[發明專利]一種場電子激勵下的紫外光源結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310279611.X
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103400919B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李春;宋科田;蘭長勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L33/40
• 分類號: H01L33/40;H01L33/34;H01L33/10;H01L33/16;H01J63/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體紫外發光器件技術領域，具體涉及基于寬禁帶半導體納米結構的場電子激勵下的紫外光源結構及其制備方法。

背景技術

據統計，人類約1/3的電能消耗用于發光，因此，發掘更高效能、更低成本、環境友好型發光器件是光電子產業發展的基本目標之一。在節能減排、綠色環保的時代主題下，傳統紫外汞燈和汞熒光燈帶來的環境污染問題已備受關注。紫外光源在環境凈化、有機聚合、熒光激發源、半導體工藝等領域有著重要應用。以ZnO、GaN、AlN等為代表的寬禁帶半導體材料是制備新型高效率半導體紫外發光器件的基礎。

對于半導體發光，除了外部間接光激發、固態器件的電流直接注入外，真空中能量電子激發發光也是實現半導體電光轉換的重要途徑，特別是功率型光源器件的有效實現方式。寬禁帶本征半導體的高熔點、高熱導率、耐電子束輻照特性確保了其在電子激勵發光過程中的穩定性。

影響寬禁帶復合紫外發光的關鍵在于制備高質量、低缺陷密度的單晶材料。分子束外延、脈沖激光沉積、金屬有機化學氣相沉積等傳統物理薄膜沉積的方法雖然可以制備高質量的外延薄膜，但其設備昂貴，且生長溫度和襯底要求較高，材料合成的低效率導致器件制備的高成本。

發明內容

本發明的目的在于針對于現有技術中的紫外發光結構成本高、環境污染大且發光效率低的問題，提供一種場電子激勵下的紫外光源結構，該結構將以納米冷陰極材料為基礎的陰極發射體和以寬禁帶半導體納米材料為基礎的受激發光體相配合，在電子束激勵下顯示了很好的帶邊紫外熒光發射，并且該結構制備工藝簡單，成本低，發光效率高，環境污染小，具有很大的應用價值。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

提供一種場電子激勵下的紫外光源結構，包括

陰極發射體和與陰極發射體之間以真空間隔的受激發光體，陰極發射體與受激發光體的間距為100～1000μm；所述陰極發射體包括金屬或半導體襯底和至少部分覆蓋于金屬或半導體襯底上的場發射陣列；所述受激發光體包括從外到內依次設置的透明襯底、導電層、寬禁帶半導體納米晶層和金屬反射層。

所述場發射陣列單元高度為0.5～10μm，形狀為柱形、圓錐形或棱錐形；場發射陣列周期為1～20μm；場發射陣列采用納米冷陰極材料制成，所述納米冷陰極材料為硅尖錐、碳納米纖維、石墨烯或六硼化鑭尖錐。

所述透明襯底的材質為絕緣材料。

所述導電層的厚度為100～1000μm，導電層的材質為摻鋁氧化鋅、氧化銦錫、石墨烯、金屬納米網格或納米線薄膜材料。

所述寬禁帶半導體納米晶層的材質為氮化鋁、氮化鎵、氧化鋅、氧化鋅鎂或鍺酸鋅納米材料。

所述金屬反射層的厚度為20～50nm，材質為反射系數高的鋁或銀。

所述陰極發射體和受激發光體均為平面結構，兩者平行設置。

所述受激發光體為鐘罩結構，陰極發射體為柱狀結構，陰極發射體位于受激發光體幾何中心。

上述場電子激勵下的紫外光源結構的制備方法，包括以下步驟：

1)陰極發射體的制備，包括：

a、利用光刻法和熱蒸發法在金屬或半導體襯底表面鍍催化劑，制備出厚度為2-10nm的催化劑薄膜陣列；其中，催化劑為Fe或Ni或Co，或者含有Fe、Ni和Co中的至少兩種的復合薄膜；

b、再利用微波等離子體化學氣相沉積法在步驟a制得的催化劑薄膜陣列上生長形成碳納米管陣列，最終形成陰極發射體。

2)受激發光體的制備，包括：

i、利用射頻磁控濺射法在透明襯底表面沉積一層導電層；

ii、再在導電層上制備一層寬禁帶半導體納米晶層；

iii、最后利用直流磁控濺射法在寬禁帶半導體納米晶層上制備一層金屬反射層，形成受激發光體。

步驟ii中，利用射頻磁控濺射法、水熱生長法或化學氣相沉積法在導電層上制備寬禁帶半導體納米晶層。

綜上所述，本發明的紫外光源結構將以納米冷陰極材料為基礎的陰極發射體和以寬禁帶半導體納米材料為基礎的受激發光體相配合，在電子束激勵下顯示了很好的帶邊紫外熒光發射，并且該結構制備工藝簡單，成本低，發光效率高，環境污染小，具有很大的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明的陰極發射體的結構示意圖。

圖2為本發明的受激發光體的結構示意圖。

圖3為本發明-實施例1的紫外光源結構的結構示意圖。

圖4為本發明-實施例2的紫外光源結構的結構示意圖。