[发明专利]深紫外半导体发光装置

说明书

技术领域

本发明所述的深紫外半导体发光装置，主要是涉及一种深紫外场发射装置。

背景技术

紫外光光源(UV-A，B，C)除了作为曝光光源被广泛利用之外，在需要较强的杀菌作用或需要利用光进行化学反应的场所或医疗现场也发挥着重要的作用。此外，今后在分解环境污染物质或水质管理等领域可以创造出更多的成效有着很高的期待。

目前，紫外光光源主要应用在水银灯(发光紫外波长为254nm)。关于水银灯，电子源为灯丝型，其电子激发所产生的光源需要类似于荧光灯一样的大型真空管状装置。因此，就目前的紫外光源，存在着由于真空管爆裂·寿命短的原因所产生的操作耗损等风险，很难实现小型装置芯片化等问题。

同时，针对RoHS指令的对策也很重要。RoHS指令，其英文全称为Restriction of use ofcertain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment，即《欧盟关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》该指令于2006年7月在欧盟全地区正式实施。所有在欧盟市场上出售的电子电气设备必须禁止使用铅、水银、镉、六价铬等重金属，以及聚溴二苯醚(PBDE)和聚溴联苯(PBB)等阴燃剂。其中，水银被限制在1,000ppm以下，可以替代水银灯的无水银光源的开发成了当务之急。

在这样的背景之下，用来替代水银灯的无水银光源的氮化物半导体的发光二极管的研究正在积极的进行。

但是，比氮化镓的带隙对应波长365nm更短的波长，是很难实现高亮度的发光效果。这种发光二极管，需要把比发光有源层材料更宽的带隙材料进行三明治结构的层压处理。为了可以在深紫外光域中获得发光，即使是将拥有最宽带隙的氮化镓进行层压，由于载波隔离不足，反而成为造成发光效率更加低下的主要原因。例如，在非专利文献1中，采用了氮化镓结晶作为半导体的发光二极管，波长为210nm和短波长产生了紫外光(非专利文献1)，但是光输出功率或外部量子效率小，还是很难实现实用化。

另外，已经知道有一种在紫外波长域里发光的紫外发光的场致发光单元(EL单元)。(例如，参照专利文献1)。所涉及到的EL单元，是将发光膜夹持在二层电介绝缘膜之间的二重绝缘构造，因此发光比较稳定。具体讲，就是在类似于玻璃等透明基板上，由ITO(铟锡氧化物、Indium Tin Oxide)等形成的透明导电膜，以及由SiO₂等制成的下部绝缘膜，在母体材料中添加了发光中心元素的发光膜，与下部绝缘体相同制成的上部绝缘膜，由金属制成的背面导电膜，依次层叠而成。在EL单元里，以前就有过不只是在可视光波长光域有发光现象，在紫外波长光域也有发光现象这一说法。将紫外波长光域中所发出的光作为荧光体的激发能，在可视光域中也可以进行波长的变换。(例如、参照专利文献2。)

如上所述，对EL单元进行的各种的尝试，都未能获得具有实用性的效果产生。将EL单元在紫外波长光域里发光的现象应用到实际中，作为主要装置来使用的话还是比较困难。

【专利文献1】特开2000-173775号公报

【专利文献2】特开平11-195488号公报

【非专利文献1】氮化铝实现了波长为210nm的紫外LED 「绝缘体」(日经电子(2006年6月19日号)P.30，31)、Nature 441，325(2006)。

本发明所要解决的技术问题如上所述，目前作为紫外光源所使用的水银灯无法小型化，而且发光二极管的对应波长也只在365nm以下无法达到实用水平.还有，利用EL单元来促进紫外发光装置的实际应用也很困难。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可以大面积高亮度的深紫外发光装置，实现实用化的目标。

为了实现上述目的，本发明所述的深紫外半导体发光装置，具有阳极基板，其以氮化铝作为主要材料，添加了钆(Gd)等稀土金属离子的紫外荧光体薄膜；阴极基板，具有场致电子发射材料薄膜；将上述阳极基板和阴极基板相向设置；还具有垫片，可以让基板之间的空隙保持在真空状态；以及包括在阳极基板和阴极基板之间的外加电场电压回路构成.将阳极基板和阴极基板之间的空隙作为真空通道区域，在基板之间外加电场，将上述场致电子发射薄膜材料发射出的电子束注入上述紫外荧光体薄膜，使之发光为特征的一种发光装置。