[发明专利]具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极

说明书

本发明提出了一种具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极，结构自下而上分别为衬底层、p型AlGaN缓冲层、原子级厚GaN超薄发射层以及位于发射层上的Cs/O激活层。所述p型AlGaN缓冲层采用均匀掺杂结构，所述原子级厚GaN超薄发射层由若干厚度相等的GaN单原子层堆叠而成。本发明采用GaN单原子层作为发射层，可以使光电阴极工作在高温、高电压、强辐射以及深紫外条件下并保持耐久性，同时还能增加发射层激子浓度，减少电子输运时间和距离，最终提高光电阴极的量子效率。

技术领域

本发明属于深紫外光电发射材料技术，具体为一种具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极。

背景技术

基于负电子亲和势的GaN光电阴极具有量子效率高、带隙宽、暗电流小、化学稳定性高等优点，它的出现弥补了CsTe、CsI等传统光电阴极在紫外响应波段的不足，长期用于制备高性能的紫外探测器。现有GaN光电阴极均采用薄膜材料制成，薄膜材料具有生长工艺成熟，成膜质量好等优点，但薄膜材料的发射率大，不能充分吸收入射光的能量。同时薄膜光电阴极中电子在发射层的输运距离和所用时间较长，量子效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极，包括衬底层、生长在衬底层上的p型AlGaN缓冲层、生长在p型AlGaN缓冲层上的原子级厚GaN超薄发射层以及位于原子级厚GaN超薄发射层上的Cs/O激活层，所述原子级厚GaN超薄发射层包括n层厚度相同的GaN单原子层，其中，1≤n≤10。

优选地，所述衬底层为蓝宝石。

优选地，所述p型AlGaN缓冲层采用均匀掺杂结构，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3。

优选地，所述p型AlGaN缓冲层厚度为100nm到200nm。

优选地，GaN单原子层厚度为0.3nm，原子级厚GaN超薄发射层的总厚度为0.3nm到3nm。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明使用GaN单原子层作为发射层，能够抗高温、抗高电压、抗强辐射，并将截止波长蓝移至深紫外，使光电阴极在更复杂的条件下工作并保持耐久性；(2)本发明中GaN单原子层吸收系数大，电子迁移率大，激子效应强，在发射层产生的激子浓度增加，同时由于发射层很薄，电子只需要运动很短的距离就能逸出真空，同时缓冲层采用均匀掺杂结构，可以帮助电子向阴极表面输运，最终提高了光电阴极的量子效率；(3)本发明中GaN单原子层超薄，具有柔性且易于调控，便于制备性能更高的深紫外光电阴极。

附图说明

图1是本发明提出的具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极结构示意图。

图2是本发明实施例1、2、3、4的量子效率曲线图。

图3是本发明实施例2、4以及对比例1的量子效率曲线图。

具体实施方式

一种具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极，包括衬底层、生长在衬底层上的p型AlGaN缓冲层、生长在p型AlGaN缓冲层上的原子级厚GaN超薄发射层以及位于原子级厚GaN超薄发射层上的Cs/O激活层，所述原子级厚GaN超薄发射层包括n层厚度相同的GaN单原子层，其中，1≤n≤10。

进一步的实施例中，所述衬底层为蓝宝石。

进一步的实施例中，所述p型AlGaN缓冲层采用均匀掺杂结构，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3。

进一步的实施例中，所述p型AlGaN缓冲层厚度为100nm到200nm。