[发明专利]峰值响应在532 nm敏感的反射式GaAlAs光电阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及蓝绿光探测材料技术领域，具体涉及一种基于半导体材料掺杂技术、半导体外延技术和超高真空表面激活技术相结合的峰值响应在532 nm敏感的反射式GaAlAs(镓铝砷)光电阴极及制备方法。

背景技术

海水是蓝绿激光的良好窗口，研究对532 nm敏感的新型海洋光电子探测器件对我国军事领域的海洋探测、海底通信、海底成像等方面有着重要意义。

目前，国际上在海洋探测等领域应用的探测器件是以蓝延伸GaAlAs/GaAs光电阴极核心部件的微光像增强器。美国目前报道最好的蓝延伸GaAlAs/GaAs光电阴极是ITT公司研制，响应曲线在532 nm处能达到200 mA/W，量子效率大于40%，全谱积分灵敏度达到了2300 μA/lm以上。而我国应用的探测器件是Na₂KSb（Cs）光电阴极，在532 nm处接近70 mA/W，量子效率为16%，全谱积分灵敏度达到600 μA/lm以上。而我国目前实验室研制的蓝延伸阴极在532 nm处光谱响应是110 mA/W，量子效率为25%，全谱积分灵敏度不到2000 μA/lm，该器件还未在海洋探测、海洋通信、海底成像领域得到应用，国内外差距明显。以上所述的均为宽光谱响应的传统光电阴极，具有阴极响应波段宽、窄带响应噪声大、不能全天候使用等问题。针对这些问题，设计并制作一种新型窄带光电阴极，采用透射式结构，以GaAlAs为光电发射层，使其量子效率峰值出现在532nm附近。

由于透射式GaAlAs光电阴极结构复杂、制作成本高，可通过研究反射式GaAlAs光电阴极及其制备方法，得到峰值响应在532 nm敏感的GaAlAs光电阴极，以此指导透射式GaAlAs光电阴极设计及制备，得到只对532nm敏感的GaAlAs窄带光电阴极。与GaAs材料相比，GaAlAs材料中的Al组分容易氧化。如果光电阴极组件以GaAlAs发射层作为最上层，生长的样品与空气接触，则GaAlAs表面极易被破坏而很难获得原子清洁表面，这对阴极的结构设计、材料生长及超高真空制备技术都提出了更高的要求。

发明内容

本发明目的是要提供一种峰值响应在532 nm敏感的反射式GaAlAs光电阴极，该阴极组件自下而上由GaAs衬底、Ga_1-x1Al_x1As缓冲层、Ga_1-x2Al_x2As掺杂浓度渐变发射层及GaAs保护层组成；并研究一种针对反射式GaAlAs光电阴极的制备方法，使阴极的峰值响应在532 nm敏感。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种峰值响应在532 nm敏感的反射式GaAlAs光电阴极，该阴极自下而上依此由GaAs衬底、Ga_1-x1Al_x1As缓冲层、Ga_1-x2Al_x2As掺杂浓度渐变发射层以及Cs/O激活层叠加而成。

所述Ga_1-x1Al_x1As缓冲层的Al组分为x1，满足0.75≤x1≤0.90；所述Ga_1-x1Al_x1As缓冲层的总厚度在20~2000 nm之间；采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn或Be，掺杂浓度均为1.0×10¹⁹ cm^-3。