【摘要】：InGaAs是一種重要的三元Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料,對(duì)InGaAs表面進(jìn)行合適的敏化可以生成負(fù)電子親和勢(shì)。負(fù)電子親和勢(shì)InGaAs光電陰極在1～3 μm的近紅外區(qū)域具有較好的光譜響應(yīng),對(duì)于制備新型的近紅外微光夜視器件和系統(tǒng),研究高性能的近紅外微光像增強(qiáng)器有比較重要的意義。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,對(duì)InGaAs光電陰極的襯底材料、發(fā)射層體性質(zhì)和表面敏化進(jìn)行了研究,在理論和模擬層面為InGaAs光電陰極的研制提供了指導(dǎo)。InGaAs光電陰極的GaAs襯底與InGaAs發(fā)射層之間存在晶格失配問題,雖然加入了 GaAlAs緩沖層來解決晶格失配,但是GaAs襯底質(zhì)量仍會(huì)影響發(fā)射層的晶格生長(zhǎng),從而影響發(fā)射層的光電發(fā)射性能。本文研究了 GaAs襯底摻雜和點(diǎn)缺陷的情況。Zn摻雜后GaAs襯底的禁帶寬度變窄,摻雜原子周圍離子性增強(qiáng),形成了有效的p型襯底。提出在襯底中存在VAs、VGa、ASGa、GaAs、ASinGain6種點(diǎn)缺陷,分析了點(diǎn)缺陷存在時(shí)GaAs的形成能及光學(xué)性質(zhì),指出VGa、ASGa、Asin等3種點(diǎn)缺陷在GaAs襯底中比較容易形成,點(diǎn)缺陷的存在使得襯底的光譜響應(yīng)往長(zhǎng)波段移動(dòng)。InxGa1-xAs發(fā)射層中,當(dāng)In組分x不同時(shí),晶格常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生改變。本文研究了不同組分的InxGa1-xAs發(fā)射層的性質(zhì),選擇組分為0.53的Ino.53Ga0.47As材料為InxGa1-xAs光電陰極發(fā)射層。InGaAs材料的體性能對(duì)負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極是至關(guān)重要的,但摻雜和空位對(duì)體材料性能的影響尚不清晰。本文研究了本征In0.53Ga0.47As發(fā)射層材料的體特性,并選擇了 Zn作為替位式摻雜原子,指出在替位摻雜時(shí),替換In還是Ga原子對(duì)材料的影響一致,可以不考慮區(qū)分,都能形成合適的p型摻雜InGaAs材料。同時(shí),本文著重研究了空位缺陷與Zn摻雜對(duì)In0.53Ga0.47As材料特性的共同影響。指出As空位缺陷與Zn摻雜原子共同作用后,會(huì)產(chǎn)生受主能級(jí),有利于光電子的輸運(yùn);而Ga、In空位會(huì)產(chǎn)生間接帶隙,應(yīng)該盡量避免。InGaAs材料的表面敏化是產(chǎn)生負(fù)電子親和勢(shì)的關(guān)鍵,本文著重研究了其表面敏化機(jī)理。InGaAs材料表面存在弛豫與重構(gòu),經(jīng)過研究認(rèn)為富As β2(2×4)表面是有利于敏化的重構(gòu)形式。隨后對(duì)該表面進(jìn)行了摻雜,分析了摻雜后表面性質(zhì),指出Zn4摻雜位是最合適的摻雜位,為表面敏化提供了較好的基礎(chǔ)。研究了表面敏化中"Cs中毒"的問題,提出了 Cs覆蓋度的臨界值為0.5 ML。超過這個(gè)值時(shí),需要對(duì)表面進(jìn)行Cs與0的交替激活,從而在表面形成InGaAs(Zn)-Cs與Cs-0雙重偶極子,達(dá)到降低表面功函數(shù),實(shí)現(xiàn)InGaAs光電陰極表面敏化的目的。
[Abstract]:InGaAs is a kind of important ternary 鈪，

本文編號(hào)：2234271