[發明專利]多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構及其制作方法

無效

• 申請號: 201010565133.5
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102064206A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 常本康;李飆;徐源;杜玉杰;王曉暉;杜曉晴
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01J1/34;H01L31/18;H01J9/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構，其特征在于，該材料結構自下而上依次為襯底(1)、非故意摻雜的AlN緩沖層(2)、p型Ga_xAl_1-xN多組分混晶光電發射層(3)以及Cs或Cs/O激活層(4)。

2.根據權利要求1所述的多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構，其特征在于，所述襯底(1)為雙面拋光的藍寶石。

3.根據權利要求1所述的多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構，其特征在于，所述非故意摻雜的AlN緩沖層(2)外延生長在襯底(1)上，厚度在10-200nm之間。

4.根據權利要求1所述的多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構，其特征在于，所述p型Ga_xAl_1-xN多組分混晶光電發射層(3)外延生長在AlN緩沖層(2)上，厚度在100-200nm之間，摻雜濃度范圍為10¹⁶-10¹⁹cm^-3，摻雜濃度從體內到表面依次減小，Ga_xAl_1-xN多組分混晶中比例控制參數x以AlN緩沖層為生長起點，從0漸變為1。

5.根據權利要求1所述的多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構，其特征在于，所述Cs或Cs/O激活層(4)吸附在p型Ga_xAl_1-xN多組分混晶光電發射層(3)的前表面上，厚度在nm數量級。

6.一種制造權利要求1所述多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、在雙面拋光的藍寶石襯底(1)的上表面，通過半導體材料的外延生長工藝生長非故意摻雜的AlN緩沖層(2)；

步驟2、通過外延生長工藝以及III-V族化合物半導體材料的p型摻雜工藝，在步驟1獲得的AlN緩沖層(2)上生長p型Ga_xAl_1-xN多組分混晶光電發射層(3)作為光電發射材料；

步驟3、利用化學清洗去除步驟2得到的陰極材料表面油脂及加工過程中殘存的無機附著物；然后將其送入超高真空系統中，對材料表面進行加熱凈化，使材料表面達到原子級潔凈程度；

步驟4、在上述p型GaN材料表面通過激活工藝吸附單層Cs或多層Cs/O，以形成Cs或Cs/O激活層(4)，最終制備出具有負電子親和勢的多組分、梯度摻雜結構GaN紫外光電陰極。

7.根據權利要求6所述制造多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構的方法，其特征在于，步驟1中非故意摻雜的AlN緩沖層(2)的厚度為10-200nm。

8.根據權利要求6所述制造多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構的方法，其特征在于，步驟2中p型Ga_xAl_1-xN多組分混晶光電發射層(3)的厚度為100-200nm，其摻雜濃度范圍在10¹⁶-10¹⁹m^-3且摻雜濃度從體內到表面依次減小，所述Ga_xAl_1-xN多組分混晶中比例控制參數x以AlN緩沖層為生長起點，從0漸變為1。

9.根據權利要求6所述制造多組分、梯度摻雜GaN紫外光電陰極材料結構的方法，其特征在于，步驟3中對材料表面進行加熱凈化時的溫度為700-900℃，加熱時間為10-30分鐘。