigkeit, vergrößerte Vorrichtungsgröße und leichtere und billigere Herstellung.

Beschreibung der Erfindung

Es ist eine allgemeine Aufgabe der Erfindung, die in den Ansprüchen 1 und 8 definiert ist, Fenster mit transparenten, leitfähigen Halbleiterbeschichtungen vorzusehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Fenster mit einer hohen optischen Durchlässigkeit im infraroten Bereich und mit geringem Schichtwiderstand vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf für infrarotes Licht durchlässige Fenster, die ein für infrarotes Licht durchlässiges Substrat aufweisen mit einer Haibleiterbeschichtung auf einer ihrer Oberflächen. Die Halbleiterbeschichtung enthält eine Dotiersubstanz, um die Beschichtung leitfähig zu machen. Das Substrat und die Halbleiterbeschichtung können aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien sein.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen sind unter anderem Fenstersubstrate, die Germanium, Galliumarsenid, Zinkselenid, und Zinksulfid enthalten.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen haben unter anderem Halbleiterbeschichtungen, die Galliumarsenid, Gallium-Aluminium-Arsenid, Germanium, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, Halbleiterdiamant und Halbleitersiliziumkarbid enthalten.
Für Germaniumbeschichtungen sind die Dotiersubstanzen unter anderem Lithium, Phosphor, Arsen, Antimon, Wismuth, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Zink und Thallium.
Für Galliumarsenid- und Gallium-Aluminium-Arsenid-Beschichtungen sind die Dotiersubstanzen unter anderem Schwefel, Selen, Zinn, Tellur, Germanium, Silzium, Magnesium, Lithium, Zink, Mangan, Cadmium und Beryllium.
Für Zinksulfid-, Zinkselenid- oder Zinkoxidbeschichtungen sind die Dotiersubstanzen unter anderem Zink, Aluminium, Gallium und Indium.
Da Halbleiterdiamant und Halbleitersiliziumkarbid in der gleichen Gruppe wie Silizium und Germanium sind, werden für jene Dotiersubstanzen nach der Art von Germanium und Silizium gewählt.
Bei einer ein Halbleitermaterial als Substrat verwendenden Ausführungsform der Erfindung können Beschichtungen dadurch gebildet werden, daß die Substrate mit entsprechenden Dotiersubstanzelementen dotiert werden, die in die Substratoberfläche diffundieren, wobei deren optische Eigenschaften im wesentlichen unverändert bleiben.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der entweder ein Halbleiter- oder ein Nichthalbleitersubstrat verwendet wird, wird eine Halbleiterbeschichtung und eine Dotiersubstanz auf einer Oberfläche des Substrats abgeschieden. Hier können das Substat und die Beschichtung aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien sein. Daher kann das Substrat nach einer ersten Auswahl von Parametern und die Beschichtung nach einer zweiten Auswahl von Parametern ausgewählt werden, die (abgesehen von der Leitfähigkeit der Beschichtung und der Nichtleitfähigkeit des Substrats) identisch, ähnlich oder komplementär zur ersten Auswahl an Parametern sein können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird besser anhand der Zeichnungen verstanden werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Struktur eines erfindungsgemäßen Fensters,
Fig. 2 eine Kurvendarstellung, in der die Durchlässigkeitseigenschaften eines Fensters nach Fig. 1 gezeigt sind,
Fig. 3 eine Kurvendarstellung, in der die Durchlässigkeitseigenschaften eines weiteren Fensters nach Fig. 1 gezeigt sind,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Fensters,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Herstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Fensters, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines weiteren erfindungsgemäßen Fensters.

Moden für die Ausführung der Erfindung

In dieser Beschreibung bedeutet "dotiert", daß in einem Halbleiter durch Diffusion, epitaxiale Abscheidung oder durch eine andere Art und Weise eine Verunreinigungskonzentration hergestellt wird.
Die erfindungsgemäßen Fenster haben ein für infrarote Strahlung durchlässiges Substrat. Dann wird eine Beschichtung auf dem Substrat gebildet. Daher ist die Beschichtung entweder eine inhärente Schicht des transparenten Substrats oder eine zusätzliche transparente Schicht. Auf jeden Fall wird die Beschichtung mit einer entsprechenden Dotiersubstanz dotiert, um die Beschichtung leitfähig zu machen, wobei sie aber immer noch transparent bleiben soll. Im allgemeinen wird die Beschichtung eine Dicke von 1 bis 200 µm haben. Typischerweise beträgt die Dicke zwischen 1 und 50 µm.
Bei Beschichtungen, die als inhärente Schichten des Substrates gebildet werden, wird das Substrat als ein Halbleitermaterial gewählt, und eine Dotiersubstanz wird in eine Oberflächenschicht des Substrats diffundiert oder sonst eingebracht. Die Dotiersubstanz wird typischerweise zu einer Dicke zwischen 15 und 50 µm diffundiert.
Wenn die Beschichtung als eine zusätzliche Schicht auf dem Substrat gebildet wird, kann das Substrat wie beim Diffusionverfahren ein Halbleiter sein. Bei einer zusätzlichen Schicht kann das Substrat, abgesehen von seiner Eigenschaft, ein Halbleiter zu sein, zusätzlich für andere Eigenschaften ausgewählt sein, zum Beispiel für seine mechanischen Eigenschaften. Eine zusätzliche Schicht hat normalerweise eine Dicke von bis zu 200 µm, typischerweise von ungefähr 2 bis ungefähr 25 µm.
Unabhängig von der Konstruktion der erfindungsgemäßen Fenster sind die für die erfindungsgemäßen Fenster verwendeten Substrate für lnfrarotstrahlung durchlässig. Je nach dem bestimmten ausgewählten Substrat und der bestimmten ausgewählten Beschichtung werden erfindungsgemäße Fenster bis zu 16 µm transparent sein, zum Beispiel in einem Bereich von ungefähr 2 µm bis ungefähr 16 µm. Daher sind erfindungsgemäße Fenster für nahes bis langes Infrarot (IR) durchlässig.
Manche der Materialien für die Substrate und Beschichtungen der erfindungsgemäßen Fenster sind zwar auf einem sehr breiten Band durchlässig, so zum Beispiel Galliumarsenid, Zinksulfid und Zinkselenid, doch haben andere Substrate und Beschichtungen einen beschränkteren Durchlässigkeitsfrequenzbereich und werden für diesen Frequenzbereich ausgewählt. Die erfindungsgemäßen leitfähigen beschichteten Fenster haben so bestimmte nützlichen Eigenschaften bei den infraroten Wellenlängen, wobei die in den Bereichen zwischen 3 und 5 µm und zwischen 8 und 12 µm die nützlichsten sind.
Abgesehen von ihrer Durchlässigkeit für die interessierenden Wellenlängen kann man beim Auswählen der Substrate für die erfindungsgemäßen Fenster auch andere Kriterien einschließen, wie unter anderem zum Beispiel mechanische Eigenschaften und die Verfügbarkeit bestimmter Fenstergrößen. Mechanische Eigenschaften, die berücksichtigt werden können, sind die mechanische Festigkeit und die thermischen Dehnbereiche der Substrate.
Die für die erfindungsgemäßen Beschichtungen verwendeten Halbleitermaterialien haben zwar typischerweise einen höheren spezifischen Widerstand als Metallbeschichtungen, doch können sie aufgrund ihrer größeren optischen Transparenz als dickere Beschichtungen verwendet werden, und daher hat die letztendliche Beschichtung einen Schichtwiderstand der kleiner oder gleich dem Schichtwiderstand ist, den vergleichbare Metallbeschichtungen aufweisen, und sie haben gleichzeitig eine größere optische Transparenz. Außerdem sind Halbleiterbeschichtungen von ihren mechanischen Eigenschaften besser auf das Fenstersubstrat eingerichtet, und daher ist eine bessere Abgleichung der Brechungsindices zwischen den Halbleiterbeschichtungen im Vergleich zu den Metallbeschichtungen möglich. Im Gegensatz zu bekannten leitfähigen Metallschichten, die nur Angströms dick waren, werden die erfindungsgemäßen leitfähigen Haibleiterbeschichtungen in den oben genannten Dicken von ungefähr 1 µm bis ungefähr 200 µm abgeschieden, und bei diesen Dicken weisen sie Leitfähigkeitswerte auf, die unter ungefähr 100 Ω/ liegen oder vorzugsweise noch niedriger, zum Beispiel unter 30 Ω/ , und bei bestimmten bevorzugten Verwendungen unter 10 Ω/ .
Allgemein werden Materialien für die Beschichtungen so ausgewählt, daß sowohl ihre elektrische Leitfähigkeit als auch ihre Durchlässigkeit für die interessierenden Wellenlängen vorteilhaft zur Geltung kommt. Normalerweise hängt die Grenzfrequenz beim unteren Ende des Wellenlängenbereichs für die Beschichtungen von der Bandlücke ab, während die Grenzfrequenz im Langwellenbereich von der elektrischen Leitfähigkeit abhängt. Je nach dem interessierenden Fenster werden daher diese Faktoren berücksichtigt, wenn sowohl eine Beschichtung als auch ein Substrat ausgewählt werden sollen, die für das bestimmte erwünschte Fenster geeignet sind.
Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Fenster durch Diffundieren einer Dotiersubstanz in das Substrat wird die Dotiersubstanz in größere Tiefen diffundiert, als sie sonst in anderen Gebieten der Technik üblich sind, und seine Konzentration, Verteilung und Tiefe der Diffusion werden genau gesteuert, damit so eine optimale optische Durchlässigkeit und ein niedriger spezifischer elektrische Widerstand erzielt werden. Bei einem ein Halbleitermaterial als Substrat verwendenden erfindungsgemäßen Fenster werden durch Dotieren des Substrates mit geeigneten Dotiersubstanzelementen, die in das Substrat diffundieren, Beschichtungen so hergestellt, daß die optischen Konstanten des Substrats im wesentlichen unverändert bleiben.
Die Dotiersubstanz kann durch eine Reihe von Verfahren auf die Oberfläche aufgebracht werden, je nach der chemischen Zusammensetzung des Substrats und der Dotiersubstanz und ihrer Reaktionen auf verschiedene Umgebungsbedingungen. Die Dotiersubstanz kann zum Beispiel von einem inerten Trägergas in einer kontrollierten Atmosphäre in einem Brennofen auf die Substratoberfläche abgeschieden werden. Sie kann aus einer flüssigen Lösung, einer Suspension, oder einer Dispersion, durch Drehen oder Sprühen, und durch thermische Behandlung in einer kontrollierten Atmosphäre auf der Substratoberfläche abgeschieden werden. Sie kann im Vakuum durch verschiedene Verfahren abgeschieden werden, unter anderem durch Verdampfung mit einem Elektronenstrahl oder einer thermischen Quelle, durch Sputtern mit einer Gleichstrom-, HF- oder magnetron-unterstützten Entladung, oder durch Kombinationen davon, durch lonenstrahlsputtern, lonenbeschichtung, molekulare Strahlepitaxie, oder Variationen davon, sowie durch lonenimplantation. Sie kann außerdem durch Reaktionssubstanzen in der Dampfphase (d.h. durch chemische Dampfabscheidung) bei atmosphärischem oder höherem oder niedrigerem Druck abgeschieden werden. Wie die Dotiersubstanz auch aufgebracht wird, sie wird in die Oberfläche des Substrats diffundiert. Diese Diffusion geschieht bei einer entsprechenden Temperatur je nach Substrat und Dotiersubstanz, zum Beispiel bei einer erhöhten Temperatur (600-1 200ºC).
Durch Maximierung der Lichtdurchlässigkeit werden eine Reihe von dielektrischen Anti-Reflexionsstapeln an beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats aufgebracht.
Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Fenster durch Abscheidung einer dotierten Beschichtung auf eine Oberfläche eines Substrats kann die dotierte Beschichtung unter Verwendung verschiedener Homoepitaxie- oder Heteroepitaxieverfahren abgeschieden werden. Beispiele der Homoepitaxie sind unter anderem dotiertes Germanium auf Germanium, dotiertes Galliumarsenid auf Galliumarsenid, dotiertes Zinksulfid auf Zinksulfid und dotiertes Zinkselenid auf Zinkselenid; d.h. die abgeschiedene Schicht ist im wesentlichen chemisch identisch mit dem Substrat, wobei eine Spurenmenge einer Dotiersubstanz hinzugefügt wurde. Beispiele von Heteroepitaxie sind unter anderem Galliumarsenid auf Germanium, Gallium-Aluminiumarsenid auf Galliumarsenid und Germanium auf Zinksulfid oder Zinkselenid; d.h. die abgeschiedene Schicht ist chemisch verschieden, jedoch auf Atomebene strukturell ähnlich zum Substat. Außerdem werden Ähnlichkeiten bei der Art der chemischen Verbindungsfähigkeit und der thermische Expanisionkoeffizient des Substats im Verhältnis zur abgeschiedenen Schicht bei der Heteroepitaxie berücksichtigt. Zur Steigerung der Eigenschaften dieser Fenster können dann auch eine Reihe oder ein "Stapel" von dielektrischen Anti- Reflexionsbeschichtungen auf den beschichteten und unbeschichteten Oberflächen der verwendeten Substrate aufgebracht werden.
Beschichtungen werden durch verschiedene Verfahren auf das Substrat aufgebracht, unter anderem Vakuumverdampfung, Sputtern und verschiedene chemische Dampfabscheidungen wie zum Beispiel plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung, mikrowellenplasmaunterstütze chemische Dampfabscheidung, photounterstützte chemische Dampfabscheidung, chemische Halogenid- Dampfabscheidung, metallorganische chemische Dampfabscheidung und durch ein entferntes Plasma gesteigerte chemische Dampfabscheidung.
Das heißt also, daß für erfindungsgemäße Fenster geeignete Substrate aus Germanium, Galliumarsenid, Zinkselenid und Zinksulfid sind. Für die Halbleiterbeschichtungen sind Galliumarsenid, Gallium-Aluminiumarsenid, Germanium, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, Halbleiterdiamant und Halbleiter-Siliziumkarbid geeignet.
Zinkselenid und Zinksulfid sind für Fenstersubstrate besonders geeignet, da sie ein breites Band (bis zu 12 bis 14 µm) und die Fähigkeit haben, bei Temperaturen bis zu 204ºC (400ºF) transparent zu bleiben.
Germanium, das auch eine breites Transparenzband hat (bis zu 12 µm), wird bei erhöhten Temperaturen undurchsichtig und ist daher kein besonders Substrat für Anwendungen, bei denen erhöhte Temperaturen auftreten. Doch ist Germanium ganz gut geeignet für Beschichtungen, wenn es als relativ dünne Beschichtung verwendet wird, zum Beispiel mit einer Dicke von weniger als 50 µm. Bei einer Dicke von weniger als 50 µm bleibt eine Germaniumbeschichtung bei Temperaturen von bis zu 204ºC (400ºF) transparent.
Außerdem ist Galliumarsenid für Hochtemperaturbeschichtungen geeignet. Galliumarsenid hat auch ein sehr breites Band (bis zu 16 µm) im langen Infrarotbereich. Galliumarsenid ist auch bei einem Hochtemperatursubstrat geeignet. Doch sind zur Zeit große Galliumarsenidfenster nicht erhältlich, weshalb bei einer Verwendung von Galliumarsenid als Substrat die Fenstergröße allgemein in ihrer Querschnittsfläche auf die derzeit erhältlichen Galliumarsenidsubstrate begrenzt sein wird.
Im Gegensatz zu Galliumarsenidfenstern sind Zinkselenid- und Zinksulfidfenster in großen Abmessungen erhältlich, wie zum Beispiel mit einer Dicke von einem Zoll (2,54 cm) und seitlichen Ausdehnungen von mehr als 12 Zoll (30,5 cm). Daher sind diese Substrate in solchen Fällen besonders geeignet, bei denen große Fenster erwünscht sind, besonders jene, die hohen Temperaturen ausgesetzt würden.
Dotiersubstanzen für die Halbleiterbeschichtung der erfindungsgemäßen Fenster können entweder Dotiermittel des p-Typs oder des n-Typs sein. Bei Germaniumbeschichtungen (und bei Halbleiterdiamant und Siliziumkarbid) werden Dotiersubstanzen des n-Typs aus Lithium, Phosphor, Arsen, Antimon, Wishmuth augewählt und Dotiersubstanzen des p-Typs aus Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Zink und Thallium.
Bei Beschichtungen aus Galliumarsenid oder Gallium-Aluminiumarsenid werden Dotiersubstanzen des n-Typs aus Schwefel, Seien, Zinn, Tellur, Germanium, Silizium ausgewählt und Dotiersubstanzen des p-Typs aus Silizium, Germanium, Magnesium, Lithium, Zink, Mangan, Kadmium und Beryllium. Da Silizium und Germanium amphoter sind, sind sie für Galliumarseniddotiersubstanzen sowohl des n- als auch des p-Typs geeignet.
Bei Beschichtungen aus Zinksulfid, Zinkoxid oder Zinkselenid werden Dotiersubstanzen aus Zink, Aluminium, Gallium und Indium ausgewählt. Bei der Herstellung von Beschichtungen aus Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxid kann statt der Hinzufügung eines weiteren Dotiersubstantzelements die Beschichtung mit Zink dotiert werden, indem während einer chemischen Dampfabscheidungsreaktion der entsprechende Schwefel, das Seien oder der Sauerstoff in einer Menge dotiert werden, die geringer als die stöchiometrische Menge ist.
Die Dotiersubstanzkonzentration in der Beschichtung berücksichtigt die Materialeigenschaften und die Temperaturen. Der Gesamt-Schichtwiderstand der dotierten Beschichtung ist eine Kombination der Schichtdicke und des spezifischen Widerstands. Die Konzentration wird so ausgewählt, daß der Schichtwiderstand für die notwendigen Träger erzielt wird, ohne daß dadurch die optischen Eigenschaften der Beschichtung beeinträchtigt werden. Allgemein gilt: je niedriger die Dotiersubstanzkonzentration, desto höher der spezifische Widerstand und je höher die Dotiersubstanzkonzentration, desto niedriger der spezifische Widerstand.
Die Temperatur wird bei solchen Dotiermittel-Beschichtungskombinationen berücksichtigt, wie Lithium und Germanium, die durch Temperatur beeinträchtigt werden können. Da Lithium schnell diffundiert, muß eine entsprechend niedrigere Umgebungstemperatur für die Herstellung und den Betrieb erfindgungsgemäßer Fenster verwendet werden, wenn diese mit Lithium dotiertes Germanium verwenden. Außerdem ist Zink bei seiner Verwendung als Dotiersubstanz in Silizium nicht so temperaturabhängig wie Li/Ge, doch muß die Vorrichtung entweder gekühlt werden, oder es ist mit einer kürzeren Lebensdauer zu rechnen.
Außer den optischen und elektrischen Eigenschaften kann bei der Auswahl einer zusätzlichen Beschichtung auch die mechanische Festigkeit und Haltbarkeit des verwendeten Halbleitermatenals berücksichtigt werden. Bei der physischen Haltbarkeit wird allgemein die folgende absteigende Reihenfolge der Haltbarkeit eingehalten: Halbleiterdiamant und Halbleitersiliziumkarbid, Germanium, Zinksulfid und Zinkselenid, Zinkoxid, Galliumarsenid.
Als Alternative zur Erfindung wird bei einem Siliziumsubstrat mit einer dotierten Siliziumbeschichtung (die entweder durch Diffusion oder als eine zusätzliche Schicht gebildet wurde) eine gute Transparenz für den mittleren Infrarotbereich erreicht. Es hat die mechanischen Eigenschaften von Silizium sowohl für das Substrat als auch für die Beschichtung. Es wird aus leicht erhältlichen Materialien hergestellt. Es kann leicht und in verschiedenen Fenstergrößen hergestellt werden. Außerdem kann die Siliziumbeschichtung leicht mit SiO beschichtet werden, was zusätzliche mechanische und Antireflexionseigenschaften ergibt.
Als eine Alternative zur Erfindung bildet eine dotierte Siliziumbeschichtung auf Galliumarsenid Fenster für den mittleren Infrarotbereich mit guten mechanischen Eigenschaften und den Herstellungseigenschaften der Siliziumbeschichtung. Die Siliziumbeschichtung erhöht so die Abriebfestigkeit und die Umgebungsstabilität des Galliumarsenidsubstrats.
Wenn erfindungsgemäß eine dotierte Germaniumbeschichtung auf einem Germaniumsubstrat verwendet wird, wird die Transparenz des Fensters bis in den langen Infrarotbereich bis zu ungefähr 12 µm hin erweitert. Die dotierte Germaniumbeschichtung kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, wobei niedrigere Verarbeitungstemperaturen angewendet werden als für eine Siliziumbeschichtung.
Als Alternative zur Erfindung hat zwar eine dotierte Germaniumbeschichtung auf einem Siliziumsubstrat kein so breites Band wie eine Germaniumbeschichtung auf einem Germaniumsubstrat, doch eignet es sich auch für den Einsatz bei hohen Temperaturen, da die relativ geringe Dicke (im Vergleich zur Substratdicke) der Germaniumbeschichtung die Beschichtung bei hohen Temperaturen transparent macht.
Eine dotierte Germaniumbeschichtung auf einem Galliumarsenidsubstrat hat das breite Band von sowohl dem Germanium als auch dem Galliumarsenid verbunden mit der Eignung des Galliumarsenids für hohe Temperaturen.
Eine dotierte Galliumarsenid- oder Gallium-Aluminiumarsenidbeschichtung auf Galliumarsenid ergibt ein Fenster mit einem extrem großen Transparenzband von bis zu 16 µm. Ein solches Fenster ist zwar zerbrechlicher als andere Fenster, doch kann es zusätzlich mit weiteren Schichten beschichtet werden, und es können so die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.
Allgemein erlauben Substrate entweder aus Zinksulfid oder aus Zinkselenid die Herstellung großer (polykristalliner) Fenster, die im Fall von Zinkselenid für Wellenlängen bis 14 µm und im Fall von Zinksulfid bis 12 µm transparent sind. Eine dotierte Galliumarsenid- oder Gallium-Aluminiumarsenidbeschichtung auf einem solchen Substrat erhält die Breitbandeigenschaften des Substrats und hat gleichzeitig die ausgezeichneten physischen und Hochtemperatureigenschaften des auf Zink basierenden Substrats.
Eine dotierte Germaniumbeschichtung auf einem Zinksulfid- oder Zinkselenidsubstrat erhält die Breitbandtransparenz des auf Zink basierenden Substrats und hat gleichzeitig die elektrischen Leiteigenschaften der Germaniumbeschichtung. So sind diese Fenster in großen Größen erhältlich und können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden.
Als Alternative zur Erfindung bietet eine dotierte Siliziumbeschichtung auf einem Zinksulfid- oder iinkselenidsubstrat die Möglichkeit verschiedener Herstellungsmöglichkeiten mit leicht erhältlichen Materialien und eine noch größere Abriebfestigkeit im Vergleich zu Germanium. Doch ist das Fenster im Vergleich zu Germanium- oder Galliumarsenidbeschichtungen auf den Betrieb im nahen bis mittleren IR-Bereich beschränkt.
Eine dotierte Zinksulfid-, Zinkselenid- oder Zinkoxidbeschichtung auf einem Zinksulfid- oder Zinkselenidsubstrat bietet die Verwendungsfähigkeit bei hohen Temperaturen, die Durchlässigkeit, Haltbarkeit und Verfügbarkeit eines auf Zink basierenden Systems sowohl für die Beschichtung als auch für das Substrat und die thermische Abstimmung aufgrund der Verwendung eines auf Zink basierenden Systems für Beschichtung sowie Substrat. Je nach der verwendeten Zinkverbindung für Beschichtung oder Substrat ist eine Durchlässigkeit für Wellenlängen von bis zu 12 oder 14 µm möglich.
Zusätzlich zur mechanischen Festigkeit und thermischen Unempfindlichkeit bietet ein Halbleiterdiamant oder eine Halbleitersiliziumkarbidbeschichtung auf einem Zinksulfid- oder Zinkselenidsubstrat eine erhöhte Abriebfestigkeit, Materialfestigkeit und Haltbarkeit.
Als eine Alternative zur Erfindung ergibt eine Beschichtung aus Halbleiterdiamant oder Halbleitersiliziumkarbid auf einem Saphirsubstrat die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften von der Beschichtung sowie vom Substrat. Ein Substrat mit einer exotischen Form, das zum Beispiel in einem Reaktor für mikrowellenplasmaunterstütze chemische Dampfabscheidung mit dotiertem Halbleiterdiamant beschichtet wurde, ergibt ein leitfähiges Fenster, das die Form des
Substrats nachahmt und alle erwünschten Eigenschaften der Beschichtung sowie des Substrats hat.
Aufgrund der obigen Ausführungen hat ein erstes bevorzugtes erfindungsgemäßes Fenster ein Galliumarsenidsubstrat mit einer darauf abgelagerten Schicht aus dotiertem Galliumarsenid.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Fenster weist ein Galliumarsenidsubstrat auf mit einer darauf abgelagerten Beschichtung aus Gallium- Aluminiumarsenid, Silizium oder Germanium.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Fenster weist ein Germaniumsubstrat mit einer hineindiffundierten Beschichtung auf.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Fenster weist ein Germaniumsubstrat mit einer zusätzlichen, darauf abgelagerten dotierten Beschichtung aus Galliumarsenid, Gallium-Aluminiumarsenid, Germanium, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxid auf.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Fenster weist ein Zinksulfid- oder Zinkselenidsubstrat auf mit einer darauf abgelagerten dotierten Beschichtung aus Germanium, Galliumarsenid, Gallium-Aluminiumarsenid, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxid.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Fenster weist ein Germanium-, Galliumarsenid-, Zinksulfid- oder Zinkselenidsubstrat mit einer darauf abgelagerten dotierten Halbleiterdiamant- oder Halbleitersiliziumkarbidschicht auf.
Typischerweise wird eine dotierte Germaniumschicht auf dem entsprechenden Substrat durch Sputtern, Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung gebildet. Typischerweise wird eine dotierte Galliumarsenid- oder Gallium- Aluminiumarsenidbeschichtung auf dem entsprechenden Substrat unter Verwendung metallorganischer chemischer Dampfabscheidung gebildet. Typischerweise wird eine dotierte Zinksulfid-, Zinkselenid- und Zinkoxidbeschichtung auf dem entsprechenden Substrat unter Verwendung von Vakuumverdampfung oder von reaktivem HF-Magnetron-Sputtern aufgebracht. Und, wie oben bemerkt, können Diamantbeschichtungen durch mikrowellenplasmaunterstütze chemische Dampfabscheidung gebildet werden.
In Fig.1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Fenster schematisch dargestellt. Das erste Fenster verwendet ein Halbleitersubstrat 11 aus Germanium. Die Dicke des Substrats ist nicht kritisch, doch sollte sie so ausgelegt sein, daß sie sich strukturell selbst trägt, was typischerweise in der Größenordnung von 0,4 bis 6,3 mm (0,015-0,250 Zoll) liegt. Dickere Substrate, z.B. 12,5 bis 25,4 mm (0,5 bis 1,0 Zoll) können auch verwendet werden, vor allem, wenn sie aus ZnSe oder ZnS sind. Dickere Substrate sind vor allem dann nützlich, wenn eine selbsttragende Einheit gebraucht wird, da derzeit verfügbare Kleber, die zum Befestigen des Substrats auf einem stützenden optischen Fenster verwendet werden könnten, keine gute optische Durchlässigkeit im Infrarotbereich aufweisen. Wenn einmal Kleber mit geeigneten optischen Eigenschaften erfunden werden, kann ein stützendes Fenster verwendet werden.
Eine dotierte Halbleiterschicht 14, die mit Phosphor, Arsen oder Antimon für eines der Substrate dotiert sein kann, wird auf die Oberfläche des Substrats in einem inerten gasförmigen oder flüssigen Medium abgelagert oder transportiert. Sie wird zu einer wesentlich größeren Tiefe in das Substrat diffundiert als das bisher bekannt ist. Die dotierte Schicht wird in Tiefen zwischen 15 und 50 µm und in den bevorzugten Ausführungsformen in der Größenordnung von 25 µm diffundiert. Die Dotiersubstanz kann entweder der p- oder der n-Typ sein und läßt die optischen Konstanten des Substrats im Vergleich zu undotiertem Material im wesentlichen unverändert.
Über der dotierten Schicht 14 sind mehrere dielektrische Schichten 15-18, die typischerweise durch in der Technik bekannte Verfahren zur Bildung eines Anti-Reflexions-Stapels thermisch aufgedampft werden, ausgebildet. Diese Schichten sind typischerweise aus einem Material wie zum Beispiel Germanium oder Zinksulfid und haben eine Dicke in der Größenordnung von 0,3 µm. Ähnliche dielektrische Anti-Reflexionsschichten 19-22 werden auf der Rückseite des Substrats 11 aufgebracht. Die für diese Anti-Reflexionsschichten verwendeten Materialien und deren Abscheidungsdicke werden so gewählt, daß dabei optimale Anti-Reflexionseigenschaften für die jeweilige Ausführungsform entstehen.
Die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Fensters mit einem Germaniumsubstrat sind in Fig. 3 dargestellt. Dieses Fenster hat einen Schichtwiderstand von 5 Ω/ . Wie aus der Kurvendarstellung ersehen werden kann, ist im infraroten Spektrum zwischen 3 und 12 µm für Licht mit einem senkrechten Einfallswinkel eine Durchlässigkeit zwischen 85% und 95% gegeben. Bei einem Einfallswinkel von 70º liegt die Durchlässigkeit in dem gleichen Bereich zwischen 55% und 78%.
In Fig. 2 sind die Eigenschaften eines zum erfindungsgemäßen Fenster alternativen Fensters mit einem Siliziumsubstrat gezeigt. Bei diesem Fenster ist der Schichtwiderstand 5 Ω/ , und, wie aus der Figur ersehen werden kann, ist die Durchlässigkeit für Licht im Bereich zwischen 3 und 5 µm bei einem senkrechten Einfallswinkel 90%. Wie weiter gezeigt ist, ist die Durchlässigkeit bei einem 70º-Einfallswinkel 75%.
In Fig. 4 ist eine Anlage zur Herstellung eines zum erfindungsgemäßen Fenster alternativen Fensters mit einem Siliziumsubstrat dargestellt. Das Fenster wird nach Fig. 4 wie folgt hergestellt:

BEISPIEL 1

Ein Siliziumsubstrat 20 mit einer Dicke von 6,35 mm (0,250 Zoll) wird auf seiner Unterseite mit einer Siliziumdioxidschicht 21 mit einer Dicke von 1 µm beschichtet. Die Siliziumdioxidschicht wird zum Erzeugen einer Schutzschicht verwendet, die der Dotiersubstanz gegenüber unempfindlich ist, wodurch die Unterseite gegen Kontakt mit dieser geschützt wird. Die Siliziumdioxidschicht kann durch herkömmliche Verfahren wie zum Beispiel Sputtern, Verdampfung oder Spin-Beschichtung, die auf diesem Gebiet bekannt sind, aufgebracht werden, was vor dem Verbringen des Substrats in den Ofen 26 geschieht. Außerdem wird zum Entfernen eventuell vorhandenen Sauerstoffs von der zu dotierenden Siliziumoberfläche nach dem Abscheiden der Siliziumdioxidschicht das Substrat ungefähr dreißig Sekunden lang in kalte verdünnte Flußsäure, 10% Volumen, getaucht und dann in entionisiertem Wasser gespült und anschließend unmittelbar vor dem Einbringen in den Ofen mit Stickstoff trockengeblasen. Dieser letzte Schritt ist notwendig, damit eventuell vorhandener Restsauerstoff auf der Siliziumoberfläche nicht als Sperre für die Diffusion des als Dotiersubstanz verwendeten Phosphors wirken kann. Diese leichte Ätzung entfernt keine wesentliche Menge des auf der Unterseite des Substrats aufgebrachten Siliziumdioxids. Vor dem Einbringen des Substrats in den Ofen, wird die Temperatur auf 950ºC gebracht, das Ventil 27 geöffnet und die übrigen Ventile geschlossen, so daß Stickstoffgas mit einem Durchsatz von 2000 cm³/min in den Ofen fließen kann. Das Substrat 20 wird dann auf ein Quarzschiffchen 24 gelegt, das im flachen Bereich des mit Quarz ausgekleideten Ofens 26 angebracht ist. Das Fließen des Stickstoffes mit 2000 cm³/min durch das Ventil 27 in den Ofen wird fünf Minuten lang fortgesetzt, so daß das Substrat 20 thermisch ausgeglichen wird und gleichzeitig die Substratoberfläche gereinigt wird.
Wenn sich die Temperatur des Substrats 20 bei 950ºC ausgeglichen hat, wird das Ventil 28 geöffnet (das Ventil 27 wird offen gelassen) und Stickstoff wird mit einem Durchsatz von 40 cm³/min durch in einer Blasenflasche 31 vorhandenes Phosphoroxychlorid 30 fünf Minuten lang eingelassen, wodurch das Blasensystem gereinigt wird. Nachdem das Blasensystem durch den Stickstoff gereinigt wurde, wird das Ventil 34 geöffnet und Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 60 cm³/min in den Ofen 26 eingelassen. Das Ventil 28 bleibt offen, wodurch verdampftes Phosphoroxychlorid auf einem Stickstoffträger in den Ofen 26 gelangt. Der Sauerstoff reagiert mit dem durch die Flasche 31 in den Ofen eingelassenen Phosphoroxychloriddampf und bildet auf der Oberfläche des Substrats 20 ein Phosphatglas. Dieser Ablagerungsvorgang wird 20 Minuten lang fortgesetzt. Am Ende dieses Zeitraums werden die Ventile 28 und 34 geschlossen und das Ventil 27 geöffnet, so daß fünf Minuten lang Stickstoff zu Reinigen des Ofens eingelassen werden kann.
Am Ende dieser fünf Minuten wird das Ventil 27 geschlossen und das dotierte Substrat vom Ofen entfernt und sein Oberflächenwiderstand mit einer Vierpunktsonde oder einer anderen geeigneten Vorrichtung geprüft. Typischerweise ist der so gemessene Widerstand ungefähr vier mal so groß wie der Oberflächenwiderstand des dotierten Siliziumsubstrats nach dem Diffusionsschritt. So entsteht bei einer Siliziumoberfläche mit Phosphatglas, das einen Oberflächenwiderstand von 20 Ω/ hat, eine Siliziumoberfläche mit einem Oberflächenwiderstand von 5 Ω/ , nachdem die Diffusion in einem nachfolgenden Schritt vollständig durchgeführt wurde. Wenn der Widerstand zu hoch ist, wird das Substrat in den Ofen zurückgebracht, und die Phosphoroxychloridabscheidung wird eine zeitlang zum Verringern des Widerstand auf den erwünschten Wert fortgesetzt. Hier ist zu beachten, daß der Widerstand niedriger wird, wenn die Konzentration der Dotierschicht größer wird.
Dann wird die Temperatur im Ofen auf 1150ºC erhöht, und das dotierte Substrat wird wieder in den Ofen auf das Quarzschiffchen gelegt, und es wird das Ventil 27 geöffnet, wodurch Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 1500 cm³/min in den Ofen gelangt. Nach dem Verstreichen einer für den thermischen Ausgleich ausreichenden Zeit (fünf Minuten), wird das Ventil 37 geöffnet, wodurch Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 1600 cm³/min in den Ofen gelangen kann, wobei durch das Ventil 27 weiterhin Stickstoff in den Ofen geleitet wird, doch mit einer auf 50 cm³/min verringerten Fließgeschwindigkeit Außerdem wird das Ventil 38 geöffnet, wodurch Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 2600 cm³/min in den Ofen eingelassen wird. Die Zufuhr von Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 1600 cm³/min durch das Ventil 37, von Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 2600 cm³/min durch das Ventil 38 und von Stickstoff durch das Ventil 27 mit einer Geschwindigkeit von 50 cm³/min wird 30 Minuten lang fortgesetzt, wodurch auf der Dotieroberfläche eine Sauerstoffschicht mit einer Dicke von 5000 Å entsteht. Am Ende dieser dreißig Minuten werden die Ventile 37 und 38 geschlossen, um den Sauerstoff und den Wasserstoff nicht mehr in den Ofen zu lassen, und das Ventil 27 wird so eingestellt, daß Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 1500 cm³/min in den Ofen fließt, wobei diese Stickstoffzufuhr zum Reinigen der Atmosphäre im Ofen weiter geleistet wird und der Ofen 600 Stunden auf seiner Temperatur gehalten wird, wodurch die Dotiersubstanz vollständig in das Substrat diffundiert. Die Diffusionszeit kann zwischen 400 und 1000 Stunden liegen, wodurch eine optimale Lichtdurchlässigkeit und ein optimaler Schichtwiderstand erzielt werden kann. Das Substrat kann zum Überprüfen dieser Parameter aus dem Ofen genommen werden, wonach dann die Diffusion je nach Bedarf entweder beendet oder fortgesetzt werden kann. Nach dem Ätzen in verdünnter Flußsäure (10 Volumenprozent) zum Entfernen jeglichen verbleibenden SiO&sub2; und Phophatglas von beiden Seiten des Substrats werden dann die Anti-Reflexionsbeschichtungen 15-22 durch herkömmliche Vakuumverdampfung aus einer Elektronenstrahlquelle abgeschieden, wobei Überwachungsinstrumente zum Messen der Abscheidungsgeschwindigkeit und der Dicke der Abscheidung verwendet werden. Bei einer typischen Anti-Reflexionsbeschichtung für dieses Beispiel bestehen die Schichten 15 und 19 aus Germanium mit einer Dicke von 0,073 µm; die Schichten 16 und 20 bestehen aus Aluminiumoxid (Al&sub2;/O&sub3;) mit einer Dicke von 0,188 µm; die Schichten 17 und 20 sind aus Gerrnanium mit einer Dicke von 0,088 µm; und die Schichten 18 und 22 sind aus Aluminiumoxid (Al&sub2;/O&sub3;) mit einer Dicke von 0,750 µm.
Bei der Diffusionsherstellung eines erfindungsgemäßen Fensters mit einem Germaniumsubstrat wird eine Dotiersubstanz des n-Typs wie zum Beispiel Antimon, Arsen oder Phosphor durch Vakuumverdampfung oder Sputtern auf die Oberfläche eines Substrats abgeschieden. Die erwünschte Dotiersubstanz in elementarer oder Nichtoxid-Verbindungsform (z.B. Antimon) wird zuerst zu einer Dikke von fünf Å auf dem Germanium abgeschieden. Dann wird die Dotiersubstanzschicht mit einer Schutzschicht zum Beispiel aus Silizium oder Siliziummonoxid zu einer Mindestdicke von 500 bis 1000 Å in einer Vakuumumgebung überdeckt. Das dotierte Substrat wird dann in einen herkömmlichen elektrisch beheizten Diffusionsofen verbracht, in dem eine fließende Reduktionsgasmischung aus Stickstoff oder Argon und Wasserstoff (3,5 Volumenprozent Wasserstoff) verwendet wird, wobei der Ofen auf beiden Seiten abgedichtet wird, um die Umgebungsatmosphäre auszuschließen, wie das auch sonst bei chemischen Dampfabscheidungsverfahren üblich ist. Die Gasmischung gelangt durch eine mit niedrigverdampfendem Öl gefüllte Blaseneinrichtung am Röhrenausgang zum Verhindern eines Rückströmens der Umgebungsatmosphäre. Das dotierte Substrat wird dann fünfzehn bis zwanzig Stunden lang im Ofen bei einer Temperatur von 750ºC in einer Atmosphäre einer Mischung aus Stickstoff oder Argon und 3,5 Volumenprozent Wasserstoff diffundiert.
Die elektrischen und optischen Eigenschaften des fertigen Produkts werden durch Verarbeitungseinzelheiten bestimmt, z.B. die Menge der abgeschiedenen Dotiersubstanz, die Diffusionstemperatur und die Diffusionszeit. Zum Beispiel wird bei einer auf einem Germaniumwafer zu einer Dicke von fünf Å abgeschiedenen Antimondotiersubstanz, die durch eine Schutzschicht elementaren Siliziums mit einer Dicke von 500 Å bedeckt ist, wobei das Antimon zwanzig Stunden lang bei 750ºC in einer Atmoshäre aus Argon mit einer Beimengung von 3,5% Wasserstoff nach Volumen diffundiert wird, ein Endprodukt mit einem Oberflächenwiderstand von 4 Ω/ und einer Durchlässigkeit von 40% im Band zwischen 8 und 12 µm und von 42% im Band zwischen 3 und 5 µm erzeugt. Wenn auf der anderen Seite Antimon auf einem Germaniumwafer zu einer Dicke von 200 Å mit identischer Verarbeitung wie für das erste Beispiel abgelagert wird, entsteht ein Endprodukt mit einem Oberflächenwiderstand von 1,5 Ω/ und einer Durchlässigkeit von 30% im Band zwischen 8 und 12 µm.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Fensters unter Verwendung eines Germaniumsubstrats wird anhand von Fig. 5 beschrieben.

BEISPIEL II

Es wird ein Germaniumsubstrat mit einer Dicke von 6,35 mm (0,250 Zoll) verwendet. Dann wird eine Antimon-Dotiersubstanzschicht mit einer Dicke von 5 Å durch Sputtern abgeschieden. Über der Antimon-Dotiersubstanzschicht wird eine Schutzeinkapselungsschicht aus Siliziummonoxid oder elementarem Silizium durch Sputtern zu einer Dicke von 500 bis 1000 Å abgeschieden. Nach Fig. 5 wird dann das Substrat 51 in den mit Quarz ausgelegten Ofen 52 gelegt, der elektrische Widerstands- oder Induktionsheizelemente 54 aufweist. Das Substrat liegt auf einem geschweißten Quarzschiffchen 56, und der Ofen wird auf 400ºC aufgeheizt. Die Atmosphäre im Innern des Ofens wird dann dadurch gereinigt, daß dreißig Minuten lang Stickstoff über eine Einlaßöffnung 52a mit einer Geschwindigkeit von 3 l/min in den Ofen eingelassen wird. Das Gas entweicht über eine Blasenvorrichtung 57, in der es durch niedrigverdampfendes Öl, wie zum Beispiel Diffusionspumpenflüssigkeit, in die Umgebungsatmosphäre gelangt, wodurch ein Rückströmen der Umgebungsluft verhindert wird. Die Temperatur des Ofens wird dann dreißig Minuten lang von 400ºC auf 750ºC erhöht, und während dieser Zeit wird eine Gasmischung aus Stickstoff mit einer Beimengung von 3,5% Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 1,5 l/min in den Ofen eingelassen. Die Temperatur des Ofens wird auf 750ºC gehalten, während weiter die Stickstoff/Wasserstoff- Mischung in den Ofen eingeleitet wird, wodurch eine Eintreibdiffusion der Antimondotiersubstanzschicht in das Germaniumsubstrat erreicht wird. Dieser Schritt wird 16 Stunden lang ausgeführt. Dann wird der Ofen vier Stunden lang von 750ºC auf 400ºC abgekühlt, während weiter die Stickstoff/Wasserstoffmischung eingeleitet wird. Wenn der Ofen auf 400ºC ist, wird die Atmosphäre im Ofen durch ein dreißigminütiges Zuleiten von Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 1,5 l/min gereinigt. Es ist zu bemerken, daß sowohl bei diesem als auch beim vorhergehenden Gasreinigungsschritt auch Argon anstelle von Stickstoff verwendet werden kann.
Das dotierte Germaniumsubstrat wird dann aus dem Ofen genommen, und verbleibende Dotiersubstanz und einkapselndes Schutzmaterial durch chemisches Naßätzen von seiner Oberfläche entfernt, wobei dieses Endergebnis entweder durch eine Lösung erreicht wird, die aus zehn bis fünfzig Volumenprozent konzentrierter Flußsäure und entionisiertern Wasser besteht, oder eine im Handel erhältliche Mischung aus 10% HF und NH&sub4;F, die als "gepuffertes Oxidätzmittel" bekannt ist. Das Substrat wird bei Zimmertemperatur in diese Mischung getaucht und leicht geschüttelt, bis alle Beschichtungsreste für das Auge erkenntlich von der Oberfläche entfernt sind. Nach diesem Säurebad wird das Substrat in entionisiertem Wasser gespült und mit Stickstoffgas trockengeblasen. Der elektrische Schichtwiderstand wird dann unter Verwendung der Vierpunkt-Sondentechnik gemessen, die auf diesem Gebiet bekannt ist, und die Infrarotlichtdurchlässigkeit wird mit einem Infrarotspektrophotometer gemessen, das auf die entsprechenden Wellenlängenbereich ausgelegt ist.
Sowohl die dotierte als auch die undotierte Oberfläche des Substrats wird dann mit mehreren Anti-Reflexionsschichten 15-22 beschichtet (Siehe Fig. 1). Diese Anti-Reflexionsbeschichtungen werden durch Vakuumverdampfung aus einer Elektronenstrahlkanonenquelle mit entsprechenden optischen und akustischen Dicken- und Abscheidungsraten-Überwachungsvorrichtungen, die auch auf diesem Gebiet bekannt sind, aufgebracht. Nur drei Schichten pro Oberfläche werden bei diesem Fenster verwendet. Diese Schichten 15 und 19 bestehen aus Thoriumtetrafluorid (ThF&sub4;) und sind 0,621 µm dick. Die Schichten 16 und 20 bestehen aus Germanium und sind 0,098 µm dick. Die Schichten 17 und 21 sind aus Thoriumtetrafluorid (ThF&sub4;) mit einer Dicke von 0,621 µm.
In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßes Fenster mit einem halbisolierenden Galliumarsenidsubstrat 40 gezeigt. Bei diesem Fenster wird ein Galliumarsenidfilm 41 unter Verwendung metallorganischer chemischer Dampfabscheidung (MOCVD) auf das Substrat aufgedampft. Die epitaxiale Dicke kann 15 bis 50 µm betragen, ist aber typischerweise 25 µm. Das epitaxiale Abscheiden durch dieses Verfahren ist auf diesem Gebiet bekannt und ist zum Beispiel von S.M. Sze in Semiconductor Devices, veröffentlicht von John Wiley & Sons, 1985 auf S.324 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden im wesentlichen Quellen von Trimethylgalliumdampf und Arsin mit Wasserstoff als Trägergas verwendet. Der auf Wasserstoff getragene Dampf wird über das Galliumarsenidsubstrat geleitet, das in einem Ofen auf 650-900ºC erwärmt wurde, wobei sich der Dampf und das Gas bei diesen Temperaturen zersetzen. Das so erzeugte Gallium und Arsen haben eine große Affinität für das Galliumarsenidsubstrat und kondensieren auf diesem Substrat, wobei darauf eine kristalline Oberflächenstruktur entsteht. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht 41 wird von der Menge des über das Substrat geleiteten Gases bestimmt. Da Galliumarsenid im reinen Zustand bei Zimmertemperatur nicht leitfähig ist, wird eine elektrisch aktive Dotiersubstanz, Silizium in der Form von Silan, dem Gasstrom während des epitxialen Wachstums der Schicht 41 zugesetzt. Das Silan wird dem Gasstrom mit einer sehr niedrigen Flußgeschwindigkeit zugesetzt, so daß das resultiernde Silizium in der Größenordnung von 1 Silizumatom pro 10&sup6; Galliumarsenidmolekülen in das Galliumarsenid eingefügt wird. Bei diesem Beispiel besteht die Anti-Reflexionsbeschichtung nur aus drei Schichten pro Oberfläche. In Fig. 6 ist die Schicht 41 expitaxial aufgedampftes Galliumarsenid, die Schichten 43 und 47 bestehen aus Zinkselenid mit einer Dicke von 0,177 µm, die Schichten 44 und 48 bestehen aus Siliziummonoxid und sind 0,224 µm dick, die Schichten 45 und 49 bestehen aus Magnesiumfluorid mit einer Dicke von 0,315 µm, und die Schichten 46 und 50 fehlen in dieser Konstruktion.
Ein Beispiel für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Fensters mit einem Galliumarsenidsubstrat, wie es beschrieben wurde, ist im Zusammenhang mit Fig. 5 wie folgt:

BEISPIEL III

Ein Galliumarsenidwafer 51 mit einer Dicke von 0,017 µm wurde in einer Quarzreaktionskammer, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, auf einen mit Siliziumkarbid beschichteten Suszeptor 56 gelegt. Diese Kammer wird gegen die Umgebungsatmosphäre abgedichtet und durch mit einer Geschwindigkeit von 6,5 l/min fließenden Wasserstoff fünfzehn Minuten lang gereinigt. Der Suszeptor 56 für das Galliumarsenidsubstrat wird dann auf 800ºC erwärmt, indem der Suszeptor fünfzehn Minuten lang induktiv beheizt wird (indem über die Spule 54 eine HF-Energie angelegt wird), wobei Arsin mit einer Geschwindigkeit von 0,60 l/min durch die Kammer geleitet wird. Die Dämpfe aus Trimethylgallium mit einer Temperatur von -12,8ºC auf einem mit einer Geschwindigkeit von 0,080 l/min fließenden Träger und Silangas, das mit Wasserstoff zu einem Verhältnis von 40 Teilen Si lan zu einer Milliarde Teilen Wasserstoff gemischt ist, werden zur Bildung einer 24 µm dikken epitaxialen Schicht aus Galliumarsenid hundert Minuten lang durch die Kammer geleitet. Am Ende dieser Zeit wird der Fluß von Trimethylgalliumdampf und Silan auf dem Wasserstoffträger beendet, und das Arsin fließt weiter. Den Ofen läßt man dann auf Zimmertemperatur abkühlen, wobei der Arsinfluß beendet wird, wenn die Temperatur 550ºC erreicht.
Die Anti-Reflexionsschichten werden dann wie beim vorhergehenden Fenster durch herkömmliche Vakuumverdampfungsverfahren aufgedampft. Bei diesem Beispiel besteht die Anti-Reflexionsbeschichtung aus nur drei Schichten pro Oberfläche. In Fig. 6 ist die Schicht 41 epitaxial abgelagertes Galliumarsenid, die Schichten 43 und 47 sind aus Zinkselenid mit einer Dicke von 0,177 µm, die Schichten 45 und 49 bestehen aus Magnesiumfluorid mit einer Dicke von 0,315 µm, und die Schichten 46 und 50 fehlen in dieser Konstruktion.
Weitere Galliumarsenid- und Gallium-Aluminiumarsenidschichten werden wie folgt hergestellt:

BEISPIEL IV

Ein auf beiden Seiten poliertes Galliumarsenidsubstrat wurde in einen MOCVD-Reaktor gelegt (ein modifiziertes Modell 410A von Crystal Specialties). Eine Galliumarsenidschicht wurde epitaxial mit einer Dicke von ungefähr 5 µm darauf abgelagert. Während des Abscheidens dieser Schicht wurde sie mit ungefähr 1,5 x 10¹&sup6;cm&supmin;³ Silizium zum Bilden einer n-leitenden Galliumarsenidschicht dotiert.

BEISPIEL V

Das gleiche Verfahren kann zum Abscheiden einer Gallium-Aluminiumarsenidschicht verwendet werden. Es wurde dazu ein Galliumarsenidwafer in einen MOCVD-Reaktor gegeben und bei 920ºC fünf Minuten lang geglüht, und unmittelbar danach wurde eine Gallium-Aluminiumarsenidschicht zu einer Dicke von ungefähr 15 µm abgeschieden. Die ersten 500 Å dieser Schicht hatten einen allmählich ansteigenden Aluminiumgehalt von 0,0 bis 0,30. Dise Schicht war auch mit Siliziumionen mit einer Dotiersubstanzkonzentration von 1 x 10¹&sup8;cm&supmin;³ zum Bilden einer n-leitenden Gallium-Aluminiumarsenidschicht dotiert.
Auf Substrate abgelagerte Germaniumfilme können durch Vakuumverdampfung, Sputtern und chemische Dampfabscheidung mit elektrischen und optischen Eigenschaften hergestellt werden, die für verschiedene Verwendungen geeignet sind. In der Literatur bekannte Trägerbeweglichkeiten reichen von 350 bis 1035 cm²/Vs bei aufgedampften Filmen und von 25 bis 1930 cm²/Vs bei gesputterten Filme. In der Regel sind die Germaniumfilme mit den höchsten Beweglichkeiten Monokristalline mit einer relativ niedrigen Dichte mikrostruktureller Defekte, mit welchem Abscheidungsverfahren sie auch hergestellt wurden. Durch Sputtern oder Verdampfen, mit oder ohne Hydrierung, hergestellte amorphe Filme haben typischerweise elektrische Leitfähigkeitswerte, die für die erfindungsgemäßen Fenster um einige Größeordnungen zu niedrig sind.
Sowohl das Verfahren der Vakuumverdampfung als auch des Sputterns zur Herstellung können in drei Schritten beschrieben werden: (1) Übergang von einer kondensierten (festen oder flüssigen) Phase in die Dampf- oder Plasmaphase; (2) Transport des Dampfes oder Plasmas von der Quelle zum Substrat; (3) Kondensation des Dampfs oder des Plasmas auf dem Substrat, gefolgt von Filmnukleierung oder -ablagerung.
Bei der Vakuumverdampfung werden Dämpfe durch Erhitzen einer Quelle durch direkten Widerstand, Strahlung, Wirbelströme (Induktion), Elektronenstrahl, Laserstrahl oder Bogenentladung erzeugt. Der Vorgang wird in einem Hochvakuum (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup6; Torr) durchgeführt, so daß sich die verdampften Atome in einem im wesentlichen kollisionslosen, luftlinienförmigen Pfad zum Kondensieren auf das Substrat bewegen, das normalerweise geerdet (d.h. elektrische nicht vorgespannt) ist.
Bei Sputterbeschichtungsverfahren (mit Ionenstrahlen oder herkömmlich) wird eine Quelle mit Beschichtungsmaterial, d.h. ein Ziel, mit Ionen eines schweren inerten Gases (z.B. Argon) bombardiert, wobei Drücke von 10&supmin;&sup4; bis 0,2 Torr herrschen. Dabei wird aufgrund von Momentaustausch, der beim Eintreffen der Ionen auf der festen Oberfläche auftritt, Material in atom ischer oder molekularer Form ausgeworfen. Der Fluß gesputterter Atome wird in der Vakuumkammer vom Substrat aufgehalten. Das Substrat kann erhitzt gekühlt, elektrisch vorgespannt oder geerdet sein. Eine höhere Energie der gesputterten Atome führt zu einer verbesserten Verbindung mit dem Substrat, jedoch auch zu einer höheren verbleibenden Belastung in der aufgesputterten Beschichtung.
Die zur Herstellung von Germaniumfilmen hoher Qualität erforderlichen Abscheidungsbedingungen sind unter anderem erhöhte Substrattemperaturen wie zum Beispiel 150 bis 700ºC zur Verdampfung und 150 bis 400ºC zum Sputtern. Außerdem werden hochreine Vakuumbedingungen eingehalten sowie der höchst erfolgreiche Einsatz von Substratvorspannung.
Der Aufbau und die Eigenschaften gesputterten und verdampften Germaniums sind bekanntermaßen von der Abscheidungsgeschwindigkeit, von der Substrattemperatur, vom Umgebungsdruck im Beschichtungssystem und gegebenenfalls vom elektrischen Potential des Substrats (der Vorspannung) abhängig. In der Literatur sind verschiedene Modelle beschrieben, die die experimentell gewonnenen Beobachtungen erklären und quantitative Verhältnisse bei Abscheidungsvariablen ableiten wollen. Mehr oder weniger quantitative Verhältnisse zwischen Filmabscheidungsgeschwindigkeiten, Substrattemperaturen und Filmkristallinität sind von mehreren Autoren erstellt worden. Sie weichen zwar in den Einzelheiten voneinander ab, doch sind sie sich im allgemeinen über die Mindestemperatur für die Homoepitaxie (150-180ºC) und die Aktivierungsenergie für den Übergang zwischen amorph zu kristallin einig (ungefähr 1,5 eV in Übereinstimmung mit der Nukleierungstheorie und der zu beobachtenden Aktivierungsenergie für die Oberflächendiffusion von Germanium auf Germanium). Außerdem wurden auch Daten bezüglich Hallbeweglichkeitswerten von Germaniumfilmen in Abhängigkeit von der Substrattemperatur während der Abscheidung berichtet.
Zum Sputtern von Germaniumfilmen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und Trägerbeweglichkeit sowie annehmbarerer Lichtdurchlässigkeit wird ein Substrat verwendet, das sowohl erhitzt als auch elektrisch vorgeladen werden kann. Typischerweise sind die Bedingungen zum HF-Sputtern unter anderem eine Targetvorspannung von 3000 V, eine Substratvorspannung von 600 V und eine Substrattemperatur von 360ºC. Das Sputtern wird durchgeführt, während ein Wechselstrom mit 60hz sowohl an das Target als auch an den Substrathalter in einem Vakuumsystem angelegt wird, in dem ein Basisdruck von 10&supmin;&sup6; Torr herrscht.
Bei einem zusätzlichen Verfahren wurde eine HF-Diode (13,6 Mhz), eine Magnetron- oder Gleichstrom-Magnetron-Sputterquelle (Kathode) für Germanium und ein Substrattisch verwendet, der sowohl beheizt werden als auch mit einem HF-Vorspannungspotential geladen werden kann. Das System wird mit einer Diffusionspumpe und einer Falle für flüssigen Stickstoff (N&sub2;) auf einen Basisdruck von ungefähr 10&supmin;&sup7; Torr gepumpt. Cryo- oder Turbomolekularpumpen zu einem niedrigeren Basisdruck ist vorzuziehen&sub1; da es sehr wichtig ist, das Niveau der Verschmutzung mit zum Beispiel Sauerstoff und Wasserdampf zu verringern. Eine zum direkten Bombardieren des Substrats und zum Abscheiden vom Film geeignete Ionenkanone kann als Alternative zum Vorspannen des Substrats zum Erreichen des gleichen Zwecks erwägt werden. Außerdem ist es wichtig, genügend Energie an die Atome des anwachsenden Films zu liefern, damit die Entwicklung langer Ordnungen (Kristallisierung) bei niedrigen bis mäßigen Substrattemperaturen möglich ist. Eine weitere alternative Möglichkeit ist die Verwendung von Ionenstrahlsputtern eines Germaniumtargets als eine Ersatz für die oben genannten HF- oder Gleichstrom-Magnetronquellen in Kombination mit Ionenbombardierung des erhitzten Substrats durch eine zweite Ionenkanone.
Aus Gründen der Lichtdurchlässigkeit, Haltbarkeit und Verfügbarkeit in großen Abmessungen sind polykristallines Zinksulfid und Zinkselenid bevorzugte Substratmaterialien für diese Germaniumbeschichtungen (sowie für andere bei Hochtemperaturfenstern verwendete Beschichtungen). Außerdem kann eine Anti- Reflexionsbeschichtung zwischen der Substratoberfläche und der leitfähigen Germaniumschicht verwendet werden.
Bei einer anderen Möglichkeit wird plasmagesteigerte chemische Dampfabscheidung (PECVD) eingesetzt. Dieses Verfahren war bei der Herstellung von Silizium- und Germaniumfilmen bei Substrattemperaturen von weniger als 300ºC erfolgreich.

BEISPIEL VI

Eine weitere dotierte Germaniumschicht wurde auf einem Zinkselenidsubstrat unter Verwendung von ionengepumpter Elektronenstrahlverdampfung hergestellt. Germanium (hochrein, 40 Ohm/cm), Dotant: Antimon (99,9999%) und Zinkselenidsubstrate wurden in einem erhitzten Lösungsmittel mit nachfolgendem Säurebad gereinig. Sie wurden in eine Vakuumkammer in einem Elektronenstrahlsystem eingebracht. Die Kammer wurde auf 10&supmin;&sup8; bis 10&supmin;&sup7; Torr gepumpt, während das von den Quellen abgeschottete Substrat auf 300ºC aufgeheizt wurde. Das Substrat wurde weiter auf 400ºC aufgeheizt, und unmittelbar vor der Verdampfung wurde das Antimon auf 550ºC erhitzt. Die Elektronenstrahlsteuerung wurde aktiviert und die Germaniumquelle beheizt, so daß eine Verdampfungsgeschwindigkeit von 3 Å/s erzielt wurde. Die Abschottung zwischen den Quellen und dem Zinkselenidsubstrat wurde zur Einleitung der Abscheidung auf dem Substrat entfernt. Die Verdampfung wurde so lange fortgesetzt, bis eine gewünschte Dicke der Beschichtung auf dem Substrat erreicht war. Nach der vollständigen Beschichtung wurden die Elektronenstrahlbeheizung, die Antimonbeheizung und die Substratbeheizung abgeschaltet, und der Reaktor kühlte über 2 Stunden auf 100ºC ab. Nach der Abkühlphase wurde das Vakuum unterbrochen und das beschichtete Substrat aus der Vakuumkammer entnommen. Unter Verwendung dieses Verfahrens können Fenster mit einer Dicke von zwischen 2 und 25 µm hergestellt werden.

BEISPIEL VII

In der gleichen Weise wie bei Beispiel VI wurde ein Fenster mit einer mit Antimon dotierten Germaniumbeschichtung auf einem Galliumarsenidsubstrat hergestellt.
Die Erfindung wurde zwar detailliert beschrieben und gezeigt, doch wird darauf hingewiesen, daß dies nur zum Illustrieren und als Beispiel geschah und nicht als Einschränkung verstanden werden kann, da der Umfang der Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Für Infrarotlicht durchlässiges und elektrisch leitendes Fenster mit

einem für Infrarotlicht durchlässigen Substrat (11,40) mit einer für Infrarotlicht durchlässigen Halbleiterschicht (14,41) auf einer Fläche davon, wobei das Fenster dadurch gekennzeichnet ist, daß

sowohl das Substrat (11,40) als auch die Schicht (14,41) über den Wellenlängenbereich von ungefähr 2 µm bis ungefähr 12 µm durchlässig sind;

die Schicht (14,41) auf einer Fläche des Substrats mit einer Dicke von ungefähr 2µm bis ungefähr 25µm gebildet wird, wobei die Schicht als eine kristalline Schicht mit einer niedrigen Defektdichte gebildet wird, so daß die Durchlässigkeit für Infrarotlicht dabei im wesentlichen erhalten bleibt;

einem Dotiermittel in der Haibleiterschicht, um die Halbleiterschicht leitend zu machen, wobei das Dotiermittel in der Halbleiterschicht verteilt ist, so daß der elektrische Widerstand der Halbleiterschicht auf weniger als 30 Ohm pro Quadrat verringert wird, während die Infrarotlichtdurchlässigkeit der Schicht im wesentlichen erhalten bleibt;

die Halbleiterschicht und das Substrat entweder aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien hergestellt werden.

2. Fenster nach Anspruch 1, bei dem das Dotiermittel entweder als ein Dotiermittel vom p-Typ oder ein Dotiermittel vom n-Typ ausgewählt ist.

3. Fenster nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiterschicht aus einem Material aus der folgenden Auswahl besteht: Galliumarsenid, Germanium, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, halbleitender Diamant, halbleitendes Siliziumkarbid.

4. Fenster nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiterschicht aus Germanium besteht und das Dotiermittel aus einem Material aus der folgenden Auswahl besteht: Lithium, Phosphor, Arsen, Antimon, Wismuth, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Zink und Thallium.

5. Fenster nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiterschicht aus Galliumarsenid und das Dotiermittel aus einem Material aus der folgenden Auswahl besteht: Schwefel, Seien, Zinn, Tellunum, Germanium, Silizium, Magnesium, Lithium, Zink, Mangan, Cadmium und Beryllium.

6. Fenster nach Anspruch 1, bei dem die Halbleiterschicht aus einem Material aus der folgenden Auswahl besteht: Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxid; und das Dotiermittel aus einem Material aus der folgenden Auswahl: Zink, Aluminium, Gallium und Indium.

7. Fenster nach Anspruch 1, bei dem der Widerstand der Halbleiterschicht niedriger ist als 10 Ohm pro Quadrat ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines für Infrarotlicht durchlässigen leitfähigen Fensters nach Anspruch 1, mit folgenden Schritten:

Auswahl eines für Infrarotlicht durchlässigen Substrats;

Zusatz eines Dotiermittels zu einer inhärenten oder einer zusätzlichen Schicht eines für Infrarotlicht durchlässigen Halbleitermatenals auf einer Oberfläche des Substrats zum Leitfähig-Machen der Halbleiterschicht, wobei das Verfahren zum Zusetzen eines Dotiermittels so gesteuert wird, daß auf dem Substrat eine leitfähige Halbleiterschicht mit einer Dicke von ungefähr 2 µm bis ungefähr 25 µm und einem Widerstand von weniger als 30 Ohm pro Quadrat hergestellt wird und das so hergestellte Fenster für Licht in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 2 µm bis ungefähr 12 µm durchlässig ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht und das Dotiermittel einer inhärenten Schicht des Halbleitermaterials zugesetzt wird, wobei das Dotiermittel in eine Oberfläche des Halbleitermaterials diffundiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Dotiermittel in die Oberfläche des Halbleitermatials zu einer Dicke von ungefähr 15 µm bis ungefähr 25 µm diffundiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, weiter mit dem Schritt des Ablagerns mehrerer Anti-Reflexionsbeschichtungen über der das Dotiermittel enthaltenden Schicht.

12. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Dotiermittel auf der Oberfläche des Substrats abgelagert wird, indem das Substrat auf eine Temperatur von 600ºC bis 1200ºC erwärmt wird und das Dotiermittel durch ein inertes Trägergas auf die Substratoberfläche gebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Dotiermittel in die Oberfläche des Substrats eingebracht wird, indem ein aus dem Dotiermittel, Siliziumoxid und einem organischen Trägerstoff bestehende Lösung auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, was von einer Brennverdichtung bei einer Temperatur von 200ºC bis 300ºC zu Bildung einer glasigen Schicht gefolgt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Dotiermittel in die Oberfläche des Substrats eingebracht wird und nach dieser Ablagerung eine Einkapselungsschicht über dem Dotiermittel abgelagert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Substrat aus Germanium und das Dotiermittel Antimon ist, wobei das Antimon zuerst auf der Oberfläche des Substrats abgelagert wird und dann in die Oberfläche diffundiert wird, indem das Substrat in einem Ofen mit einer Reduktionsgasatmosphäre mit einer Temperatur von 600ºC bis 900ºC über einen Zeitraum von 12 bis 24 Stunden erwärmt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Substrat aus Galliumarsenid und die dotierte Schicht aus mit Silizium dotiertem Galliumarsenid besteht und durch metall-organische chemische Dampfabscheidung (MOCVD) hergestellt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das für Infrarotlicht durchlässige Halbleitermaterial als eine abgeschiedene Schicht auf das Substrat aufgebracht wird und das Dotiermittel mit dem für Infrarotlicht durchlässigen Halbleitermaterial zusammen abgeschieden wird, um die abgeschiedene Schicht leitfähig zu machen.