СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ МИШЕНИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛА ПОЛУПРОВОДНИКА ТИПА AB Российский патент 1995 года по МПК H01J9/20 H01S3/18 

Изобретение относится к технологии изготовления лазерных электронно-лучевых трубок (ЛЭЛТ), в частности к способам изготовления активных элементов, или лазерных мишеней трубок.

Известен способ изготовления мишени ЛЭЛТ, включающий резку ориентированного полупроводникового слитка из пластины, шлифовку и полировку первой стороны пластины, нанесение диэлектрического зеркала, приклейку пластины к лейкосапфировой подложке, шлифовку, механическую полировку, химико-механическую полировку второй стороны пластины, нанесение "глухого" зеркала на вторую сторону пластины [1].

Недостатком этого способа является применение механической шлифовки и полировки пластины, так как эти виды обработки вносят в кристалл структурные дефекты (Акимова И.В. и др. Квантовая электроника, 1977, т. 4, с. 1357).

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления лазерной мишени электронно-лучевой трубки, включающий химико-механическую полировку первой поверхности исходной полупроводниковой пластины, нанесение выходного зеркала, закрепление полупроводниковой пластины на хладопроводе, полировку второй поверхности пластины и нанесение глухого зеркала на вторую поверхность полупроводниковой пластины [2]. В данном способе проводится механическое шлифование обеих поверхностей пластины.

Недостатком такого способа является наличие механической обработки полупроводниковой пластины, при которой в приповерхностный слой и объем пластины вносятся структурные дефекты, снижающие излучательные параметры полупроводника и КПД мишеней ЛЭЛТ (Бушуева Г.В. и др. Поверхность: физика, химия, механика, 1991, N 11, с. 157). Другим недостатком этого способа является использование в качестве исходного материала лазерной мишени полупроводниковых пластин А₂В₆ толщиной 1,2-1,5 мм, полученных резкой объемного кристалла-слитка. Собственно резка объемного кристалла на пластины сопровождается внесением в объем пластин структурных дефектов, кроме того, при использовании этого способа мишень (активный элемент), имеющая толщину 15-30 мкм, изготавливается из исходной пластины полупроводника толщиной 1,2-1,5 мм, т.е. примерно 99,9% дорогостоящего полупроводникового материала уходит в отходы (весьма токсичные) обработки.

Целью изобретения является увеличение выхода годных мишеней и повышение их КПД.

Для этого в способе изготовления лазерной мишени электронно-лучевой трубки, включающем химико-механическую полировку первой поверхности исходной полупроводниковой пластины, нанесение выходного зеркала, закрепление полупроводниковой пластины на хладопроводе, полировку второй поверхности пластины и нанесение глухого зеркала на вторую поверхность полупроводниковой пластины, в качестве исходной полупроводниковой пластины используют гетероструктуру, состоящую из монокристаллической пленки прямозонного полупроводника типа А₂В₆, выращенную на подложке из полупроводника типа А₃В₅, после закрепленной гетероструктуры на хладопроводе подложку из полупроводника А₃В₅ удаляют способом селективного химического травления, а находившуюся в контакте с подложкой из полупроводника А₃В₅ поверхность монокристаллической пленки полупроводника А₂В₆ полируют химическим способом и наносят на нее отражающее покрытие.

В качестве исходной гетероструктуры используют гетероструктуры Zn_xCd_1-xS_y Se_1-y/GaAs_zP_1-z.

Наилучший результат достигается тем, что селективное химическое травление подложки из GaAd_zP_1-z проводят в травителе, состоящем из раствора перекиси водорода Н₂О₂ и аммиака NH₄OH в воде.

Схема предлагаемого способа - последовательность технологических операций приведена на чертеже.

В качестве исходной пластины-заготовки мишени в предлагаемом способе применяют гетероструктуры сульфида-селенида цинка-кадмия на арсенофосфиде галлия, получаемые химическим осаждением из паровой фазы или методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Эти же методы позволяют получить на указанных подложках весьма совершенные монокристаллические пленки ZnSe, ZnS_xSe_1-x, Cds, CdSe, Zn_xCd_1-xS и других прямозонных полупроводников А₂В₆, обладающие высокими излучательными свойствами в видимом диапазоне при толщине пленок от 10-12 до 15-18 мкм. При этом в качестве ростовых подложек используют относительно недорогие пластины FaAs_zP_1-z, получаемые, например, методом кристаллизации из расплава. Применительно к изобретению такие гетероструктуры обладают важным свойствам: химической разнородностью пленки и подложки, что позволяет подобрать и использовать для удаления подложки селективные химические травители. Как показали эксперименты, при использовании в качестве травителя водного раствора аммиака скорость травления (растворения в нем) подложки из GaAs_zP_1-z превосходит на порядок и более скорость травления пленки А₂В₆, причем процесс стравливания подложки может контролироваться визуально.

Химико-механическое полирование ростовой поверхности пленки А₂В₆ в предлагаемом способе применяется для удаления текстуры поверхности и придания ей необходимой микрошероховатости.

После удаления подложки из А₃В₅ поверхности пленки, находившаяся в контакте с подложкой, подвергается химическому полированию (например, в растворе соляной кислоты и оксида хрома) для удаления "переходного" слоя, возникающего в обращенных к подложке тонких (0,5-1 мкм) слоях пленки и содержащего примеси и дефекты, снижающие излучательные свойства пленки и, соответственно, КПД мишени ЛЭЛТ.

Поскольку в предлагаемом способе не применяются механические воздействия на полупроводниковую пластину (резка, механическое шлифование и полирование), то повышается выход годных мишеней, так как отсутствуют связанные с механической обработкой виды брака: растрескивание пластин, упругие напряжения, пластическая деформация кристаллов и др.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Ростовую поверхность А₂В₆ исходной гетероструктуры химико-механически полируют с глубиной съема 1-1,5 мкм.

После отмывки на эту поверхность наносят отражающее покрытие (например, многослойное диэлектрическое).

Склеивают поверхность пленки с хладопроводом мишени (например, с лейкосапфировым диском).

Удаляют подложку А₃В₅ селективным химическим травлением.

Находящуюся в контакте с подложкой поверхностью пленки А₂В₆ химически полируют с глубиной съема 0,5-1 мкм.

После отмывки и контроля поверхности на нее наносят отражающее покрытие (например, металлодиэлектрическое).

В качестве примера приведем результаты изготовления мишеней ЛЭЛТ из гетероструктур типа ZnSe/GaAs. Для сравнения приводятся аналогичные результаты по мишеням из объемных пластин ZnSe, полученных наиболее совершенным способом ростом из паровой фазы по методу Давыдова-Маркова (гетероструктуры были получены методом MOCVD - химическим осаждением из паровой фазы).

Диаметр гетероструктур ZnSe/GaAs 28-35 мм, диаметр пластин ZnSe 30-38 мм. Исходная толщина пленки ZnSe на подложке из GaAs 12-18 мкм, толщина подложки из GaAs 1,0-1,1 мм. Исходная толщина пластин ZnSe 1,1-1,2 мм.

Мишени ЛЭЛТ были изготовлены: из объемных пластин ZnSe по способу-прототипу; из гетероструктур ZnSe/GaAs по предлагаемому способу. Получено годных мишеней ЛЭЛТ: из 10 объемных пластин ZnSe - 2 шт; из 10 гетероструктур ZnSe/GaAs - 4 шт. КПД мишеней измерялись в составе ЛЭЛТ при энергии электронов накачки 63 КэВ, токе пучка накачки 1,0 мА при 300^оК.

Результаты измерений:
КПД мишеней, изготовленных по способу-прототипу, - 0,2-0,3%, по предлагаемому способу - 1,3-1,9%.

Использование: технология изготовления лазерных электронно-лучевых трубок (ЛЭЛТ), в частности активных элементов или лазерных мишеней ЛЭЛТ. Сущность изобретения: проводят химико-механическую полировку первой поверхности исходной полупроводниковой пластины, в качестве которой используют гетероструктуру, состоящую из монокристаллической пленки прямозонного полупроводника типа A₂B₆, выращенной на подложке из полупроводника типа A₃B₅, наносят выходное зеркало и закрепляют гетероструктуру на хладопроводе. Затем подложку из полупроводника типа A₃B₅ удаляют способом селективного химического травления, например, водным раствором H₂O₂ и NH₄OH, а находившуюся в контакте с подложкой из полупроводника A₃B₅ поверхность монокристаллической пленки полупроводника A₂B₆ полируют химическим способом и наносят на нее глухое зеркало в виде отражающего покрытия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ МИШЕНИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛА ПОЛУПРОВОДНИКА ТИПА A₂B₆, включающий химико-механическую полировку первой поверхности исходной полупроводниковой пластины, нанесение выходного зеркала, закрепление полупроводниковой пластины на хладопроводе, полировку второй поверхности полупроводниковой пластины и нанесение глухого зеркала на вторую поверхность полупроводниковой пластины, отличающийся тем, что в качестве исходной полупроводниковой пластины используют гетероструктуру, состоящую из монокристаллической пленки прямозонного полупроводника типа А₂В₆, выращенной на подложке из полупроводника типа А₃В₅, после закрепления гетероструктуры на хладопроводе подложку из полупроводника типа А₃В₅ удаляют способом селективного химического травления, а полировку находящейся в контакте с подложкой из полупроводника типа А₃В₅ второй поверхности полупроводниковой пластины в виде монокристаллической пленки полупроводника типа А₂В₆ осуществляют химическим способом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходной гетероструктуры используют гетероструктуры Zn_xCd_1-xS_y Se_1-y / GaAs_zP_1-z, где x, y, z принимают значения от 0 до 1 и x + y = 1. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что селективное химическое травление подложки из GaAs_zP_1-z проводят в травителе, состоящем из раствора перекиси водорода H₂O₂ и аммиака NH₄OH в воде.