[发明专利]垂直发射GaAs纳米线阵列光电阴极及制备方法

权利要求书

1.一种垂直发射GaAs纳米线阵列光电阴极，其特征在于，包括p型GaAs衬底层(1)、p型变掺杂GaAs纳米线阵列发射层(2)、Cs/O激活层(4)；其中

p型GaAs衬底层(1)设置于最下方，

p型变掺杂GaAs纳米线阵列发射层(2)包括若干设置于p型GaAs衬底层(1)上底面的等厚的带有陷光结构的p型变掺杂GaAs纳米线，

p型变掺杂GaAs纳米线之间的间距相等，

Cs/O激活层(4)若干且分别设置于相应的的p型变掺杂GaAs纳米线上底面。

2.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，每一p型变掺杂GaAs纳米线为圆柱形，由n个等厚度的子单元层构成，其中n≥2，厚度为3μm～15μm，位于纳米线顶端的子单元层的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，位于纳米线底端与p型GaAs衬底层(1)相连接的子单元层的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3，掺杂浓度按照从纳米线的底端到顶端等梯度减小的方式分布，掺杂元素为Zn。

3.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，p型变掺杂GaAs纳米线阵列的直径为100nm～450nm，相邻纳米线的间距为150nm～450nm。

4.一种制备权利要求1所述光电阴极的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在GaAs衬底表面上，依次生长等厚度单元分层结构的p型变掺杂GaAs发射层；

步骤2，将采用改进的Stober法合成的SiO₂纳米球均匀地覆盖在变掺杂GaAs发射层表面形成单层SiO₂纳米球掩膜层；

步骤3，通过反应离子刻蚀对掩膜层SiO₂纳米球进行预处理，利用耦合等离子刻蚀技术对变掺杂GaAs发射层进行刻蚀，清洗去除SiO₂纳米球掩膜，在衬底层上获得整齐排列的p型变掺杂GaAs纳米线阵列发射层；

步骤4，将p型变掺杂GaAs纳米线阵列发射层经过化学清洗去除表面油脂，再送入超高真空系统进行高温净化处理，使变掺杂GaAs纳米线阵列发射层达到原子级清洁表面，进一步利用超高真空激活工艺在变掺杂GaAs纳米线阵列发射层表面吸附Cs/O激活层，最终制备获得变掺杂GaAs纳米线阵列光电阴极。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中p型变掺杂GaAs发射层的生长选用金属有机化学气相沉积法，p型掺杂元素为Zn。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的p型变掺杂GaAs发射层由n个等厚度的子单元层构成，其中n≥2，总发射层厚度为3μm～15μm，位于发射层顶端子单元层的掺杂厚度为1×10¹⁸cm^-3，位于发射层底端与衬底层相连接子单元层的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3，掺杂浓度按照从发射层的底端到顶端等梯度减小的方式分布。