Влияние приповерхностного изгиба зон на фотоэмиссионные характеристики p-GaN(Cs,O) фотокатодов

Фотокатоды с эффективным отрицательным электронным сродством (ОЭС) на основе AIIINполупроводников, в частности GaN, являются одним из ключевых элементов ультрафиолетовыходнофотонных фотоприемников с координатной чувствительностью. Наряду с этим, исследуетсявозможность использования GaN фотокатодов в качестве стабильных источников электронов.Несмотря на практическую значимость, до сих пор детально не изучен процесс выходафотоэлектронов из p-GaN фотокатодов с ОЭС в вакуум, который напрямую определяет величинутаких параметров фотокатодов, как квантовая эффективность (QE). Остается открытым вопрос овлиянии величины приповерхностного изгиба зон (Vbb) p-GaN фотокатодов с ОЭС на величину QE.Известно, что для формирования состояния ОЭС необходимо наличие приповерхностного изгиба зон[1]. На поверхностях p-GaN Vbb может достигать 3 В [2]. Такие высокие значения Vbb значительнооблегчают активирование поверхности до состояния ОЭС, однако гипотетически могут приводить куменьшению вероятности выхода фотоэлектронов в вакуум (Pe) из-за увеличения вероятностипроцессов неупругого рассеяния в приповерхностной потенциальной яме. Таким образом, неизвестносуществует ли оптимальная величина Vbb на поверхности p-GaN, при которой фотокатоды обладаютнаиболее высокими фотоэмиссионными характеристиками. В данной работе исследована эволюцияфотоэмиссионных свойств p-GaN(Cs,O) фотокатодов при фотоиндуцированном уменьшении Vbb засчет эффекта поверхностной фотоЭДС [3].Измерения проводились на планарных вакуумных фотодиодах, в которых полупрозрачныйp-GaN(Cs,O) фотокатод с ОЭС и металлический плоский анод были установлены параллельно другдругу в металлокерамическом корпусе. Концентрация атомов Mg и свободных дырок в слое p-GaN,выращенного на сапфире с ориентацией (0001), была близка к ~ 1019 см-3и ~ 1017 см-3соответственно.На очищенную поверхность p-GaN в сверхвысоком вакууме наносился цезий и кислород додостижения максимальной величины QE. При этом величина ОЭС на поверхности составляла около1.7 эВ. На поверхностях исследованных p-GaN(Cs,O) фотокатодов Vbb по нашим оценкам [4] близок к2.5 В.В данной работе измерены значения QE ираспределения по продольной энергии эмитированныхфотоэлектронов (ne(εlon)) из p-GaN(Cs,O) фотокатодовпри различных интенсивностях и длинах волнвозбуждающего излучения в интервале температур 90 –295 К. Фотоиндуцированное изменение Vbbопределялось по изменению ширины распределенийne(εlon) при освещении фотокатода светом различнойинтенсивности. Анализ эволюции QE и распределенийne(εlon) при изменении Vbb показал, что при уменьшенииVbb уменьшаются как вероятность неупругого рассеянияфотоэлектронов в приповерхностной области p-GaN,так и Pe (см. рисунок). Следовательно, в исследованномдиапазоне изгибов зон усиление неупругого рассеянияне приводит к падению Pe и QE. Таким образом, полученные результаты показывают, что высокиезначения приповерхностного изгиба зон, по всей видимости, не являются ограничением длядостижения максимальных значений Pe и QE.