反射式GaN光电阴极表面势垒对量子效率衰减的影响

杨永富; 富容国; 马力; 王晓晖; 张益军

doi:10.7498/aps.61.128504

摘要

针对反射式GaN光电阴极长波段量子效率衰减较大, 短波段量子效率衰减较小的实验现象, 在考虑谷间散射的情况下, 利用玻尓兹曼分布和基于Airy函数的传递矩阵法, 计算了发射电子能量分布, 分析了表面势垒变化对量子效率衰减的影响, 理论与实验符合较好. 激活层有效偶极子数的减少使表面势垒宽度和高度增加, 引起长波光子激发产生的发射电子能量分布衰减较大, 短波光子激发产生的发射电子能量分布衰减较小, 这是量子效率在长波段衰减较大, 短波段衰减较小的根本原因.

关键词:

Abstract

Quantum efficiency decay of reflection-mode GaN photocathode is small at short wavelengths and large at long wavelengths. In light of this experimental phenomenon, the emitted electron energy distribution is calculated by using the Boltzmann distribution and transfer matrix method based on Airy function, with the intervalley scattering considered. The effect of surface potential barrier change on quantum efficiency decay is investigated. The results of theoretical calculation are in good agreement with the experiments al results. The reduction of effective dipole in activated layer leads to inereased length and height of surface barrier, which causes more decay of the emitted electron energy distribution generated by longer wavelength photons, and less decay of the emitted electron energy distribution generated by shorter wavelength photons. It is the fundamental reason of phenomenon that the decay of quantum efficiency is small at short wavelengths and large at long wavelengths.

Keywords:

作者及机构信息

1.
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 南京 210094

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60871012)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60871012).

参考文献

[1]	Wang X H, Chang B K, Qian Y S, Gao P, Zhang Y J, Guo X Y, Du X Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 047901 (in Chinese) [王晓晖, 常本康, 钱芸生, 高频, 张益军, 郭向阳, 杜晓晴 2011 物理学报 60 047901
[2]	Wang X H, Chang B K, Ren L, Gao P 2011 Appl. Phys. Lett. 98 082109
[3]	Tripathi N, Bel L D, Nikzad S, Shahedipour S F 2010 Appl. Phys. Lett. 97 052107
[4]	Qiao J L, Tian S, Chang B K, Du X Q, Gao P 2009 Acta Phys. Sin. 58 5847 (in Chinese) [乔建良, 田思, 常本康, 杜晓晴, 高频 2009 物理学报 58 5847
[5]	Qiao J L, Chang B K, Du X Q, Niu J, Zou J J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2855 (in Chinese) [乔建良, 常本康, 杜晓晴, 牛军, 邹继军 2010 物理学报 59 2855
[6]	Qiao J L 2010 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University of Science and Technology) (in Chinese) [乔建良 2010 博士学位论文 (南京理工大学)]
[7]	Siegmund O H W, Tremsin A S, Martin A 2003 Proc of SPIE 134 5164
[8]	Liu E K, Zhu B S, Luo J S 2008 Semiconductor Physics (Beijing: Electronic Industry Press) p39 (in Chinese) [刘恩科, 朱秉升, 罗晋生 2008 半导体物理学 (北京: 电子工业出版社) 第39页]
[9]	Liu Z, Machuca F, Pianetta P, Spicer W E, Pease R F W 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1541
[10]	Guo X Y, Chang B K, Wang X H, Zhang Y J, Yang 2011 Acta Phys. Sin. 60 058101 (in Chinese) [郭向阳, 常本康, 王晓晖, 张益军, 杨铭 2011 物理学报 60 058101]
[11]	Zou J J, Yang Z, Qiao J L 2008 J. Semicond. 29 1479
[12]	Fisher D G, Enstrom R E, Escher J S, Williams B F 1972 J. Appl. Phys. 43 3815
[13]	Vergara G, Herrera G A, Spicer W E 1999 Surf. Sci. 436 83
[14]	Escher J S, Schade H 1973 J. Appl. Phys. 44 5309
[15]	Bartelink D J, Moll J L, Meyer N L 1963 Phys. Rev. 130 972
[16]	Zou J J 2007 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University of Science and Technology) (in Chinese) [邹继军 2007 博士学位论文 (南京理工大学)]
[17]	Wang H M, Zhang Y F 2005 Acta Phys. Sin. 54 2226 (in Chinese) [王洪梅, 张亚非 2005 物理学报 54 2226]
[18]	Lui W W, Fukuma M 1986 J. Appl. Phys. 60 1555
[19]	Zhou S X 1979 Quantum Mechanics (Beijing: Higher Education Press) p44 (in Chinese) [周世勋 1979 量子力学 (北京: 高等教育出版社) 第44页]
[20]	Zhang Y J, Zou J J, Wang X H 2011 Chin. Phys. B 20 048501

施引文献

[1]	Wang X H, Chang B K, Qian Y S, Gao P, Zhang Y J, Guo X Y, Du X Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 047901 (in Chinese) [王晓晖, 常本康, 钱芸生, 高频, 张益军, 郭向阳, 杜晓晴 2011 物理学报 60 047901
[2]	Wang X H, Chang B K, Ren L, Gao P 2011 Appl. Phys. Lett. 98 082109
[3]	Tripathi N, Bel L D, Nikzad S, Shahedipour S F 2010 Appl. Phys. Lett. 97 052107
[4]	Qiao J L, Tian S, Chang B K, Du X Q, Gao P 2009 Acta Phys. Sin. 58 5847 (in Chinese) [乔建良, 田思, 常本康, 杜晓晴, 高频 2009 物理学报 58 5847
[5]	Qiao J L, Chang B K, Du X Q, Niu J, Zou J J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2855 (in Chinese) [乔建良, 常本康, 杜晓晴, 牛军, 邹继军 2010 物理学报 59 2855
[6]	Qiao J L 2010 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University of Science and Technology) (in Chinese) [乔建良 2010 博士学位论文 (南京理工大学)]
[7]	Siegmund O H W, Tremsin A S, Martin A 2003 Proc of SPIE 134 5164
[8]	Liu E K, Zhu B S, Luo J S 2008 Semiconductor Physics (Beijing: Electronic Industry Press) p39 (in Chinese) [刘恩科, 朱秉升, 罗晋生 2008 半导体物理学 (北京: 电子工业出版社) 第39页]
[9]	Liu Z, Machuca F, Pianetta P, Spicer W E, Pease R F W 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1541
[10]	Guo X Y, Chang B K, Wang X H, Zhang Y J, Yang 2011 Acta Phys. Sin. 60 058101 (in Chinese) [郭向阳, 常本康, 王晓晖, 张益军, 杨铭 2011 物理学报 60 058101]
[11]	Zou J J, Yang Z, Qiao J L 2008 J. Semicond. 29 1479
[12]	Fisher D G, Enstrom R E, Escher J S, Williams B F 1972 J. Appl. Phys. 43 3815
[13]	Vergara G, Herrera G A, Spicer W E 1999 Surf. Sci. 436 83
[14]	Escher J S, Schade H 1973 J. Appl. Phys. 44 5309
[15]	Bartelink D J, Moll J L, Meyer N L 1963 Phys. Rev. 130 972
[16]	Zou J J 2007 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University of Science and Technology) (in Chinese) [邹继军 2007 博士学位论文 (南京理工大学)]
[17]	Wang H M, Zhang Y F 2005 Acta Phys. Sin. 54 2226 (in Chinese) [王洪梅, 张亚非 2005 物理学报 54 2226]
[18]	Lui W W, Fukuma M 1986 J. Appl. Phys. 60 1555
[19]	Zhou S X 1979 Quantum Mechanics (Beijing: Higher Education Press) p44 (in Chinese) [周世勋 1979 量子力学 (北京: 高等教育出版社) 第44页]
[20]	Zhang Y J, Zou J J, Wang X H 2011 Chin. Phys. B 20 048501

[1]	王国建, 刘燕文, 李芬, 田宏, 朱虹, 李云, 赵恒邦, 王小霞, 张志强. 离子束表面处理对光电阴极发射的影响. 物理学报, 2021, 70(21): 218503. doi: 10.7498/aps.70.20210587
[2]	时强, 李路平, 张勇辉, 张紫辉, 毕文刚. GaN/InxGa1-xN型最后一个量子势垒对发光二极管内量子效率的影响. 物理学报, 2017, 66(15): 158501. doi: 10.7498/aps.66.158501
[3]	乔建良, 徐源, 高有堂, 牛军, 常本康. 反射式变掺杂负电子亲和势GaN光电阴极量子效率研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067903. doi: 10.7498/aps.66.067903
[4]	赵静, 余辉龙, 刘伟伟, 郭婧. 砷化镓光电阴极光谱响应与吸收率关系分析. 物理学报, 2017, 66(22): 227801. doi: 10.7498/aps.66.227801
[5]	杨永富, 富容国, 张益军, 王晓晖, 邹继军. GaN光电阴极表面势垒对电子逸出几率的影响. 物理学报, 2012, 61(6): 068501. doi: 10.7498/aps.61.068501
[6]	王晓晖, 常本康, 钱芸生, 高频, 张益军, 乔建良, 杜晓晴. 透射式负电子亲和势GaN光电阴极的光谱响应研究. 物理学报, 2011, 60(5): 057902. doi: 10.7498/aps.60.057902
[7]	郭向阳, 常本康, 王晓晖, 张益军, 杨铭. 反射式负电子亲和势GaN光电阴极的光电发射及稳定性研究. 物理学报, 2011, 60(5): 058101. doi: 10.7498/aps.60.058101
[8]	乔建良, 常本康, 钱芸生, 杜晓晴, 王晓晖, 郭向阳. 反射式NEA GaN光电阴极量子效率恢复研究. 物理学报, 2011, 60(1): 017903. doi: 10.7498/aps.60.017903
[9]	牛军, 张益军, 常本康, 熊雅娟. GaAs光电阴极激活后的表面势垒评估研究. 物理学报, 2011, 60(4): 044210. doi: 10.7498/aps.60.044210
[10]	付小倩, 常本康, 李飙, 王晓晖, 乔建良. 负电子亲和势GaN光电阴极的研究进展. 物理学报, 2011, 60(3): 038503. doi: 10.7498/aps.60.038503
[11]	乔建良, 常本康, 钱芸生, 杜晓晴, 张益军, 高频, 王晓晖, 郭向阳, 牛军, 高有堂. 负电子亲和势GaN光电阴极光谱响应特性研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3577-3582. doi: 10.7498/aps.59.3577
[12]	乔建良, 常本康, 杜晓晴, 牛军, 邹继军. 反射式负电子亲和势GaN光电阴极量子效率衰减机理研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2855-2859. doi: 10.7498/aps.59.2855
[13]	张进成, 郑鹏天, 董作典, 段焕涛, 倪金玉, 张金凤, 郝跃. 背势垒层结构对AlGaN/GaN双异质结载流子分布特性的影响. 物理学报, 2009, 58(5): 3409-3415. doi: 10.7498/aps.58.3409
[14]	乔建良, 田思, 常本康, 杜晓晴, 高频. 负电子亲和势GaN光电阴极激活机理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5847-5851. doi: 10.7498/aps.58.5847
[15]	杜晓晴, 常本康. 负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正. 物理学报, 2009, 58(12): 8643-8650. doi: 10.7498/aps.58.8643
[16]	邹继军, 常本康, 杨智. 指数掺杂GaAs光电阴极量子效率的理论计算. 物理学报, 2007, 56(5): 2992-2997. doi: 10.7498/aps.56.2992
[17]	邹继军, 常本康, 杨智, 高频, 乔建良, 曾一平. GaAs光电阴极在不同强度光照下的稳定性. 物理学报, 2007, 56(10): 6109-6113. doi: 10.7498/aps.56.6109
[18]	张开骁, 陈敦军, 沈波, 陶亚奇, 吴小山, 徐金, 张荣, 郑有炓. 表面钝化前后Al0.22Ga0.78N/GaN异质结势垒层应变的高温特性. 物理学报, 2006, 55(3): 1402-1406. doi: 10.7498/aps.55.1402
[19]	孔月婵, 郑有炓, 周春红, 邓永桢, 顾书林, 沈波, 张荣, 韩平, 江若琏, 施毅. AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响. 物理学报, 2004, 53(7): 2320-2324. doi: 10.7498/aps.53.2320
[20]	徐彭寿, 邓锐, 潘海斌, 徐法强, 谢长坤, 李拥华, 刘凤琴, 易布拉欣·奎热西. GaN表面极性的光电子衍射研究. 物理学报, 2004, 53(4): 1171-1176. doi: 10.7498/aps.53.1171

计量

文章访问数: 7139
PDF下载量: 562
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板