[发明专利]一种蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电发射材料技术领域，具体涉及一种Al_xGa_1-xAs/GaAs化合物半导体材料组分控制与外延生长技术相结合的蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极及其制备方法。

背景技术

光电阴极是一种利用外光电效应将光信号转变为电信号的光电发射材料。具有负电子亲和势GaAs光电阴极由于量子效率高、暗发射小、能量和空间分辨率高、发射电流密度大且可实现均匀平面电子发射等众多优点，在光电探测与成像等领域中得到了广泛应用。

用于光电成像中的AlGaAs/GaAs光电阴极由于AlGaAs缓冲层的吸收作用，对于蓝紫光和更短波长的光响应率不高。通常AlGaAs/GaAs光电阴极的探测波段为550nm～900nm 。为了探测、识别和确认沙漠地带或沙地景物，美国ITT公司研制成功了蓝光延伸的三代微光像增强器。在这项技术中，他们采用蓝光透射率更高的玻璃，并减小AlGaAs缓冲层厚度和增加Al组分来提高蓝光透射率。测试结果表明，蓝延伸阴极对波长小于550nm光子探测的量子效率明显提高，但当波长小于400nm后，量子效率又呈快速下降趋势，同时蓝延伸阴极还牺牲了长波量子效率。造成这种现象的原因主要有两个方面，首先AlGaAs缓冲层不能太薄，否则失去了缓冲的意义，因而蓝光透射率的提高是有一定限度的，其次缓冲层中产生的大量光电子绝大部分都在缓冲层中复合了，没有得到充分的利用。因而解决好AlGaAs缓冲层光子吸收对光电发射的影响问题对于实现GaAs光电阴极的蓝延伸，提高短波光子量子效率具有重要意义。

发明内容

针对现有AlGaAs/GaAs光电阴极不能很好的探测蓝、紫光，短波光子量子效率不高的现状，本发明提供了一种基于变带隙Al_xGa_1-xAs缓冲层的AlGaAs/GaAs光电阴极及其制备方法。

本发明以改变Al_xGa_1-xAs材料中Al组分x的含量，从而改变半导体材料的带隙（禁带宽度），在AlGaAs/GaAs结构的AlGaAs缓冲层中形成一个很强的内建电场。入射光子通过AlGaAs时激发的光电子就能以很快的漂移速度向GaAs发射层输运，从而能够在不影响长波光子探测的情况下大大提高蓝、紫光等短波光子探测的量子效率，实现本发明蓝延伸探测的设想。

本发明的半导体光电阴极包括：9741玻璃、SiO₂钝化层、Si₃N₄增透膜、变带隙Al_xGa_1-xAs缓冲层、p型GaAs发射层以及Cs/O激活层组成：所述变带隙Al_xGa_1-xAs缓冲层，厚度为1~2μm，掺杂浓度为(5~10)×10¹⁸cm^-3，Al_xGa_1-xAs层Al组分从Si₃N₄增透膜往GaAs发射层方向由最大0.4~0.7线性下降到零。

此外，在上述的蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极，玻璃采用紫外透过率高的9741玻璃（可通过市购得到）。

此外，在上述的蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极，Si₃N₄增透膜的厚度为60~100nm。

此外，在上述的蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极，GaAs发射层的p型掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3。

此外，在上述的蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极，GaAs发射层的厚度为1~2μm。

该方法按以下步骤依次进行，

步骤（1），准备GaAs衬底，GaAs衬底作“籽晶”要求其位错密度低于10³cm^-3，并且均匀性好，晶向朝（100）面偏3o切割；利用金属有机化合物气相沉积法（MOCVD）在GaAs衬底上顺序生长AlGaAs阻挡层，GaAs发射层和变带隙Al_xGa_1-xAs缓冲层；