EP0211168A1 - Verfahren zum Herstellen einer Durchsichtphotokathode - Google Patents

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EP0211168A1
EP0211168A1 EP86107082A EP86107082A EP0211168A1 EP 0211168 A1 EP0211168 A1 EP 0211168A1 EP 86107082 A EP86107082 A EP 86107082A EP 86107082 A EP86107082 A EP 86107082A EP 0211168 A1 EP0211168 A1 EP 0211168A1
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EP
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layer
substrate
multilayer
disc
photocathode
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Rudolf Förster
Hans-Jürgen Pyka
Suso Dr. Weber
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/12—Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/10—Screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored
    • H01J29/36—Photoelectric screens; Charge-storage screens
    • H01J29/38—Photoelectric screens; Charge-storage screens not using charge storage, e.g. photo-emissive screen, extended cathode
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/34—Photoemissive electrodes
    • H01J2201/342—Cathodes
    • H01J2201/3421—Composition of the emitting surface
    • H01J2201/3423—Semiconductors, e.g. GaAs, NEA emitters

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • See-through photocathodes also known as inverted transmission cathodes, are usually produced in such a way that a multilayer, large-area heterostructure is grown on an semiconductor substrate in an epitaxy process.
  • a substrate in a liquid phase epitaxy process from corresponding melts successively applied an etch stop layer, an active semiconductor layer and a protective layer.
  • this multilayer pane is connected to a support, preferably made of glass, for example by heat treatment in an oven.
  • parts of the multi-layer wafer, in particular the substrate are completely or partially removed by etching.
  • the individual layer thicknesses are on the order of a few.
  • the size of the multilayer semiconductor wafer is usually equal to or smaller than the carrier surface on which it is applied. The method used for this is known, e.g. B. from DE-OS 25 50 056.
  • the invention has for its object to provide a manufacturing method of the type mentioned, which largely prevents the occurrence of the irregularities described on the edges of such photocathodes.
  • FIG. 1 shows a cross section of a section of a multilayer semiconductor wafer.
  • the layers 2, 3 and 4 are preferably applied one above the other in an epitaxial process on the substrate 1.
  • the substrate 1 preferably consists of a GaAs semiconductor die.
  • Layer 2, which has the function of an etch stop layer, is preferably a Zn-doped GaAlAs layer.
  • Layer 3 is the active semiconductor layer made of Zn-doped GaAs and layer 4, which has the function of a protective glass layer, is again a Zn-doped GaAlAs layer.
  • the active GaAs layer 3 is therefore between two GaAlAs layers 2 and 4.
  • a layer 5 is also expediently provided as an adhesive glazing layer which, for. B. consists of pyrolytically applied S i J N 4 or SiO 2 .
  • FIG. 2 shows the multilayer semiconductor wafer after it has been connected to the adhesive layer 5 with a glass carrier 6 in a glazing furnace.
  • This connection was made according to the invention so that a protruding edge 7 of the multi-layer pane is formed.
  • the multilayer disc is made larger than the connecting surface 10 of the carrier 6.
  • the substrate 1 is etched away with an etchant which does not attack the stop layer and the glass layer, which results in the intermediate product shown in FIG. 3.
  • a part 8 of the active semiconductor layer 3 was also etched out by the etching off of the substrate 1 at the edge.
  • the protruding edge 7 of the multilayer pane should be at least as large as an etching 8 of the layer 3 can occur.
  • FIG. 4 shows the photocathode at a stage after the protruding edge 7, in which the etchings 8 are present on the circumference of the layer 3, has been removed by mechanical processing, for example by breaking off or by means of ultrasound or laser radiation.
  • the etch stop layer can now be completely or partially removed and z. B. by vapor deposition of metal, an electrical contacting of the active semiconductor layer 3 can be made.
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment in which the etching stop layer 2 is etched away in the middle 11, so that only an annular edge of the stop layer 2 remains. Due to the exact delimitation at the edge, there are no more contact problems. The smooth edge limiting the risk of occurrence of further Spitzenen t - charges and glow discharges in operation of the photocathode of an image intensifier tube largely avoided.

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Abstract

Zur Erzielung einer exakten Randbegrenzung einer Durchsichtphotokathode wird vorgeschlagen, auf den Kathodenträger (6) eine Halbleiterscheibe mit einem überstehenden Rand (7) anzubringen und diesen nach Abätzen der Substratschicht (1) mechanisch zu entfernen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Durchsichtphotokathoden, auch als invertierte Transmissionskathoden bezeichnet, werden üblicherweise so hergestellt, daß in einem Epitaxie-Verfahren auf ein Halbleitersubstrat eine mehrschichtige, großflächige Heterostruktur aufgewachsen wird. So werden z. B. auf ein Substrat in einem Flüssigphasenepitaxie-Verfahren aus entsprechenden Schmelzen nacheinander eine Ätzstoppschicht, eine aktive Halbleiterschicht und eine Schutzschicht aufgebracht. Nachdem auf die Schutzschicht zweckmäßig noch pyrolitisch ein Haftbelag aufgebracht wurde, wird diese Mehrschichtenscheibe mit einem Träger, bevorzugt aus Glas, verbunden, z.B. durch Temperaturbehandlung in einem Ofen. Danach , werden durch Ätzen Teile der Mehrschichtenscheibe, insbesondere das Substrat ganz oder teilweise entfernt. Die einzelnen Schichtdicken liegen in der Größenordnung von wenigen um. Die Große der Mehrschichten-Halbleiterscheibe ist üblicherweise gleich oder kleiner als die Trägerfläche, auf der sie aufgebracht wird. Das hierzu verwendete Verfahren ist bekannt, z. B. aus der DE-OS 25 50 056.
  • Als nachteilig traten häufig Schwierigkeiten bei der Kontaktierung der aktiven Halbleiterschicht sowie unerwünschte Entladungserscheinungen beim Betrieb von Bildverstärkerröhren mit einer solchen Photokathode auf, als deren Ursache Unregelmäßigkeiten an den Rändern der Photokathode ermittelt wurden.
  • Diese Unregelmäßigkeiten rührten offenbar daher, daß beim Wegätzen insbesondere des Substrates nach dem Aufbringen der Mehrschichten-Halbleiterscheibe auf den Glasträger trotz Verwendung von Abdeckungen am Rand auch Teile der aktiven Halbleiterschicht zwischen der Stoppschicht und der Schutzschicht herausgelöst wurden, und nachfolgend dann Teile dieser benachbarten Schichten abbröckelten. Diese Unregelmäßigkeiten beeinträchtigten einerseits z. B. durch Aufdampfen erzeugte Kontaktierungen und andererseits gaben sie Anlaß zu unerwünschten Entladungserscheinungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das das Entstehen der beschriebenen Unregelmäßigkeiten an den Rändern solcher Photokathoden weitgehend verhindert.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch das beschriebene Verfahren lassen sich exakt begrenzte Photokathoden mit zuverlässiger Kontaktierung herstellen. Die Ätzvorgänge, insbesondere das Wegätzen des Substrates ist vereinfacht, da keine umfangreiche Abdeckungsmaßnahmen am Substratrand mehr erforderlich sind.
  • Das Verfahren wird nachfolgend anhand des in den Figuren 1 bis 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
  • In den Figuren, die einzelne Stadien eines Herstellungsverfahrens zeigen, sind gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.
  • Die Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt einer Mehrschichten-Halbleiterscheibe. Auf dem Substrat 1 sind die Schichten 2, 3 und 4 bevorzugt in einem Epitaxieverfahren übereinanderliegend aufgebracht. Das Substrat 1 besteht bevorzugt aus einem GaAs-Halbleiterplättchen. Die Schicht 2, die die Funktion einer Ätzstoppschicht hat, ist bevorzugt eine Zn-dotierte GaAlAs-Schicht. Die Schicht 3 ist die aktive Halbleiterschicht aus Zn-dotiertem GaAs und die Schicht 4, die die Funktion einer Anglasungs-Schutzschicht hat, ist wiederum eine Zn-dotierte GaAlAs-Schicht. Die aktive GaAs-Schicht 3 liegt also zwischen zwei GaAlAs-Schichten 2 und 4. Zweckmäßig ist noch eine Schicht 5 als Anglasungshaftschicht vorgesehen, die z. B. aus pyrolitisch aufgebrachtem SiJN4 oder aus SiO2 besteht.
  • Die Figur 2 zeigt die Mehrschichten-Halbleiterscheibe, nachdem sie in einem Anglasungsofen mit der Haftschicht 5 mit einem Glasträger 6 verbunden wurde. Dabei wurde diese Verbindung erfindungsgemäß so vorgenommen, daß ein überstehender Rand 7 der Mehrschichtenscheibe gebildet wird. Zu diesem Zweck wird die Mehrschichtenscheibe größer ausgebildet als die Verbindungsfläche 10 des Trägers 6. Danach erfolgt dann das Wegätzen des Substrats 1 mit einem Atzmittel, das die Stoppschicht und die Anglasschicht nicht angreift, wodurch sich das in Figur 3 gezeigte Verfahrens-Zwischenprodukt ergibt. Es zeigt sich, daß durch das Abätzen des Substrats 1 am Rand auch ein Teil 8 der aktiven Halbleiterschicht 3 herausgeätzt wurde. Gemäß der Erfindung soll der überstehende Rand 7 der Mehrschichtenscheibe mindestens so groß sein, wie eine Ausätzung 8 der Schicht 3 auftreten kann.
  • In Figur 4 ist die Photokathode in einem Stadium gezeigt, nachdem der überstehende Rand 7, in dem die Ausätzungen 8 am Umfang der Schicht 3 vorhanden sind, durch mechanische Bearbeitung zum Beispiel durch Abbrechen oder mittels Ultraschall oder Laserbestrahlung entfernt wurde.
  • Es ist nunmehr eine exakte Randfläche 9 vorhanden, die keine Einbuchtungen mehr aufweist. In weiteren Schritten kann nun die Atzstoppschicht ganz oder teilweise entfernt werden und z. B. durch Aufdampfen von Metall eine elektrische Kontaktierung der aktiven Halbleiterschicht 3 vorgenommen werden.
  • In Figur 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der die Ätzstoppschicht 2 in der Mitte 11 weggeätzt ist, so daß nur ein ringförmiger Rand der Stoppschicht 2 zurückbleibt. Infolge der exakten Begrenzung am Rand treten keine Kontaktierungsachwierigkeiten mehr auf. Durch die glatte Randbegrenzung wird ferner die Gefahr des Auftretens von Spitzenent- ladungen und Glimmentladungen beim Betrieb der Photokathode in einer Bildverstärkerröhre weitgehend vermieden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eine Durchsicht-Photokathode bei dem eine Seite eines scheibenförmigen Halbleiter-Substrats mit mehreren übereinanderliegenden Schichten versehen wird, wovon eine Schicht die aktive Photokathoden-Halbleiterschicht ist, dann diese Mehrschichtenscheibe mit der Schichtseite mit einer Oberfläche eines Trägers verbunden wird und dann an den freiliegenden Oberflächen der Mehrschichtenscheibe chemische und/oder mechanische Abtragungen am Substrat vorgenommen werden, dadurch gekennzeich- net, daß die Mehrschichtenscheibe größer ausgebildet wird als die Oberfläche des Trägers, daß die Mehrschichtenscheibe so auf die Trägerfläche aufgebracht wird, daß sie allseitig übersteht, daß dann chemische Abtragungen vorgenommen werden und daß nach Durchführung der chemischen Abtragungen am Substrat zumindest die überstehenden Teile der Mehrschichtenscheibe mechanisch entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemischen Abtragungen durch Ätzen vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Galliumarsenid besteht und zumindest die anschließenden Schichten und die aktive Photokathoden-Halbleiterschicht nach einem Epitaxieverfahren aufgebracht werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat eine Stoppschicht, dann eine aktive Photokathoden-Halbleiterschicht und dann eine Schutzschicht epitaktisch sowie gegebenenfalls ein Haftbelag aufgebracht werden und nach Verbinden dieser Mehrschichtenscheibe mit dem Träger das Substrat ganz oder teilweise chemisch weggeätzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abätzen der Stoppschicht der Randbereich abgedeckt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrschichtenscheibe mit einem Träger aus Glas verbunden wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht mit gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung hergestellt wird wie die Stoppschicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht und die Stoppschicht aus GaAlAs hergestellt werden.
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