阅读说明：本技术 一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极 (AlGaN/GaN photocathode with superlattice structure electron emission layer ) 是由 王晓晖 班启沛 张世博 张翔 王振营 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极。该超晶格AlGaN/GaN光电阴极的结构包括：由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)、激活层(14)。本发明在传统GaN光电阴极结构基础上,采用p型超晶格AlGaN/GaN结构作为光电阴极的电子发射层,能够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,有助于进一步提高AlGaN/GaN光电阴极的量子效率。(The invention discloses an AlGaN/GaN photocathode with an electron emission layer with a superlattice structure. The structure of the superlattice AlGaN/GaN photocathode comprises: the substrate (11), the buffer layer (12), the p-type superlattice AlGaN/GaN electron emission layer (13) and the activation layer (14) are sequentially arranged from bottom to top. On the basis of the traditional GaN photocathode structure, the p-type superlattice AlGaN/GaN structure is adopted as the electron emission layer of the photocathode, so that the diffusion of photoelectrons in the emission layer and the escape of the photoelectrons on the surface can be promoted, the problem of low photoelectric conversion rate in the photocathode is effectively solved, and the quantum efficiency of the AlGaN/GaN photocathode is further improved.)

一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极

技术领域

本发明涉及光电子材料与器件领域，具体涉及一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极结构。

背景技术

GaN光电阴极具有量子效率高、暗发射小、发射电子能量分布集中、量子效率相对波长的起伏较小、直接带隙宽等优点。基于GaN设计的光电阴极器件在生活、军事各个方面已经得到广泛应用，比如紫外探测器件以及一些电子源，都是使用GaN做成的光电阴极。GaN光电阴极在紫外探测、生物传感器、微光像增强器等领域都有着重要的应用价值和发展前景。

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，当前GaN光电阴极的发展似乎遇到了瓶颈，随着研究的进展，光电阴极的性能很难得到进一步的提升。通过改变衬底、厚度和掺杂浓度等来提升GaN光电阴极性能的方法已相对成熟，难以进一步提升GaN光电阴极的量子效率。

超晶格结构具有良好的半导体特性。如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来在各量子阱中分立的能级将扩展成能带，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这样的多层结构称为超晶格。具有超晶格特点的结构有时称为耦合的多量子阱，如果超晶格是由两种具有不同带隙的半导体材料构成，每个量子阱都会形成新的选择定则影响电荷在此结构中的运动。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的瓶颈，本发明的目的在于提供一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极，能够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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有超晶格电子发射层的AlGaN/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型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)、激活层(14)。

其特征在于所述的超晶格结构AlGaN/GaN电子发射层(13)。

优选地，所述衬底(11)为蓝宝石晶体，且厚度为400～600μm。。

优选地，所述缓冲层(12)为AlGaN，且厚度为10～100nm。

优选地，所述p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)中，单周期中AlGaN层(21) 厚度为5～10nm，GaN层(22)厚度为5～10nm。

优选地，所述p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)中，超晶格的重复周期数为 4～30个。

优选地，所述p型超晶格结构的AlGaN/GaN电子发射层(13)中掺杂元素为Mg，掺杂后材料的空穴的霍尔浓度为10¹⁶～10¹⁸cm^-3。

优选地，所述激活层(14)为Cs/O激活层，厚度为1～5个原子层。。

本技术方案的有益效果为：本发明提供的是一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极。由于多周期超晶格结构的高横向载流子迁移率和强极化效应，并且原来在各量子阱中分立的能级将扩展成能带，可有效实现空穴和电子对空间上的分离，有助于提高电子发射层的光电转化率，最终提高GaN光电阴极的量子效率。

附图说明

图1是实施例中的一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极结构示意图。

图2是实施例中的超晶格AlGaN/GaN电子发射层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明作进一步的说明。

如图1所示为一种具有超晶格结构电子发射层的AlGaN/GaN光电阴极，包括由下至上依次设置的衬底(11)、缓冲层(12)、p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)、激活层 (14)。

所述衬底(11)为c面蓝宝石晶体，且厚度为500μm。

对所述衬底(11)c面蓝宝石晶体进行双面抛光处理。

所述缓冲层(12)为AlGaN层，厚度为50nm。

所述缓冲层(12)通过MOCVD外延生长。

所述p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)中，单周期中AlGaN层(21)厚度为 8nm，GaN层(22)厚度为8nm。

所述p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层(13)的重复周期数为10个，总厚度为160nm。

所述p型超晶格结构的AlGaN/GaN电子发射层(13)中掺杂元素为Mg，掺杂后材料的空穴的霍尔浓度为3＊10¹⁷cm^-3。

所述激活层(14)为Cs/O激活层。

必须指出的是：本发明不仅适用于超晶格AlGaN/GaN作为电子发射层的光电阴极，对于超晶格AlGaAs/GaAs作为电子发射层的光电阴极也同样适用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以根据实际需要做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。