一种具有超晶格纳米线结构GaN光电阴极的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113451088A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202110575267.3(22)申请日2021.05.25(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人王晓晖张翔王振营班启沛张世博(51)Int.Cl.H01J1/34(2006.01)H01J9/12(2006.01)H01J40/06(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种具有超晶格纳米线结构GaN光电阴极的制备方法(57)摘要本发明公开了一种具有超晶格纳米线结构GaN光电阴极的制备方法。该制备方法包括：对衬底的选用、生长在衬底上的缓冲层的厚度设计与生长、超晶格纳米线结构GaN电子发射层的设计与生长、以及位于电子发射层上激活层的制备。对于超晶格结构，本发明采用AlGaN/GaN超晶格，AlGaN与GaN材料以几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性形成多层膜结构，即形成了AlGaN/GaN超晶格。完成超晶格GaN电子发射层的生长后，本发明采用反应离子刻蚀和等离子耦合刻蚀的方法来制备超晶格GaN纳米线结构。该具有超晶格纳米线结构的GaN光电阴极能够克服传统薄膜光电阴极在光子吸收和电子运输方面的不足，大大增加电子发射层对光子的吸收率，减少缓冲层对入射光能量的吸收，从而大大提高光电子的发射性能以及光电阴极的响应波段，最终CN113451088A提高GaN光电阴极的光电发射量子效率。CN113451088A权利要求书1/1页1.一种具有超晶格纳米线结构的GaN光电阴极，其特征在于：自下而上依次设置的衬底层、生长在衬底上的AlN缓冲层，P型超晶格AlGaN/GaN纳米线电子发射层，以及位于电子发射层上的Cs/O激活层。2.根据权利要求1所述的一种具有超晶格纳米线结构的GaN光电阴极，其特征在于：所述生长在衬底上的AlN缓冲层的厚度为10‑100nm。3.根据权利要求1所述的一种具有超晶格纳米线结构的GaN光电阴极，其特征在于：电子发射层采用AlGaN/GaN超晶格，该超晶格具有4～30个周期，且在表面采用纳米线结构。4.根据权利要求1所述的一种具有超晶格纳米线结构的GaN光电阴极，其特征在于：所述p型超晶格AlGaN/GaN纳米线为圆柱形，直径为3～6nm，相邻掺杂GaN纳米线距为3～6nm。5.根据权利要求1所述的一种具有超晶格纳米线结构的GaN光电阴极，其特征在于p型超晶格AlGaN/GaN纳米线掺杂元素为Mg，掺杂后AlGaN/GaN材料的空穴浓度为1016～1018cm‑3。6.一种关于权利要求1所述的一种具有超晶格纳米线结构GaN光电阴极的制备方法，其工艺步骤如下：步骤1：将硅、蓝宝石、碳化硅等材料进行单面或双面抛光，按照尺寸进行激光切割，制备所述光电阴极的衬底层。步骤2：在衬底的表面，通过MOCVD或MBE的方法外延生长AlN缓冲层；并控制其生长厚度在合适的范围内。步骤3：利用MOCVD或MBE的方法在缓冲层的表面外延生长p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层：首先在AlN缓冲层外延生长约5～10nm厚的AlGaN薄膜；然后继续外延生长厚度同为5～10nm的GaN薄膜。该GaN薄膜层与AlGaN薄膜层构成超晶格的一个周期；重复生长4～30个周期，形成p型超晶格AlGaN/GaN电子发射层。步骤4：在表面的薄膜层上沉积SiO2层作为掩膜，光刻曝光显影。然后利用反应离子刻蚀和耦合等离子刻蚀对上述AlGaN/GaN超晶格结构进行刻蚀，清洗去除SiO2掩膜层，制备出表面光滑、等间距分布的p型超晶格AlGaN/GaN纳米线阵列，并通过化学清洗去除纳米线表面的油脂和污染物。步骤5：先通过超真空系统中的高温退火处理，使得P型超晶格AlGaN/GaN纳米线电子发射层获得原子级清洁的表面，随后通过超真空激活工艺使P型超晶格AlGaN/GaN纳米线电子发射层表面吸附Cs/O激活层，获得具有超晶格纳米线结构的NEAGaN光电阴极。2CN113451088A说明书1/3页一种具有超晶格纳米线结构GaN光电阴极的制备方法技术领域[0001]本发明属于半导体光电子器件领域，具体讲述一种具有超晶格纳米线结构GaN光电阴极的制备方法。背景技术[0002]光电阴极是一种利用外光电效应将光信号转变为电信号的光电发射材料。其在军用和民用方面都具有重要的应用价值和发展前景，例如：生物传感器、紫外探测器、火灾报警器以及核反应监控等。GaN及三元合金材料AlGaN作为第三代半导体，具有禁带宽、电子漂移速度高、击穿电场强、热导率高、不易热分解、耐腐蚀、抗辐照等特点，是制作高温、大功率、高频电子器件的理想材料。由于GaN材料自身表现