[發(fā)明專利]一種藍(lán)延伸變帶隙AlGaAs/GaAs光電陰極及其制備方法

有效

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• 申請日: 2011-07-19
• 公開（公告）號: CN102306600A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒繼軍;常本康;張益軍;金解云;鄧文娟;彭新村
• 申請（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號: H01J29/04
• 分類號: H01J29/04;H01J9/02
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電發(fā)射材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Al_xGa_1-xAs/GaAs化合物半導(dǎo)體材料組分控制與外延生長技術(shù)相結(jié)合的藍(lán)延伸變帶隙AlGaAs/GaAs光電陰極及其制備方法。

背景技術(shù)

光電陰極是一種利用外光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆姲l(fā)射材料。具有負(fù)電子親和勢GaAs光電陰極由于量子效率高、暗發(fā)射小、能量和空間分辨率高、發(fā)射電流密度大且可實現(xiàn)均勻平面電子發(fā)射等眾多優(yōu)點，在光電探測與成像等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

用于光電成像中的AlGaAs/GaAs光電陰極由于AlGaAs緩沖層的吸收作用，對于藍(lán)紫光和更短波長的光響應(yīng)率不高。通常AlGaAs/GaAs光電陰極的探測波段為550nm～900nm?。為了探測、識別和確認(rèn)沙漠地帶或沙地景物，美國ITT公司研制成功了藍(lán)光延伸的三代微光像增強器。在這項技術(shù)中，他們采用藍(lán)光透射率更高的玻璃，并減小AlGaAs緩沖層厚度和增加Al組分來提高藍(lán)光透射率。測試結(jié)果表明，藍(lán)延伸陰極對波長小于550nm光子探測的量子效率明顯提高，但當(dāng)波長小于400nm后，量子效率又呈快速下降趨勢，同時藍(lán)延伸陰極還犧牲了長波量子效率。造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩個方面，首先AlGaAs緩沖層不能太薄，否則失去了緩沖的意義，因而藍(lán)光透射率的提高是有一定限度的，其次緩沖層中產(chǎn)生的大量光電子絕大部分都在緩沖層中復(fù)合了，沒有得到充分的利用。因而解決好AlGaAs緩沖層光子吸收對光電發(fā)射的影響問題對于實現(xiàn)GaAs光電陰極的藍(lán)延伸，提高短波光子量子效率具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有AlGaAs/GaAs光電陰極不能很好的探測藍(lán)、紫光，短波光子量子效率不高的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種基于變帶隙Al_xGa_1-xAs緩沖層的AlGaAs/GaAs光電陰極及其制備方法。

本發(fā)明以改變Al_xGa_1-xAs材料中Al組分x的含量，從而改變半導(dǎo)體材料的帶隙（禁帶寬度），在AlGaAs/GaAs結(jié)構(gòu)的AlGaAs緩沖層中形成一個很強的內(nèi)建電場。入射光子通過AlGaAs時激發(fā)的光電子就能以很快的漂移速度向GaAs發(fā)射層輸運，從而能夠在不影響長波光子探測的情況下大大提高藍(lán)、紫光等短波光子探測的量子效率，實現(xiàn)本發(fā)明藍(lán)延伸探測的設(shè)想。

本發(fā)明的半導(dǎo)體光電陰極包括：9741玻璃、SiO₂鈍化層、Si₃N₄增透膜、變帶隙Al_xGa_1-xAs緩沖層、p型GaAs發(fā)射層以及Cs/O激活層組成：所述變帶隙Al_xGa_1-xAs緩沖層，厚度為1~2μm，摻雜濃度為(5~10)×10¹⁸cm^-3，Al_xGa_1-xAs層Al組分從Si₃N₄增透膜往GaAs發(fā)射層方向由最大0.4~0.7線性下降到零。

此外，在上述的藍(lán)延伸變帶隙AlGaAs/GaAs光電陰極，玻璃采用紫外透過率高的9741玻璃（可通過市購得到）。

此外，在上述的藍(lán)延伸變帶隙AlGaAs/GaAs光電陰極，Si₃N₄增透膜的厚度為60~100nm。

此外，在上述的藍(lán)延伸變帶隙AlGaAs/GaAs光電陰極，GaAs發(fā)射層的p型摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

此外，在上述的藍(lán)延伸變帶隙AlGaAs/GaAs光電陰極，GaAs發(fā)射層的厚度為1~2μm。

該方法按以下步驟依次進(jìn)行，

步驟（1），準(zhǔn)備GaAs襯底，GaAs襯底作“籽晶”要求其位錯密度低于10³cm^-3，并且均勻性好，晶向朝（100）面偏3o切割；利用金屬有機(jī)化合物氣相沉積法（MOCVD）在GaAs襯底上順序生長AlGaAs阻擋層，GaAs發(fā)射層和變帶隙Al_xGa_1-xAs緩沖層；