[發明專利]一種具有超晶格結構AlGaN/GaN光電陰極的制備方法

在審

• 申請號: 202110555671.4
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113451087A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 王曉暉;張世博;班啟沛;王振營;張翔
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J1/34
• 分類號: H01J1/34;H01J9/12;H01J40/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種具有超晶格結構AlGaN/GaN光電陰極的制備方法。該光電陰極自下而上由襯底層、緩沖層、AlGaN/GaN超晶格發射層、Cs/O激活層組成，所述超晶格發射層采用AlGaN/GaN組成的周期結構，該超晶格大約有6到12個周期。這種結構的制備方法包括：襯底的選擇、緩沖層的選擇以及緩沖層的生長、電子發射層超晶格結構的設計以及生長、p型摻雜的濃度選擇和激活層的生長。采用超晶格結構主要是它能更好的使空穴和電子分離，提高發射層的電子出射率，從而提高AlGaN/GaN光電陰極的量子效率。

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件領域，具體講述一種具有超晶格結構 AlGaN/GaN光電陰極的制備方法。

背景技術

光電陰極在軍用和民用方面都具有重要的應用價值和發展前景，比如：探測器、電子源、火災報警、生物傳感器等。GaN作為第三代半導體，具有禁帶寬度大、量子效率高、化學物理性質穩定等優點，這些特性使其適合制作高頻、高功率、高溫、抗輻射、高密度集成電路以及一些半導體器件。近年來，隨著信息技術和半導體技術的進一步發展，對光電陰極的要求越來越高，由于GaN材料自身的優點，展現了極好的電子遷移和躍遷特性，近年來已成為光電陰極研究的熱點。

超晶格結構是用兩種晶格匹配很好的材料以幾個納米到幾十個納米的薄層交替地生長的周期性結構，事實上就是特定形式的層狀精細復合材料。它的能帶圖與多量子阱類似，惟一的區別是超晶格中勢壘層厚度小于電子的德布羅意波長，當勢壘層足夠薄電子就能從一個量子阱隧穿到相鄰的量子阱，實現能級的躍遷。

目前，獲得更高量子效率的光電陰極是急需解決的主要技術問題。隨著摻雜技術的發展以及超晶格結構的逐漸使用，我們提出一種可以進一步提高光電陰極量子效率的制備方法。目前制備的光電陰極通過在GaN中摻雜Mg或者Be元素，造成能帶彎曲，從而導致電子更容易從價帶跑到導帶，進而使電子發射出去，電子從導帶溢出體外，其所需要的能量要大于對應的電子親和勢。目前所制作的光電陰極多為負電子親和勢光電陰極，它利用降低電子親和勢這一方法來提高量子效率。雖然光電陰極的量子效率已經得到了提高，但事實上通過改變厚度、材料結構、摻雜濃度等已經很難再提高其量子效率，嚴重限制了光電陰極的發展。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種制備多周期p型摻雜AlGaN/GaN超晶格結構作為電子發射層的方法。由于多周期超晶格結構的高吸收系數、高橫向載流子遷移率以及強極化效應，把它用作發射層，能有效提高電子的出射率，有利于光電子的擴散和逸出，從而提高GaN光電陰極的量子效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種具有超晶格結構 AlGaN/GaN光電陰極的制備方法，自下而上由襯底層(1)、緩沖層(2)、摻雜型 AlGaN/GaN超晶格結構發射層(3)，以及Cs或者Cs/O激活層(4)。所述電子發射層采用AlGaN/GaN超晶格，該超晶格設有6～12個周期，每個周期中的GaN 層厚度為5到10nm，AlGaN層厚度為5到10nm。

優選地，所述襯底為藍寶石晶體。

優選地，所述緩沖層的厚度為10～100nm。

本發明還提供了上述一種具有超晶格結構AlGaN/GaN光電陰極的制備方法，其步驟包括：

(1)將藍寶石雙拋光作為襯底；

(2)在襯底上生長一層AlN緩沖層；

(3)在緩沖層上，用金屬有機物化學氣相淀積MOCVD或者MBE方法生長霍爾濃度為10¹⁶～10¹⁸cm^-3厚度為100～200nm的AlGaN/GaN超晶格電子發射層；

(4)通過超高真空激活工藝在超晶格電子發射層表面吸附Cs或者Cs/O 激活層。

附圖說明