本发明专利技术公开了一种具有纳米管结构的GaN光电阴极及其制备方法。该纳米管结构的GaN光电阴极结构包括：由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型GaN层(13)、GaN纳米管层(14)、激活层(15)。本发明专利技术在传统GaN光电阴极结构基础上，采用纳米管结构的GaN作为光电阴极电子发射层的外延层，可以增大光电发射的表面积，促进光电子在发射层中的扩散和在表面的逸出，从而有效解决光电阴极中光电转化率不高的问题，有助于提高GaN光电阴极的量子效率。并且由于纳米管结构硬度大、耐高温、导热性能好，因此具有纳米管结构的GaN光电阴极拥有散热快、稳定性好等优点，可以有效地提高其使用寿命。可以有效地提高其使用寿命。可以有效地提高其使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米管结构的GaN光电阴极及其制备方法
[0001]本专利技术涉及光电子材料与器件领域，具体涉及一种具有纳米管结构的GaN光电阴极及其制备方法。
技术介绍
[0002]GaN光电阴极具有量子效率高、暗电流小、稳定性好、量子效率相对波长的起伏较小、直接带隙宽等优点，因此GaN光电阴极在紫外探测、真空电子源、像增强器等领域都有着重要的应用价值和发展前景。以GaN光电阴极为核心的器件在军事、民用等方面已经得到广泛应用，例如紫外探测器件以及一些电子源等。
[0003]近些年来，随着GaN光电阴极技术的迅速发展，其性能达到了较好的水平，已经可以投入使用。然而，通过优化衬底、发射层厚度和掺杂浓度等参数来提升GaN光电阴极性能的传统方法已相对接近极限，难以进一步提高GaN光电阴极的量子效率和使用寿命。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术存在的瓶颈，本专利技术的目的在于提供一种具有纳米管结构的 GaN光电阴极及其制备方法。采用纳米管结构的GaN作为光电阴极电子发射层的外延层，可以增大光电发射的表面积，促进光电子在发射层中的扩散和在表面的逸出，从而有效解决光电阴极中光电转化率不高的问题，有助于提高GaN光电阴极的量子效率。并且由于纳米管结构硬度大、耐高温、导热性能好，因此具有纳米管结构的GaN光电阴极拥有散热快、稳定性好等优点，可以有效地提高其使用寿命。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种具有纳米管结构的GaN光电阴极，其特征在于：由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型GaN层(13)、GaN纳米管层(14)、Cs/O激活层(15)。
[0007]根据本专利技术的一种具体实施方案，所述衬底(11)可采用的材料包括蓝宝石、硅、氮化镓、氮化铝、碳化硅等，厚度为400～600μm。
[0008]根据本专利技术的一种具体实施方案，所述缓冲层(12)可采用的材料包括Al1‑
x
Ga
x
N、GaN、 AlN等，缓冲层厚度为10～100nm。
[0009]根据本专利技术的一种具体实施方案，所述p型GaN层(13)厚度为100～1000nm。
[0010]根据本专利技术的一种具体实施方案，所述GaN纳米管层(14)中，GaN纳米管的内径为 40～250nm，壁厚为10～60nm。
[0011]根据本专利技术的一种具体实施方案，所述激活层(15)包括单独Cs激活层或Cs/O激活层，厚度为1～5个原子层，通过超高真空激活工艺紧密吸附在GaN纳米管层(14)上。
[0012]优选地，所述衬底(11)为蓝宝石晶圆，且厚度为400～600μm。
[0013]优选地，所述缓冲层(12)为GaN，且厚度为10～100nm。
[0014]优选地，所述p型GaN层(13)厚度为100～300nm。
[0015]优选地，所述激活层(14)为Cs/O激活层，厚度为1～5个原子层。
[0016]本专利技术还提供了上述一种具有纳米管结构的GaN光电阴极的制备方法，其步骤包括：
[0017](1)在衬底上生长一层缓冲层；
[0018](2)在缓冲层上通过MOCVD或MBE等方法外延生长一层p型GaN层；
[0019](3)在p型GaN层上生长一层ZnO纳米线阵列模板；
[0020](4)在ZnO纳米线阵列模板上生长一层GaN纳米管层；
[0021](5)通过热还原和蒸发去除ZnO纳米线阵列模板；
[0022](6)通过超高真空激活工艺将单独Cs激活层或Cs/O激活层紧密吸附在GaN纳米管层(14)上。
[0023]本技术方案的有益效果为：本专利技术提供的是一种具有纳米管结构的GaN光电阴极及其制备方法。将纳米管结构应用到GaN光电阴极电子发射层的外延层上，可以有效增加其表面积，提升其光电性能和稳定性，最终提高GaN光电阴极的量子效率和使用寿命。
附图说明
[0024]图1是实施例中的一种具有纳米管结构的GaN光电阴极结构示意图。
[0025]图2是实施例中去除ZnO纳米线阵列模板(16)前的结构示意图。
具体实施方式
[0026]实施例1
[0027]下面结合图1对本专利技术作进一步的说明。
[0028]如图1所示为一种具有纳米管结构的GaN光电阴极结构示意图，包括由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型GaN层(13)、GaN纳米管层(14)、Cs/O激活层(15)。
[0029]所述衬底(11)为蓝宝石晶圆，且厚度为500μm。
[0030]对所述衬底(11)蓝宝石晶圆进行双面抛光处理。
[0031]所述缓冲层(12)通过MOCVD外延生长。
[0032]所述缓冲层(12)为GaN层，厚度为50nm。
[0033]所述p型GaN层(13)厚度为500nm。
[0034]所述p型GaN层(13)中掺杂元素为Mg，掺杂后材料的空穴的霍尔浓度为3
×
10
17
cm
‑3。
[0035]在p型GaN层(13)上，利用MOCVD方法生长一层六角单晶ZnO纳米线阵列模板(16)。
[0036]在ZnO纳米线阵列模板(16)上利用MOCVD方法在650℃条件下生长GaN纳米管层 (14)，采用的镓源和氮源分别是三甲基镓和氨，运输气体为氮气。
[0037]通过在600℃下用含10％氢气的氩气去除ZnO纳米线阵列模板(16)。
[0038]所述GaN纳米管层(14)中，GaN纳米管的内径为120nm，壁厚为25nm。
[0039]所述激活层(14)为Cs/O激活层。
[0040]实施例2
[0041]下面结合图1对本专利技术作进一步的说明。
[0042]如图1所示为一种具有纳米管结构的GaN光电阴极结构示意图，包括由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型GaN层(13)、GaN纳米管层(14)、Cs/O激活层(15)。
[0043]所述衬底(11)为碳化硅，且厚度为400μm。
[0044]对所述衬底(11)碳化硅进行双面抛光处理。
[0045]所述缓冲层(12)通过MBE外延生长。
[0046]所述缓冲层(12)为GaN层，厚度为40nm。
[0047]所述p型GaN层(13)厚度为400nm。
[0048]所述p型GaN层(13)中掺杂元素为Mg，掺杂后材料的空穴的霍尔浓度为5
×
10
17
cm
‑3。
[0049]在p型GaN层(13)上，利用MBE方法生长一层六角单晶ZnO纳米线阵列模板(16)。
[0050]在ZnO纳米线阵列模板(16)上利用MOCVD方法在650℃条件下生长GaN纳米管层 (14)，采用的镓源和氮源分别是三甲基镓和氨，运输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有纳米管结构的GaN光电阴极，其特征在于：由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型GaN层(13)、GaN纳米管层(14)、激活层(15)。2.根据权利要求1所述的一种具有纳米管结构的GaN光电阴极，其特征在于：所述GaN纳米管层(14)中，GaN纳米管的内径为40～250nm，壁厚为10～60nm。3.根据权利要求1所述的一种具有纳米管结构的GaN光电阴极，其特征在于：所述衬底(11)可采用的材料包括蓝宝石、硅、氮化镓、氮化铝、碳化硅等，厚度为400～600μm。4.根据权利要求1所述的一种具有纳米管结构的GaN光电阴极，其特征在于：所述缓冲层(12)可采用的材料包括Al1‑
x
Ga
x
N、GaN、AlN等，缓冲层厚度为10～100nm。5.根据权利要求1所述的一种具有纳米管结构的Ga...
【专利技术属性】
技术研发人员：班启沛，王晓晖，张一帆，班潇凡，简贤，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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