[发明专利]超晶格组分渐变缓冲层透射式AlGaN紫外光阴极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于紫外探测材料技术领域，特别是一种超晶格梯度组分渐变缓冲层透射式AlGaN紫外光电阴极及制备方法。

背景技术

近年来，随着AlGaN材料制备技术、p型掺杂技术的完善及其超高真空技术的发展，AlGaN紫外光电阴极正成为一种新型的紫外光电阴极。这种光电阴极的表面具有负电子亲和势(NEA)，与传统的正电子亲和势紫外光电阴极以及固体紫外探测器件相比，AlGaN紫外光电阴极显示了量子效率高、暗发射电流小、紫外可见光抑制比高、稳定性好、发射电子能量分布集中等众多优点，因此在紫外探测以及真空电子源领域具有极大的应用潜力。

目前，获得高量子效率是AlGaN光电阴极实用化需要解决的主要技术问题。高的量子效率有助于提高探测器的灵敏度和信噪比，从而显著提高探测系统的探测距离与“日盲”区的紫外探测能力。在影响AlGaN光电阴极量子效率的众多因素中，AlGaN阴极材料的水平是决定阴极探测性能的关键因素。目前典型的AlGaN光电阴极在针对AlGaN发射层做了相当多的改进，比如梯度掺杂的AlGaN发射层，指数掺杂AlGaN发射层，这些改进均一定程度提高了AlGaN光电阴极的量子效率[付小倩,常本康,李飙,等.负电子亲和势GaN光电阴极的研究进展[J].物理学报,2011；杜晓晴，常本康，钱云生等.基于变掺杂结构的透射式GaN紫外光电阴极及其制作方法，2011]。然而对缓冲层的改进研究却相对较少，而缓冲层的结构同样影响着阴极的性能，缓冲层可以极大程度地缓解蓝宝石衬底与发射层之间晶格失配和热膨胀系数不匹配而造成的入射光子损失和量子效率降低的问题。通常使用AlN材料来作为缓冲层，当阴极AlN缓冲层厚度为500nm时，缓冲层对入射光的吸收率达到33.2％，很大程度上降低了透射式AlGaN光电阴极中短波光子到达发射层内的效率，影响透射式阴极的短波响应特性。当AlN晶体为100nm时，波长为220nm入射光的吸收率仅为7.6％，但是减小缓冲层的厚度就无法保障缓冲层具有较为平整的晶体表面，因此单一的AlN晶体结构作为缓冲层不能有效提高透射式AlGaN紫外光电阴极的光电发射性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超晶格梯度组分渐变缓冲层透射式AlGaN紫外光电阴极及其制备方法，提高了晶体的生长质量，较大程度减少缓冲层内部的晶格缺陷，提高发射层光子的吸收率，最终提高光电阴极的光电发射量子效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种超晶格梯度组分渐变结构缓冲层的透射式AlGaN紫外光电阴极及其制备方法，自下而上由衬底层、超晶格梯度组分渐变p型Al_xGa_1-xN缓冲层、p型Al_yGa_1-yN发射层以及Cs或者Cs/O激活层组成，所述超晶格梯度组分渐变p型Al_xGa_1-xN缓冲层是由8-15个组分渐变层循环堆叠和一个过渡层组成，过渡层与发射层接触，最下面的组分渐变层与衬底层接触。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用一种超晶格梯度组分渐变结构缓冲层的结构来设计透射AlGaN紫外光电阴极，这是一种新型的Al_xGa_1-xN缓冲层结构，可以提高晶体的生长质量，较大程度减少缓冲层内部的晶格缺陷，有效地降低缓冲层内部的晶格失配和高Al组分Al_xGa_1-xN缓冲层对波长大于220nm光子的吸收，减少缓冲层对入射光能量的吸收，增加发射层光子的吸收率，从而提高光电阴极的光电发射量子效率。(2)在缓冲层与发射层之间增加一个组分渐变的过渡层，降低界面处的晶格失配和热膨胀系数，降低发射层与缓冲层间的后界面复合速率，减少后界面处由于晶格失配导致的光电子的复合数目，增加发射层表面的电子逸出数目，从而提高量子效率。(3)超晶格梯度组分渐变的Al_xGa_1-xN缓冲层透射式紫外光电阴极可以作为一种高性能的紫外探测阴极，结合电子倍增器件构成紫外光电倍增管、紫外像增强器等真空器件，应用于紫外生化分析、航空航天探测、紫外告诫领域等领域。(4)可以提高晶体的生长质量，较大程度减少缓冲层内部的晶格缺陷，提高发射层光子的吸收率，最终提高光电阴极的光电发射量子效率，这种超晶格梯度组分渐变缓冲层光电阴极与传统光电阴极相比，在200nm处量子效率提高了30％(图2)，有效地提高了AlGaN紫外光电阴极在“日盲”区的光电检测性能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。