[发明专利]近红外响应增强的叠层复合GaAs基光电阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种近红外响应增强的叠层复合GaAs基光电阴极及其制备方法。该光电阴极包括自下而上设置的衬底、GaAs缓冲层、In_yAl_1‑yAs线性渐变缓冲层、p型In_0.19Al_0.81As腐蚀阻挡层、p型In_xGa_1‑xAs变组分变掺杂发射层、DBR反射层和增透膜接触层，其中，DBR反射层由GaAs层与AlAs层按照特定周期交替生长组成。p型掺杂In_xGa_1‑xAs发射层由不同In组分的多子层组成，各子层中In组分自内向外逐层由0.05递增到0.2。本发明一方面通过变组分生长技术，改善了原有InGaAs光电阴极的晶格匹配质量，提高了光电阴极的光电发射特性，增强了该光电阴极在全波段的响应。另一方面，通过引入DBR反射层，大幅提高了该光电阴极对近红外特定波长的光吸收能力，进一步提高了特定波长下的量子效率增强效果。

技术领域

本发明属于微光夜视探测材料技术领域，具体为一种近红外响应增强的叠层 复合GaAs基光电阴极及其制备方法。

背景技术

GaAs基光电阴极是建立在固体物理理论基础上，根据Spicer光电发射“三 步模型”理论指导发展而来。GaAs基光电阴极具有量子效率高、暗电流小、长 波响应扩展潜力大等优点，因此在现代微光夜视技术领域中取得了广泛的应用， 是微光像增强器中的重要组成部件。除此之外，由于GaAs基光电阴极同时具有 发射电流密度大、发射电子能量与角度分布集中、电子自旋极化率高、热发射小 等优点，其在电子束平面曝光、线性加速器、高能物理等领域也具有重要的应用。

在GaAs基光电阴极的实际应用中，如何拓宽光谱响应范围，提高近红外波 段的量子效率，从而改善夜视器件与夜天光的光谱匹配，使得夜天光下的微光夜 视探测器探测效率和作用距离得到提高，已经成了国内外研究者关注的热点问 题。在GaAs基光电阴极的近红外延伸方面，研究者对发射层通过采用InGaAs材 料来提高光电阴极在1.0-1.7μm波段的量子效率，实现对近红外激光的主动探测 和成像。InGaAs光电阴极作为一种直接带隙光电发射材料，理论上通过改变In 组分截止波长可由0.87μm延伸至3.5μm。目前，美国通过阴极结构改进，使制 备的InGaAs光电阴极在1.06μm处量子效率达到了1.2％，而国内制备的透射式 InGaAs光电阴极在1.06μm处量子效率仅达到0.005％，还有透射式InGaAs光 电阴极在1μm处量子效率达到0.76％，以上InGaAs光电阴极的量子效率如此低 的主要原因在于阴极材料晶格匹配差和窄禁带阴极表面势垒高，这大大限制了近 红外光电子的发射效率。此外，InGaAs光电阴极发射层对近红外波段入射光的 吸收率的不足，也同样导致了其在近红外波段量子效率处于较低水平。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种近红外响应增强的叠层复合GaAs基光电阴极 及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种近红外响应增强的叠层复合GaAs基光 电阴极，包括自下而上设置的衬底、GaAs缓冲层、In_yAl_1-yAs线性渐变缓冲层、p型In_0.19Al_0.81As腐蚀阻挡层、p型In_xGa_1-xAs发射层、DBR反射层和增透膜接 触层，所述p型In_xGa_1-xAs发射层采用变组分变掺杂设计，In组分自上而下线性 增大，掺杂浓度自上而下指数减少。

优选地，所述p型In_xGa_1-xAs发射层In组分自上而下从0.05线性递增到0.2， 掺杂浓度自上而下从1×10¹⁹cm^-3指数递减至5.0×10¹⁸cm^-3，发射层总厚度为 1μm～1.3μm。