无需Cs激活的异质结型GaN负电子亲和势光电阴极制造技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电发射
，特别是一种无需Cs激活的异质结型GaN 负电子亲和势光电阴极。
技术介绍
紫外探测技术在预警、通信、航空航天、医学、生物学和环境监测等领域均有广泛的应用。目前的紫外探测器主要有固体紫外探测器和真空型紫外光电阴极探测器。固体紫外探测器主要有pn结型、PIN型、肖特基势垒型和MSM型，其具有体积小、重量轻、探测波长可调、工作电路简单、无需高电压工作等优点。紫外增强型硅光电二极管是固体紫外探测器的代表，但是对可见光响应的特点限制了其在紫外探测领域的应用。随着对宽禁带半导体材料研究的深入，人们开始研究对可见光响应极小的本征型紫外光电探测器，其中ZnO基和GaN基紫外光电探测器是目前研究的热点。但是宽禁带半导体材料生长难度大和难以实现大面积、高增益探测等因素使得固体紫外探测器很难进入实用阶段。相比之下，真空型紫外光电阴极探测器可以实现大面积探测且具有高增益特性。 目前研究最多的紫外光电阴极有碲铯阴极、ZnO基阴极和GaN基阴极。碲铯阴极是一种正电子亲和势(PEA)型阴极，其电子亲和势仅为0. &V，能够达到比较高的量子效率。但是碲铯化合物的禁带宽度只有3. :3eV，其阴极探测阈值波长约为330nm，没有实现完全日盲探测 (阈值波长要在^Onm以下)，工作时需要外加滤光片。而ZnO基阴极要实现全日盲探测需要生长ZnMgO合金，但是ZnMgO合金的ρ型掺杂非常困难，因此ZnO基阴极要实现高灵敏度紫外探测还需要做大量的研究，尤其是在P型ZnMgO材料的生长方面。目前，最有可能实现高灵敏度全日盲探测的紫外光电阴极就是GaN基阴极。GaN基材料具有很宽的禁带宽度，改变AlGaN合金中Al的含量，可以实现从3. 4eV到6. &V，对应探测波长范围为200nm-365nm，因此提高合金中Al含量达到0. 4以上便可以实现全日盲探测。同时，GaN基材料ρ型掺杂的突破为其实现高灵敏度紫外探测提供了可能。此外，这种材料还具有很强的耐腐蚀性，电子亲和势小，热稳定性好，Cs吸附键能比GaAs的高很多等优点。因此，GaN基材料是一种比较理想的有效负电子亲和势(NEA)紫外阴极材料。传统的GaN基阴极要实现NEA特性需要在材料表面吸附Cs原子，使材料能带结构在靠近表面部分发生弯曲，从而使得表面的真空能级比体材料的导带底能级要低，体材料中光激发的电子在迁移到材料表面时能够很容易逸出成为真空电子。但是，传统的NEA阴极在制作时很难精确控制Cs的流量，增加了制作高质量NEA阴极的难度。此外，Cs的化学活性非常高，极易与其他物质发生反应，因此Cs激活后的阴极需要超高真空环境的维持， 这也在一定程度上限制了它的应用。虽然GaN吸附Cs的键能比GaAs的要高，但是在工作时由于紫外辐射和反馈正离子对阴极的影响，Cs原子还是容易脱附，导致阴极灵敏度下降， 从而缩短了器件的使用寿命
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种无需Cs激活的异质结型GaN负电子亲和势光电阴极，能够在不用Cs激活的情况下就能实现阴极的 NEA特性。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为一种无需Cs激活的异质结型GaN负电子亲和势光电阴极，包括衬底，生长在所述衬底上的GaN/AIN超晶格缓冲层或AlN缓冲层，生长在GaN/AIN超晶格缓冲层或AlN缓冲层上的p_Alxl(}ai_xlN光吸收层， 生长在p-Alxl(;ai_xlN光吸收层上的n+-Alx2(;ai_x2N帽层，制作在n+-Alx2(;ai_x2N帽层的表面边缘及衬底、GaN/AIN超晶格缓冲层或AlN缓冲层、p-Alxl(iai_xlN光吸收层和n+-Alx2(iai_x2N帽层的侧面上的电极，其中0<χ1<1，0<χ2<1。所述衬底可为双抛面蓝宝石衬底。所述GaN/AIN超晶格缓冲层可为非掺杂，厚度为l(Tl000nm ；AlN缓冲层可为非掺杂，厚度为l(Tl00nm。所述p-Alxl(;ai_xlN光吸收层可为P型掺杂，掺杂的元素为Mg，掺杂浓度为IO19cnT3 量级，其中0<χ1<0·6。所述生长在GaN/AIN超晶格缓冲层上的p_Alxl(}ai_xlN光吸收层的厚度可为 5(Tl000nm，生长在AlN缓冲层上的p-Alxl(iai_xlN光吸收层的厚度可为5(T300nm。所述n+-Alx2(iai_x2N帽层可为η型掺杂，掺杂的元素为Si，掺杂浓度为 1 5 X 1019cnT3，厚度为 1 10nm，其中 0<χ2<0· 6。所述电极可为圆环形。所述电极的组份可为Au/Ni。有益效果本专利技术能够在不用Cs激活的情况下就能实现阴极的NEA特性，降低了制作高质量NEA阴极的难度，无需维持超高真空环境，延长了阴极的使用寿命。附图说明图1为反射式异质结型GaN负电子亲和势光电阴极的结构示意图； 图2为透射式异质结型GaN负电子亲和势光电阴极的结构示意图3为反射式异质结型GaN负电子亲和势光电阴极的工作原理图； 图4为透射式异质结型GaN负电子亲和势光电阴极的工作原理图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1和图2所示，一种无需Cs激活的异质结型GaN负电子亲和势光电阴极的结构，包括一衬底11，该衬底11为双抛面蓝宝石衬底；一 GaN/AIN超晶格缓冲层12或AlN缓冲层12 ‘，该GaN/AIN超晶格缓冲层12或AlN 缓冲层12'生长在双抛蓝宝石衬底11上，该GaN/AIN超晶格缓冲层12为非掺杂，其厚度为l(TlOOOnm，AlN缓冲层12'为非掺杂，其厚度为l(TlOOnm，该GaN/AIN超晶格缓冲层12或AlN缓冲层12'用于减小p-AlxlGai_xlN光吸收层13与双抛蓝宝石衬底11之间的晶格失配；一 p-Alxl(;ai_xlN*吸收层13生长在GaN/AIN超晶格缓冲层12或AlN缓冲层12'上， 该p-Alxl(;ai_xlN光吸收层13，为ρ型掺杂，Mg掺杂浓度为IO19CnT3量级，Al含量为(Γθ. 6， 其中生长在GaN/AIN超晶格缓冲层12上的光吸收层厚度为5(Tl000nm，生长在AlN缓冲层 12'上的光吸收层厚度为5(T300nm ；该吸收层13吸收入射光子并生成电子空穴对，电子通过扩散到达材料表面；一Ii+-Alx2^vx2N帽层 14，该Ii+-Alx2^vx2N帽层 14 生长在P-Alxl^vxlN*吸收层 13 上，该 H+-Alx2Ga1^2N帽层14，为η型掺杂，Si掺杂浓度为(广5) X IO19CnT3量级，Al含量为0 0· 6， 厚度为广lOnm，该η+-Α1χ2(^_χ2Ν帽层14是重掺杂且厚度很薄，能够与p_AlxlGai_xlN光吸收层13形成pn+异质结并能够有效地使p-AlxlGai_xlN光吸收层13的能带在接近表面处产生向下弯曲，p-Alxl(iai_xlN*吸收层13中光激发的电子扩散到pn本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无需Ｃｓ激活的异质结型ＧａＮ负电子亲和势光电阴极，其特征在于，包括：衬底（１１），生长在所述衬底（１１）上的ＧａＮ／ＡｌＮ超晶格缓冲层（１２）或ＡｌＮ缓冲层（１２′），生长在ＧａＮ／ＡｌＮ超晶格缓冲层（１２）或ＡｌＮ缓冲层（１２′）上的ｐ－Ａｌｘ１Ｇａ１－ｘ１Ｎ光吸收层（１３），生长在ｐ－Ａｌｘ１Ｇａ１－ｘ１Ｎ光吸收层（１３）上的ｎ＋－Ａｌｘ２Ｇａ１－ｘ２Ｎ帽层（１４），制作在ｎ＋－Ａｌｘ２Ｇａ１－ｘ２Ｎ帽层（１４）的表面边缘及衬底（１１）、ＧａＮ／ＡｌＮ超晶格缓冲层（１２）或ＡｌＮ缓冲层（１２′）、　ｐ－Ａｌｘ１Ｇａ１－ｘ１Ｎ光吸收层（１３）和ｎ＋－Ａｌｘ２Ｇａ１－ｘ２Ｎ帽层（１４）的侧面上的电极（１５），其中０（ｘ１（１，０（ｘ２（１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐光华，戴丽英，钟伟俊，姜文海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：84