CN103208737B - 一种紫外出光屏的制作方法及制得的紫外出光屏和应用 - Google Patents
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Abstract
一种紫外出光屏的制作方法及制得的紫外出光屏和应用涉及光电技术。制作方法，包括制作内层、制作窗口层，内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积一氧化物，形成内层氧化物薄膜，制成内层；窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积一氧化物，形成窗口层氧化物薄膜，制成窗口层；最后将内层和窗口层叠在一起，淀积有氧化物的面相对，通过使氧化物的化学键再结合，将内层与窗口层连接在一起，制成紫外出光屏。该方法工艺简单，且制得的出光屏出光效率高。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及光电技术，具体涉及出光屏。
背景技术
目前，半导体紫外光源非常少见，主要是紫外波段半导体材料和器件在制作工艺上存在着很多难以解决的困难。宽禁带半导体材料的p型掺杂非常困难，到了深紫外波段连n型掺杂也变得非常困难；器件的欧姆接触也非常难做，器件效率的降低和寿命的衰减常常是由于糟糕的欧姆接触引起的。
用高能电子束泵浦的方法来产生紫外光源可以避免上述的问题。这种泵浦方法用高能电子束轰击宽禁带半导体材料来产生紫外光，不需要对材料掺杂和做欧姆接触。
为了充分利用入射的高能电子束的能量，垂直入射是最好的方法。为了避免出光被电子枪挡住，透射式出光是最好的出光方式。目前制作透射式出光屏的方法多整个使用石英或紫外玻璃，制作工艺复杂，制作成本高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种紫外出光屏的制作方法及制得的紫外出光屏和应用，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种紫外出光屏的制作方法，包括制作内层、制作窗口层，其特征在于，所述内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，所述半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积一层氧化物，形成内层氧化物薄膜，制成内层；
所述窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积一层氧化物，形成窗口层氧化物薄膜，制成窗口层；
最后将内层和窗口层叠在一起，淀积有氧化物的面相对，经过高温、高压退火工艺处理，通过使氧化物的化学键再结合，将内层与窗口层连接在一起，制成紫外出光屏。
本发明避免了整管使用石英或紫外玻璃的困难，简化了制作工艺，降低了制作成本。同时，由于采用了二氧化硅或是三氧化二铝等透紫外的材料，不会影响紫外光的利用效率。
所述紫外光透明衬底可采用蓝宝石或氮化铝制成的透明衬底。在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面在淀积一层氧化物之前先进行减薄、抛光。以改善沉积质量。
内层氧化物薄膜和窗口层氧化物薄膜所采用的氧化物可以是二氧化硅、三氧化二铝等。内层氧化物薄膜和窗口层氧化物薄膜最好是采用同种氧化物。允许采用不同种氧化物，只要氧化物的化学键能够结合使内层和窗口层连接在一起即可。内层氧化物薄膜、窗口层氧化物薄膜的厚度范围均优选为一微米到十微米。优选在高温和高压下进行退火的方式，使氧化物的化学键再结合。
所述紫外光透射基板可采用石英、蓝宝石或氮化铝制成的透射基板。
所述半导体材料可以是III-V族半导体材料和/或II-VI族半导体材料。通过生长的半导体种类和生长方式的控制，所述半导体材料可以构成一多层多种式结构，通过选择禁带宽度不同的半导体材料，从而在新组成的材料的能带结构上形成势能阱结构。这些势能阱结构有利于约束半导体导带和价带上的载流子于特定的能量状态上，从而达到提高转换效率的目的。
为了提高出光强度，可在紫外出光屏的内侧镀上铝或是其他的紫外反射膜。所述紫外反射膜优选是铝膜。
一种通过上述方法制得的紫外出光屏，其特征在于，包括内层、窗口层，所述内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，所述半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积有内层氧化物薄膜；
所述窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积有窗口层氧化物薄膜；
所述内层氧化物薄膜与所述窗口层氧化物薄膜通过化学键连接。
采用上述出光屏的紫外光学系统，包括电子束源、一控制所述电子束源的控制装置、一受电子束激发产生紫外光的靶，其特征在于，所述靶采用紫外出光屏；
所述紫外出光屏包括内层、窗口层，所述内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，所述半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积有内层氧化物薄膜；
所述窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积有窗口层氧化物薄膜；
所述内层氧化物薄膜与所述窗口层氧化物薄膜通过化学键连接。
当电子束照射到紫外出光屏上时，特定的能量可以使它穿过紫外出光屏表面到达能产生紫外光的半导体材料。高能电子束会把能量传递给半导体材料中的束缚电子，从而产生自由的电子--空穴对。在材料结构比较完整的情况下，这样产生出的自由电子--空穴对将复合而产生光子。
所述电子束源的阴极可以是金属、氧化物、各种纳米管等材料。所述控制装置控制电子束源产生扫描电子束、脉冲电子束或是连续电子束，可以具有扫描、脉冲、连续等工作模式，并设有相应的控制按键。控制装置实现控制的方法可以是静电控制，也可以是电磁控制。控制装置设有一玻璃管，所述玻璃管位于所述电子束源与所述紫外出光屏之间，所述紫外出光屏与所述玻璃管可以采用科伐封接、玻璃熔接、或是环氧树脂粘接的方法连接。
所述紫外光透明衬底可采用蓝宝石或氮化铝制成的透明衬底。内层氧化物薄膜和窗口层氧化物薄膜所采用的氧化物可以是二氧化硅、三氧化二铝等。内层氧化物薄膜和窗口层氧化物薄膜最好是采用同种氧化物。允许采用不同种氧化物，只要氧化物的化学键能够结合使内层和窗口层连接在一起即可。所述紫外光透射基板可采用石英、蓝宝石或氮化铝制成的透射基板。所述半导体材料可以是III-V族半导体材料和/或II-VI族半导体材料。
为了提高出光强度，可在紫外出光屏的内侧镀上铝或是其他的紫外反射膜。所述反光膜层优选是铝膜层。
有益效果：
1.转换效率高。由于本发明使用了不同禁带宽度的半导体材料，在导带和价带上都形成了势能阱。这个势能阱中能量状态比较集中，掉入势能阱中的电子和空穴收到限制，有利于发光。
2.发光波长可调。势能阱中的能量状态与势能阱的具体形状有紧密的联系。通过调整势能阱的宽度和高度，可以调节势能阱中能级的高低。而发光的波长与势能阱中的能级有直接的联系。所以通过调节势能阱的形状就可以调节发光的波长。通过选择不同的材料和结构，本发明的发光波长可以涵盖远红外到深紫外。
3.不需要掺杂。宽禁带半导体掺杂非常困难，这也是紫外激光难以用传统的激光二极管方式实现的主要原因。本发明从根本上避开了掺杂问题，从而使制作高效率、大功率的紫外激光器成为可能。
4.避免使用整管石英或紫外玻璃的困难。
5.紫外出光效率得到了有效的保证。
附图说明
图1为紫外出光屏的一种结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图1，一种紫外出光屏的制作方法，包括制作内层、制作窗口层。内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料5，半导体材料5生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底4的任意一面上，在紫外光透明衬底4远离半导体材料5的一面淀积一层氧化物，形成内层氧化物薄膜3，制成内层。窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板1的任意一面上淀积一层氧化物，形成窗口层氧化物薄膜2，制成窗口层。最后将内层和窗口层叠在一起，淀积有氧化物的面相对，通过使氧化物的化学键再结合，将内层与窗口层连接在一起，制成紫外出光屏。
在紫外光透明衬底远离半导体材料5的一面在淀积一层氧化物之前先进行减薄、抛光。以改善沉积质量。内层氧化物薄膜3和窗口层氧化物薄膜2最好是采用同种氧化物。允许采用不同种氧化物，只要氧化物的化学键能够结合使内层和窗口层连接在一起即可。内层氧化物薄膜3、窗口层氧化物薄膜2的厚度范围均优选为一微米到十微米。优选在高温和高压下进行退火的方式，使氧化物的化学键再结合。另外，通过生长的半导体种类和生长方式的控制，半导体材料5可以构成一多层多种式结构，通过选择禁带宽度不同的半导体材料5，从而在新组成的材料的能带结构上形成势能阱结构。这些势能阱结构有利于约束半导体导带和价带上的载流子于特定的能量状态上，从而达到提高转换效率的目的。
各部分的材质如下：紫外光透明衬底可采用蓝宝石或氮化铝制成的透明衬底。内层氧化物薄膜3和窗口层氧化物薄膜2所采用的氧化物可以是二氧化硅、三氧化二铝等。紫外光透射基板1可采用石英、蓝宝石或氮化铝制成的透射基板。半导体材料5可以是III-V族半导体材料和/或II-VI族半导体材料。
为了提高出光强度，可在紫外出光屏的内侧镀上铝或是其他的紫外反射膜5。反光膜层优选是铝膜层。
参照图1，一种紫外出光屏，该紫外出光屏通过上述方法制得，包括内层、窗口层，内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料5，半导体材料5生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底4的任意一面上，在紫外光透明衬底4远离半导体材料5的一面淀积有内层氧化物薄膜3。窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板1，在紫外光透射基板1的任意一面上淀积有窗口层氧化物薄膜2。内层氧化物薄膜3与窗口层氧化物薄膜2通过化学键连接。
参照图1，一种紫外光学系统，包括电子束源、一控制电子束源的控制装置、一受电子束激发产生紫外光的靶，靶采用紫外出光屏。紫外出光屏包括内层、窗口层，内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料5，半导体材料5生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底4的任意一面上，在紫外光透明衬底4远离半导体材料5的一面淀积有内层氧化物薄膜3。窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板1，在紫外光透射基板1的任意一面上淀积有窗口层氧化物薄膜2。内层氧化物薄膜3与窗口层氧化物薄膜2通过化学键连接。该紫外光学系统是对上述紫外出光屏的应用。
当电子束照射到紫外出光屏上时，特定的能量可以使它穿过紫外出光屏表面到达能产生紫外光的半导体材料5。高能电子束会把能量传递给半导体材料5中的束缚电子，从而产生自由的电子--空穴对。在材料结构比较完整的情况下，这样产生出的自由电子--空穴对将复合而产生光子。
电子束源的阴极可以是金属、氧化物、各种纳米管等材料。控制装置控制电子束源产生扫描电子束、脉冲电子束或是连续电子束，可以具有扫描、脉冲、连续等工作模式，并设有相应的控制按键。控制装置实现控制的方法可以是静电控制，也可以是电磁控制。控制装置设有一玻璃管，玻璃管位于电子束源与紫外出光屏之间，紫外出光屏与玻璃管可以采用科伐封接、玻璃熔接、或是环氧树脂粘接的方法连接。
紫外出光屏以及紫外光学系统的靶的各部分材质如下：紫外光透明衬底4可采用蓝宝石或氮化铝制成的透明衬底。内层氧化物薄膜3和窗口层氧化物薄膜2所采用的氧化物可以是二氧化硅、三氧化二铝等。内层氧化物薄膜3和窗口层氧化物薄膜2最好是采用同种氧化物。允许采用不同种氧化物，只要氧化物的化学键能够结合使内层和窗口层连接在一起即可。紫外光透射基板1可采用石英、蓝宝石或氮化铝制成的透射基板。半导体材料5可以是III-V族半导体材料和/或II-VI族半导体材料。
为了提高出光强度，可在紫外出光屏的内侧镀上铝或是其他的紫外反射膜6。反光膜层优选是铝膜层。
本发明的具有如下优点：
1.转换效率高。由于本发明使用了不同禁带宽度的半导体材料5，在导带和价带上都形成了势能阱。这个势能阱中能量状态比较集中，掉入势能阱中的电子和空穴收到限制，有利于发光。
2.发光波长可调。势能阱中的能量状态与势能阱的具体形状有紧密的联系。通过调整势能阱的宽度和高度，可以调节势能阱中能级的高低。而发光的波长与势能阱中的能级有直接的联系。所以通过调节势能阱的形状就可以调节发光的波长。通过选择不同的材料和结构，本发明的发光波长可以涵盖远红外到深紫外。
3.不需要掺杂。宽禁带半导体掺杂非常困难，这也是紫外激光难以用传统的激光二极管方式实现的主要原因。本发明从根本上避开了掺杂问题，从而使制作高效率、大功率的紫外激光器成为可能。
4.避免使用整管石英或紫外玻璃的困难。
5.紫外出光效率得到了有效的保证。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种紫外出光屏的制作方法，包括制作内层、制作窗口层，所述内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，所述半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，其特征在于，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积一层氧化物，形成内层氧化物薄膜，制成内层；
所述窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积一层氧化物，形成窗口层氧化物薄膜，制成窗口层；
最后将内层和窗口层叠在一起，淀积有氧化物的面相对，通过使氧化物的化学键再结合，将内层与窗口层连接在一起，制成紫外出光屏；
在紫外出光屏的内侧镀有紫外反射膜。
2.根据权利要求1所述的一种紫外出光屏的制作方法，其特征在于：在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面在淀积一层氧化物之前先进行减薄、抛光。
3.根据权利要求1所述的一种紫外出光屏的制作方法，其特征在于：内层氧化物薄膜和窗口层氧化物薄膜采用同种氧化物。
4.根据权利要求1所述的一种紫外出光屏的制作方法，其特征在于：内层氧化物薄膜、窗口层氧化物薄膜的厚度范围为一微米到十微米。
5.根据权利要求1所述的一种紫外出光屏的制作方法，其特征在于：所述半导体材料是III-V族半导体材料和/或II-VI族半导体材料。
6.根据权利要求1所述的一种紫外出光屏的制作方法制成的紫外出光屏，其特征在于，包括内层、窗口层；
所述内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，所述半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积有内层氧化物薄膜；
所述窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积有窗口层氧化物薄膜；
所述内层氧化物薄膜与所述窗口层氧化物薄膜通过化学键连接；
在紫外出光屏的内侧镀有紫外反射膜。
7.根据权利要求6所述的紫外出光屏，其特征在于：内层氧化物薄膜和窗口层氧化物薄膜所采用的氧化物是二氧化硅或三氧化二铝。
8.一种紫外光学系统，包括电子束源、一控制所述电子束源的控制装置、一受电子束激发产生紫外光的靶，其特征在于，所述靶采用紫外出光屏；
所述紫外出光屏包括内层、窗口层，所述内层包括一能够受激发射紫外光的半导体材料，所述半导体材料生长在一可透射紫外光的紫外光透明衬底的任意一面上，在紫外光透明衬底远离半导体材料的一面淀积有内层氧化物薄膜；
所述窗口层包括一可透射紫外光的紫外光透射基板，在紫外光透射基板的任意一面上淀积有窗口层氧化物薄膜；
所述内层氧化物薄膜与所述窗口层氧化物薄膜通过化学键连接；
在紫外出光屏的内侧镀有紫外反射膜。
9.根据权利要求8所述的一种紫外光学系统，其特征在于：所述控制装置控制电子束源产生扫描电子束、脉冲电子束或是连续电子束。
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