放电电极、放电灯以及用于制造放电电极的方法.pdf

本发明涉及放电电极、放电灯以及用于制造放电电极的方法，其中具体公开了一种向放电气体中发射电子的放电电极，其包括发射体和配置为向发射体提供电流的电流供应端。发射体包括在300K下带隙为2.2eV或更宽的宽带隙半导体。在宽带隙半导体中掺杂受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大。

1.  一种向放电气体中发射电子的放电电极，包括：
发射体，发射体包括在300K下带隙为2.2eV或更宽的宽带隙半导体，在宽带隙半导体中掺杂的受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大；以及
配置为向发射体提供电流的电流供应端。

2.  如权利要求1所述的放电电极，其中，施主杂质原子的浓度高于受主杂质原子的浓度。

3.  如权利要求1所述的放电电极，其中，宽带隙半导体在300K下具有3.4eV或更宽的带隙。

4.  如权利要求1所述的放电电极，其中，在绝缘支撑部件上设置发射体。

5.  如权利要求1所述的放电电极，其中，在绝缘基板的表面上形成发射体。

6.  如权利要求1所述的放电电极，其中，发射体覆盖绝缘核心部件的外表面。

7.  如权利要求1所述的放电电极，其中，发射体是柱形棒。

8.  如权利要求1所述的放电电极，进一步包括：在电流供应端之一与发射体电接触的部分上的发射体表面上有选择性地布置的导电膜。

9.  如权利要求8所述的放电电极，进一步包括：在发射体表面上有选择性地形成的宽带隙半导体的非晶形层，其中，电流供应端之一通过非晶形层与发射体电接触。

10.  一种放电灯，包括：
其中密封放电气体的放电包络；以及
布置在放电包络内的放电电极，放电电极包括：
发射体，发射体包括在300K下带隙为2.2eV或更宽的宽带隙半导体，在宽带隙半导体中掺杂受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大；以及
配置为向发射体提供电流的一对电流供应端。

11.  如权利要求10所述的放电灯，其中，施主杂质原子的浓度高于受主杂质原子的浓度。

12.  如权利要求10所述的放电灯，其中，宽带隙半导体在300K下具有3.4eV或更宽的带隙。

13.  如权利要求10所述的放电灯，其中，在绝缘支撑部件上形成发射体。

14.  如权利要求10所述的放电灯，其中，发射体是柱形棒。

15.  如权利要求10所述的放电灯，进一步包括：在电流供应端之一与发射体电接触的部分上的发射体表面上有选择性地布置的导电膜。

16.  如权利要求15所述的放电灯，进一步包括：在发射体表面上有选择性地形成的宽带隙半导体的非晶形层，其中，电流供应端之一通过非晶形层与发射体电接触。

17.  一种用于制造放电电极的方法，包括：
通过以下方式形成复合结构，其中，该复合结构包括支撑部件以及在支撑部件上形成的宽带隙半导体层，宽带隙半导体层在300K下具有2.2eV或更宽的带隙，所述方式为：
在绝缘基板上外延生长宽带隙半导体层；以及
在宽带隙半导体层中同时掺杂受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大；以及
把一对电流供应端电连接到复合结构，电流供应端配置为向复合结构提供电流。

18.  如权利要求17所述的方法，进一步包括：
在电流供应端之一与发射体电接触的部分上的宽带隙半导体层表面上有选择性地刻划导电膜图案。

19.  如权利要求18所述的方法，进一步包括：
在导电膜图案下的宽带隙半导体层表面上有选择性地形成非晶形层。

20.  如权利要求19所述的方法，其中，通过在宽带隙半导体层的表面上有选择地注入离子而形成非晶形层。

21.  如权利要求17所述的方法，其中，支撑部件是绝缘支撑部件。

22.  如权利要求17所述的方法，进一步包括：
把复合结构划分为多个芯片，其中，电流供应端电连接到在两个分离部分上的芯片之一的表面。

放电电极、放电灯以及 用于制造放电电极的方法
相关专利申请的交叉引用
2003年7月28日申请的日本专利申请号P2003-202518。
技术领域
本发明涉及放电电极、使用放电电极的放电灯以及用于制造放电电极的方法，并更具体地涉及用作热阴极的放电电极、使用放电电极的放电灯以及用于制造放电电极的方法。
背景技术
热阴极(放电电极)用于放电灯如荧光灯，在放电气体的气氛中，通过在对其表面作用负电势时进行加热，而从其表面发射电子。热阴极广泛利用由难熔金属细丝制作的灯丝，灯丝形成为线圈配置，并用电能加热。进而，一般当其阴极材料的功函数减小时，促进热电子的发射，因而，为了减小灯丝材料表面的功函数，借助涂敷方法、注入方法等，在灯丝表面上形成各种称作发射体材料的金属或材料，如钡(Ba)基材料。
例如，在荧光灯中，电流在热阴极中的流动涉及能量损耗、加热整个热阴极系统，并且从热阴极表面开始热电子发射，其中，荧光灯是最广泛且最经常使用的放电灯。在早期技术中，通过用钡基发射体材料涂敷钨丝而制作热阴极。早期热阴极或早期放电电极有可能通过较小的阴极电压降而发射电子，这支持早期荧光灯的高发光效率，然而，早期荧光灯与使用寿命短的问题联系在一起。而且，为了满足器件高集成度的要求和小型化的需要，在甚至更低温度和更低热损耗下工作的高性能热阴极的开发就要求满足这些要求。
近来，在日本专利申请特开第H10-698688号(以下称作“第一文献”)中，提出安装特殊热阴极(放电电极)的荧光灯，特殊热阴极在热阴极材料的表面上有一层金刚石颗粒。即，在第一文献中，在热阴极材料的表面上涂敷平均粒径0.2μm或更小的金刚石颗粒。
进一步地，在日本专利申请特开第2000-106130号(以下称作“第二文献”)中，提出另一集成到低压放电灯中的放电电极。在第二文献中，在钨线圈表面上淀积或注入粒径从0.01μm到10μm，优选从0.1μm到1μm的细金刚石颗粒。淀积或注入金刚石的钨线圈集成到低压放电灯中，作为放电电极。第二文献的目的是抑制放电电极的热电子发射特性下降并且实现低压放电灯的长使用寿命。
然而，在第一和第二文献中公布的技术在效率提高方面还不够，因为作用功率大部分消耗在钨线圈上。
发明内容
考虑到这些情况，本发明的目的是提供一种长寿命放电电极，它允许从室温启动时就有充分的导电率并且能进行有效加热和热电子发射，而且，本发明提供一种使用此放电电极的放电灯，并进一步提供用于制造此放电电极的方法。
本发明的一个方面在于一种向放电气体中发射电子的放电电极，包括：(a)发射体，发射体包括在300K下带隙为2.2eV或更宽的宽带隙半导体，在宽带隙半导体中掺杂的受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大；以及(b)配置为向发射体提供电流的电流供应端。
本发明的另一方面在于一种放电灯，包括：(a)其中密封放电气体的放电包络；以及(b)布置在放电包络内的放电电极。在这，放电电极包括：发射体，发射体包括在300K下带隙为2.2eV或更宽的宽带隙半导体，在宽带隙半导体中掺杂的受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大；以及配置为向发射体提供电流的电流供应端。
本发明的还一方面在于一种用于制造放电电极的方法，包括：(a)在基板上淀积宽带隙半导体层以形成复合结构，宽带隙半导体层在300K下具有2.2eV或更宽的带隙；(b)在宽带隙半导体层中同时掺杂受主杂质原子和施主杂质原子，施主杂质原子的活化能比受主杂质原子的活化能更大；以及(c)把电流供应端电连接到宽带隙半导体层，电流供应端配置为向宽带隙半导体层提供电流。
在理解结合附图描述的示例性实施例时，本发明的其它和进一步的目的和特征将变得更加清楚，或者，在后附权利要求中指出所述目的和特征，本领域中技术人员在实际应用本发明时，将发现在本文中未提及的各种优点。
附图说明
结合附图描述本发明的各个实施例。应该指出，在所有附图中，对相同或相似的部件和元件使用相同或相似的参考号，并且省略或简化对相同或相似部件和元件的描述。
应该理解，通常在表述电子器件时，按照惯例，在指定图之外，各个附图不是按图与图之间地比例进行绘制，具体地，层厚是任意绘制的，为的是有助于阅读附图。
图1为示出与本发明第一实施例有关的放电灯的总体横截面示意图；
图2A和2B为描绘在与第一实施例有关的放电电极中使用的发射体在室温下的导电状态的视图，其中，发射体用宽带隙半导体层制成；
图3A和3B为描绘在与第一实施例有关的放电电极中使用的发射体在高温下的导电状态的视图，其中，发射体用宽带隙半导体层制成；
图4描绘在与第一实施例有关的放电电极中使用的发射体的导电状态的温度依赖关系，其中，发射体用宽带隙半导体层制成；
图5为解释第一实施例放电灯的制造方法的工艺流程横截面图；
图6为解释第一实施例放电灯的制造方法在图5所示工艺阶段之后的后续工艺流程横截面图；
图7为解释第一实施例放电灯的制造方法在图6所示工艺阶段之后的另一后续工艺流程横截面图；
图8为解释第一实施例放电灯的制造方法在图7所示工艺阶段之后的另一后续工艺流程横截面图；
图9为解释第一实施例放电灯的制造方法在图8所示工艺阶段之后的另一后续工艺流程横截面图；
图10为解释第一实施例放电灯的制造方法在图9所示工艺阶段之后的另一后续工艺流程横截面图；
图11为示出与本发明第二实施例有关的放电电极的总体横截面示意图；
图12为示出与本发明第二实施例有关的放电灯的总体横截面示意图；以及
图13为示出与本发明第三实施例有关的放电灯的总体横截面示意图。
具体实施方式
在以下描述中，详细描述特定细节，如特定的材料、工艺和设备，为的是提供对本发明更彻底的理解。然而，对本领域中技术人员很清楚，不用这些特定细节也可实践本发明。在其它情况下，不详细描述众所周知的制造材料、工艺和设备，以免不必要地使本发明模糊。在权利要求的范围内，可用各种方式改变本发明的技术原理。
诸如“之上”、“在…下面”和“之下”的介词相对于支撑部件的平表面而定义，与支撑部件实际被固定的方向无关。即使有中间层，一个层也在另一层之上。
(第一实施例)
属于图1所示本发明第一实施例的放电灯包括：其中密封放电气体11的放电包络9；在放电包络9的一部分内壁上形成的厚度为50μm-300μm的荧光膜10；以及，布置在放电包络9里面两端的一对放电电极。放电包络9例如可利用由钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃等构成的玻璃管。
在一对放电电极中，图1中左侧放电电极包括：用作支撑部件的绝缘基板7a；以及宽带隙半导体层1a，此层1a用作在绝缘基板7a上形成的发射体。在宽带隙半导体层(发射体)1a的顶面上有选择性地布置导电膜(接触膜)23a、24a，导电膜23a、24a实现与宽带隙半导体层1a的低接触电阻欧姆接触。在导电膜(接触膜)23a、24a正下方靠近宽带隙半导体层1a顶面的区域中，分别形成非晶形层(非晶形接触区域)。管座引线21a、22a通过导电膜(接触膜)23a、24a电连接到宽带隙半导体层1a。每根管座引线21a、22a的上部，或每根管座引线21a、22a的末梢部分及其附近由诸如钨(W)或钼(Mo)的材料制成，并且末梢部分附近具有多个锐角(或几乎成直角)弯曲部分，以形成弹簧结构。然而，每根管座引线21a、22a的中间部分或在管座引线与放电包络9之间的密封部分由镍-钴-铁(Ni-Co-Fe)合金如“科瓦合金”制成。管座引线21a、22a每一根都在其弯曲部分的角部分上与绝缘基板7a的与导电膜(接触膜)23a、24a相对的底面接触，并且通过弹性力而从两侧夹紧和固定由绝缘基板7a和宽带隙半导体层1a制成的复合结构或层叠结构。管座引线21a、22a作为一对电流供应端，用于向包括宽带隙半导体层1a的发射体提供电流。
相似地，所述放电电极对中的另一个，即图1中右侧的放电电极，也包括：绝缘基板7b；以及宽带隙半导体层1b，此层1b用作在绝缘基板7b上形成的另一发射体。在宽带隙半导体层(发射体)1b的顶面上有选择性地布置导电膜(接触膜)23b、24b，导电膜23b、24b与宽带隙半导体层1b形成欧姆接触。在导电膜(接触膜)23b、24b正下方靠近宽带隙半导体层1b顶面的区域中，分别形成非晶形层(非晶形接触区域)。管座引线21b、22b通过导电膜(接触膜)23b、24b电连接到宽带隙半导体层1b。每根管座引线21b、22b都在其弯曲部分的角部分上与绝缘基板7b的与导电膜(接触膜)23b、24b相对的底面接触，并且通过弹性力而从两侧夹紧和固定由绝缘基板7b和宽带隙半导体层1b制成的层叠结构。管座引线21b、22b作为一对电流供应端，用于向包括宽带隙半导体层1b的发射体提供电流。所述放电电极对可利用各种几何形状如矩形、板型、棒型和线型，并且不作具体限制。
导电膜(接触膜)23a、24a；23b、24b可以使用镍(Ni)膜、钨(W)膜、钛(Ti)膜、铬(Cr)膜、钽(Ta)膜、钼(Mo)膜、金(Au)膜等。或者，可以使用由上述多种金属结合组成的合金膜、化合物膜、多层膜(复合膜)等。例如，可以选择多层膜，如钛-铂-金(Ti/Pt/Au)膜、钛-镍-金(Ti/Ni/Au)膜或钛-镍-铂-金(Ti/Ni/Pt/Au)膜等。
而且，可以理解，在允许管座引线21a、22a与宽带隙半导体层1a之间或管座引线21b、22b与宽带隙半导体层1b之间接触电阻较高的应用领域中，可以省略导电膜(接触膜)23a、24a；23b、24b和/或在导电膜(接触膜)正下方的非晶形层(非晶形接触区域)。
宽带隙半导体层1a、1b掺杂有活化能相对较小的受主杂质原子和活化能相对较大的施主杂质原子。进而，所述杂质按以下方式掺杂：受主杂质的浓度N_A小于施主杂质的浓度N_D。在这，“宽带隙半导体”代表其带隙Eg比硅(Si)和砷化锗(GaAs)等更宽的半导体材料，其中，硅(Si)的带隙Eg在300K下为大约1.1eV，砷化锗(GaAs)的带隙Eg在300K下为大约1.4eV，它们已在早先被研究过，并且已经在半导体工业中逐步实现商业化。例如，典型的宽带隙半导体包括：在300K下，带隙Eg大约2.2eV的碲化锌(ZnTe)、带隙Eg大约2.4eV的硫化镉(CdS)、带隙Eg大约2.7eV的硒化锌(ZnSe)、带隙Eg大约3.4eV的氮化镓(GaN)、带隙Eg大约3.7eV的硫化锌(ZnS)、带隙Eg大约5.5eV的金刚石以及带隙Eg大约5.9eV的氮化铝(AIN)。另外，碳化硅(SiC)也是宽带隙半导体的实例。在300K下，已经报告带隙Eg大约为2.23eV的3C-SiC、大约为2.93eV的6H-SiC和大约为3.26eV的4H-SiC，并且，各种SiC多种类型可用于宽带隙半导体层1a、1b。对于宽带隙半导体层1a、1b，允许使用由上述宽带隙半导体的两种或三种、或三元或四元化合物的组合而制成的各种混合晶体。具体地，在这些宽带隙半导体及其混合晶体中，对于热电子发射源(发射体)而言，在300K下带隙Eg为3.4eV或更大的宽带隙半导体及其混合晶体是优选的，因为随着带隙Eg增加，宽带隙半导体的负电子亲和力变得非常大。
对于金刚石的说明性实例，可选择掺杂以使受主杂质原子的浓度N_A小于施主杂质原子的浓度N_D——作为受主杂质的硼(B)的浓度范围从大约10¹⁵cm^-3到大约10¹⁹cm^-3，与此相对应，作为施主杂质的磷(P)的浓度范围从大约10¹⁶cm^-3到大约10²¹cm^-3。
绝缘基板7a、7b适合用作与第一实施例有关的放电电极中的支撑部件，绝缘基板7a、7b可由石英玻璃或陶瓷如矾土(Al₂O₃)制成。
涂敷到放电包络9的一部分内壁上的荧光膜10在接收紫外线辐射之后，发射可见光，其中，可见光是通过放电包络9中的放电而产生的。除了放电气体11之外，放电包络9的内部还包括用于建立汞放电所需的给定量的汞(汞颗粒)。可使用惰性气体如氩(Ar)、氖(Ne)或氙(Xe)等，作为用于辅助发光的放电气体11；放电包络9内部的压力例如设定为从大约5.3kPa到13kPa。另外，优选在惰性气体中混合一定百分比的氢气(H₂)。
如以上所讨论的，在属于第一实施例的放电灯的放电电极中，配置为通过电阻加热而发射电子的发射体由宽带隙半导体层1a、1b实现，在所述层1a、1b中掺杂活化能相对较小的受主杂质原子和活化能相对较大的施主杂质原子。图2A、2B、3A和3B示出金刚石用作每个宽带隙半导体层1a、1b的情形。在金刚石的情形中，硼(B)用作活化能相对较小的受主杂质原子2，而磷(P)用作活化能相对较大的施主杂质原子4i、4a。
如图2B所示，通过从受主杂质原子2的能级Ea的值减去价带边缘的能量Ev而获得受主杂质原子2的活化能(0.2-0.3eV)，此活化能小于通过从导带边缘的能量Ec减去施主杂质原子4i的能级Ed的值而获得的施主杂质原子4i的活化能(大约0.5eV)。在室温(300K)下，费米能级Ef位于受主杂质原子2的能级Ea和价带边缘的能量Ev之间。为此，如图2A和2B所示，即使在室温(300K)下，在受主杂质原子2中捕获其能级接近价带边缘的电子，以产生接近价带边缘的孔3，由此获得p型导电。即，在室温下电阻加热的初始阶段，如图2A所示，通过可归于受主杂质原子2的孔3而建立p型导电。此时，具有较大活化能的施主不向导带提供电子，因而，施主杂质原子4i处于不活动状态。孔3的产生导致电流流经宽带隙半导体层1a、1b本身，并且通过打开电源，电流有效地加热宽带隙半导体层1a、1b本身。
孔3的电流把宽带隙半导体层1a、1b本身电阻加热到大约700K至大约800K；图3B示出宽带隙半导体层1a、1b在此高温下的能带图。在温度增加到大约700K至大约800K温度范围的状态下，费米能级Ef位于导带边缘的能量Ec和施主杂质(活化态)4a的能级Ed之间。
即，电阻加热导致的温度增加把不活动施主杂质原子4i改变为活化施主杂质原子4a。在此高温下的活化能态中，冲向施主杂质原子(活化态)4a的电子提供给导带，以便建立n型导电。换句话说，在被加热到大约700K至大约800K温度范围的宽带隙半导体层1a、1b中，产生热电子发射所需的足够数量的电子6，作为多数载流子。
图4说明宽带隙半导体层1a、1b的电阻率的温度依赖关系，该图示出随着宽带隙半导体层1a、1b的温度升高，导电类型从p型导电方式改变为n型导电方式。
以此方式，根据第一实施例，由于每个宽带隙半导体层1a、1b实现的简单配置单独能进行以下步骤序列：从在加热起点的p型导电开始；通过p型导电而进行电阻加热；随着温度升高而改变导电类型；通过n型导电而进行电阻加热；随后通过n型导电进行热电子发射，因此，在放电电极中，电功率损耗最小。从而，可用简单结构实现高效率的低温热阴极(热电子阴极)。也就是说，根据属于第一实施例的放电电极，在宽带隙半导体层1a、1b中同时的施主/受主掺杂效应使得从电阻加热开始，电流有效地流经宽带隙半导体层1a、1b，这有效地建立高温状态，由此有利于在适合热电子发射的n型导电方式中的电子传导。
另外，在图1中，虽然绝缘基板7a、7b的底面暴露到放电气体11，但以下结构也是允许的：用宽带隙半导体层覆盖绝缘基板7a、7b的底面。
进而，宽带隙半导体层1a、1b不必均匀地覆盖绝缘基板7a、7b的全部顶面，也可在绝缘基板7a、7b的一部分顶面上有选择性地形成，以便刻划特定的布线图案，如直条纹形状、之字形或弯曲灯丝。
属于第一实施例的放电电极不必连接额外的灯丝进行电阻加热，从而结构简单；下面描述的简单制造工艺使得能进行批量生产，因而能降低制造成本。结合图5-10描述用于制造与本发明第一实施例有关的放电灯的方法。
(a)首先，准备平行板块或基板，作为支撑部件7。支撑部件7可以是绝缘基板，更具体地，是氧化铝(Al₂O₃)基板。并且，如图5所示，通过化学汽相淀积(CVD)技术，在支撑部件7的顶面上外延生长宽带隙半导体层1。宽带隙半导体层1可以是金刚石单晶层。即，在Al₂O₃基板7上，外延生长金刚石单晶层1，以便形成包括支撑部件7和在支撑部件7上形成的宽带隙半导体层1的复合结构。CVD技术例如可利用等离子体CVD工艺，该工艺在4kPa减压下使用2.45GHz的高频放电。在操作过程中，在基板温度850℃下，可提供作为源气体的甲烷(CH₄)气体与作为载体气体的氢气(H₂)。当甲烷(CH₄)气体流量与氢气(H₂)流量的比例为大约1∶99时，以大约0.5μm/hr-1μm/hr的生长速率获得金刚石单晶的外延生长层1。在步骤中，在宽带隙半导体层(金刚石单晶层)1中，通过使用用H₂气体稀释的乙硼烷(B₂H₆)而掺杂硼(B)，并且同时，通过使用用H₂气体稀释的磷化氢(PH₃)而掺杂磷(P)。用质量流控制器等来控制乙硼烷(B₂H₆)气体和磷化氢(PH₃)气体的流量。在金刚石中，硼(B)用作活化能相对较小的受主杂质原子，而磷(P)用作活化能相对较大的施主杂质原子。例如，淀积大约1μm到大约100μm的宽带隙半导体层1。砷化三氢(AsH₃)、二硫化氢(H₂S)、氨(NH₃)等用作n型掺杂气体，以取代磷化氢。
(b)其次，通过剥离工艺而刻划钛-金(Ti/Au)复合层等，以形成离子注入掩膜。在加速能量E_ACC＝40keV且剂量φ＝10¹⁶cm^-2时，使用离子注入掩膜，在宽带隙半导体层1的顶面上有选择性地注入Ar离子(Ar⁺)。在离子注入过程中，绝缘基板7和宽带隙半导体层1的温度保持在室温(25℃)。接着，在除去离子注入掩膜之后，对得到的材料在400℃下进行热处理，以产生非晶形层(非晶形接触区域)。尽管已经描述Ar⁺离子注入的情形，但所述离子不应只限制在Ar⁺，并且，对于非晶形层的形成，各种离子都是可以接受的。例如，可以使用惰性气体的元素离子如氪(Kr⁺)、氙(Xe⁺)等、以及碳化物形成元素离子如Ti⁺、Ta⁺、W⁺、Si⁺、N⁺、B⁺等。在这些离子中，如果N⁺和B⁺注入到金刚石的晶格位置中，这些离子就可分别用作施主和受主。当然，可以考虑，在φ的范围从10¹⁵cm^-2到10¹⁶cm^-2的高剂量注入条件下，注入的N⁺和^B+在金刚石的顶面上形成碳化物(化合物)NC_1-x和BC_1-x。
(c)接着，在非晶形层(非晶形接触区域)正上方的精确位置上校准掩膜，以便建立剥离工艺。即，在进行用于连续淀积Ti膜、Pt膜和Au膜的连续真空蒸发方法或连续溅射方法以便实现Ti/Pt/Au多层膜之后，通过剥离工艺而刻划Ti/Pt/Au多层膜，以提供各个导电膜(接触膜)23a、24a、23b、24b、24c、…的图案，如图6所示。在刻划导电膜(接触膜)23a、24a、23b、24b、24c、…之后，在700℃-800℃的高温下对复合结构(1，7)进行退火，以便实现宽带隙半导体1的实际接触电阻值ρ_c。
(d)接着，通过CVD在宽带隙半导体层1的整个顶面上淀积厚度为500nm-1μm的氧化物膜(SiO₂膜)。进而，在氧化物膜的上部分涂敷光致抗蚀剂膜，并且通过光刻法而进行刻划。随后，使用刻划的光致抗蚀剂膜作为蚀刻掩膜而有选择性地蚀刻氧化物膜。在对氧化物膜构图之后，除去光致抗蚀剂膜。使用刻划的氧化物膜作为蚀刻掩膜，借助使用氧气(O₂气体)的反应性离子蚀刻(RIE)，在导电膜(接触膜)24c和23a之间、在导电膜(接触膜)24a和23b之间等等的空间中，有选择性地蚀刻宽带隙半导体层1，直到绝缘基板7暴露。在导电膜(接触膜)24c和23a之间的空间、在导电膜(接触膜)24a和23b之间的空间等变为切割线D_i-1、D_j、D_j+1、…。结果，沿着切割线D_i-1、D_i、D_j+1、…形成切割槽。当用金刚石刀片等沿着切割槽切割复合结构(1，7)以便划分为多个芯片时，切割出多个“复合电极体”，每一个“复合电极体”都具有所希望的芯片尺寸。
(e)接着，从多个“复合电极体”选择“复合电极体(7a，1a)”。进而，设置管座引线21a、22a，靠近管座引线21a、22a中心的部分固定到玻璃球(珠)62a上。接着，管座引线21a在其弯曲部分的角部分上与绝缘基板7a的与导电膜(接触膜)23a相对的底面接触，并且，通过弹性力而从两侧夹紧“复合电极体(7a，1a)”。相似地，管座引线22a在其弯曲部分的角部分上与绝缘基板7a的与导电膜(接触膜)24a相对的底面接触，并且，通过弹性力而从两侧夹紧复合电极体(7a，1a)。虽然在图7中省略说明，但设置另一管座引线21b、22b，靠近管座引线21b、22b中心的部分固定到玻璃球(珠)62b上，随后，管座引线22b在其弯曲部分的角部分上与绝缘基板7b的与导电膜(接触膜)24b相对的底面接触，并且，通过弹性力而从两侧夹紧“复合电极体(7b，1b)”(参见图10)。还从多个“复合电极体”选择“复合电极体(7b，1b)”。以此方式，产生一对放电电极——一个放电电极(62a，22a，7a，1a，21a，22a)具有玻璃球62a、管座引线21a、22a和复合电极体(7a，1a)，另一个放电电极(62b，22b，7b，1b，21b，22b)具有玻璃球62b、管座引线21b、22b和复合电极体(7b，1b)。进一步地，为取代玻璃球62a、62b，可使用喇叭形状等的玻璃管座引线。
(f)接着，如图8所示，提供圆柱形玻璃管(放电包络)9，在其部分区域上涂敷荧光膜10。在玻璃管9的下部形成狭窄部分66A。选择具有玻璃球62a、管座引线21a、22a和复合电极体(7a，1a)的放电电极(62a，22a，7a，1a，21a，22a)作为一对放电电极中的一个，在狭窄部分66A的肩部上安装玻璃球62a，从而，管座引线21a、22a和复合电极体(7a，1a)可设置在玻璃管9内的特定位置上，如图8所示。在牢固地固定玻璃管9之后，通过用图9所示的支撑架70支撑狭窄部分66A的上面相邻部分，使用火炉等加热狭窄部分66A和玻璃球62a附近，使玻璃管9和玻璃球62a熔化，并焊接在一起，由此形成用于密封玻璃管9一端的密封部分67A。接着，如图10所示，选择具有玻璃球62b、管座引线21b、22b和复合电极体(7b，1b)的放电电极(62b，22b，7b，1b，21b，22b)作为一对放电电极中的另一个，在狭窄部分66B的肩部上安装玻璃球62b，从而，管座引线21b、22b和复合电极体(7b，1b)可设置在玻璃管9内的特定位置上，如图8所示。随后，玻璃管9的狭窄部分66B的开口端部分68连接到泵设备的泵头86。泵设备具有真空泵81和气体源82，其中，真空泵81配置为吸出玻璃管9内的空气，以使玻璃管9内部变为真空，并且，气体源82配置为把诸如氩的放电气体11引入到玻璃管9中。泵设备进一步包括输送阀83，输送阀83配置为互相变换真空泵81的真空处理和气体源82的放电气体引入处理。进而，泵设备包括排气磁力阀84和进气磁力阀85。输送阀83连接到泵头86。
(g)接着，真空泵81工作，通过打开流经排气磁力阀84和输送阀83的真空排气通道，使配备一对放电电极的玻璃管9连接到泵头86，抽取玻璃管9内的空气，以实现特定的极限压力。随后，在玻璃管9内与特定放电气体11如氩一起密封少量的汞，其中，放电气体11从气体源82经过输送阀83和进气磁力阀85而进入玻璃管9。进一步地，随后，用气体炉等加热狭窄部分66B和玻璃球62b的附近，使玻璃管9和玻璃球62b熔化，并焊接在一起，因而形成放电灯的另一密封部分67B。随后，除去玻璃管密封部分之外不需要的部分，提供如图1所示的放电灯。
根据用于制造属于本发明第一实施例的放电灯的方法，由于不必连接用于电阻加热的额外灯丝，因此，沿着切割线D_j-1、D_j、D_i+1、…切割在大绝缘基板7上集中形成的宽带隙半导体层1，并且单独用管座引线21a、22a或管座引线21b、22b通过弹性力而夹紧宽带隙半导体层1的两端，这使得能制造放电电极，由此允许批量生产并降低制造成本。
另外，用于制造上述放电灯的方法是实例，其它不同的制造方法，包括此实例的修改，当然是可能的。例如，在上述实施例中，尽管在大绝缘基板7上覆盖生长宽带隙半导体层1并且沿着切割线D_j-1、D_i、D_j+1、…划分多个得到的电极体，但首先设置多个芯片或象芯片一样划分的绝缘基板7a、7b、…，并且可在象芯片一样划分的绝缘基板7a、7b、…上单独形成宽带隙半导体层1a、1b、…。
(第二实施例)
如图11所示，与本发明第二实施例有关的放电灯的放电电极包括：用作发射体的宽带隙半导体棒12；在宽带隙半导体棒12两端附近外围上有选择性地形成的导电膜(接触膜)31a、31b；通过导电膜(接触膜)31a而缠绕在宽带隙半导体棒12左端的导线13a；以及通过导电膜(接触膜)31b而缠绕在宽带隙半导体棒12右端的导线13b。宽带隙半导体棒12为柱形棒，它可建立边长50μm到300μm的棱柱形状或直径50μm到300μm的圆柱形状。棱柱形状不必具有正方形的横截面；横截面形状可以是矩形、或五边形或比五边形具有更多角的多边形。导线13a、13b例如可利用引入线配置如“杜美(Dumet)丝”，“杜美丝”包括由铁-镍(Fe-Ni)合金等制成的芯线以及在芯线上具有铜(Cu)膜的涂层。
尽管省略说明，但是，在导电膜(接触膜)31a、31b正下方的宽带隙半导体棒12的表面上，分别形成非晶形层(非晶形接触区域)。因而，导电膜31a、31b每一个都与靠近宽带隙半导体棒12两端的外围进行低接触电阻欧姆接触。用于导电膜31a、31b的材料可从包括Ni、W、Ti、Cr、Ta、Mo、Au等的组中选择。进一步地，该组中所列材料的组合可用作导电膜31a、31b。例如，在与第一实施例有关的放电灯中讨论的多层膜，如Ti/Pt/Au和Ti/Ni/Pt/Au以及Ti/Ni/Pt/Au等，可用作第二实施例中的导电膜31a、31b。然而，在允许电极的接触电阻相对较高的特殊应用领域中，如果需要，可以省略导电膜31a、31b和/或非晶形层(非晶形接触区域)。
接着，电连接到宽带隙半导体棒12左端的导线13a可由吊线14a支撑；电连接到宽带隙半导体棒12右端的导线13b可由吊线14b支撑。进一步地，吊线14a、14b每一个都焊接到固定在管座16上的管座引线15a、15b上，管座引线15a、15b把宽带隙半导体棒12固定在管座16上，以实现放电电极。在这，导线13a、吊线14a和管座引线15a用作一对电流供应端中的一个，所述电流供应端向由宽带隙半导体棒12制成的发射体提供电流；导线13b、吊线14b和管座引线15b用作一对电流供应端中的另一个，所述电流供应端向由宽带隙半导体棒12制成的发射体提供电流。
与在属于第一实施例的放电灯的放电电极的情形一样，活化能相对较小的受主杂质原子和活化能相对较大的施主杂质原子按以下方式掺杂到宽带隙半导体棒12中，所述方式为：受主杂质原子的浓度N_A小于施主杂质原子的浓度N_D。
在第二实施例中，在图12所示放电包络9内安装如图11所示的放电灯。在放电包络9中，密封放电气体11，并且在放电包络9的一部分内壁上涂敷荧光膜10。当然，在放电包络9的两端布置一对放电电极。然而，在图12中，省略对相对放电电极的说明。与第一实施例的放电灯的情形一样，除了放电气体11以外，在放电包络9中密封用于建立汞放电所需的指定量的汞(汞颗粒)。
在属于第二实施例的放电灯的放电电极中，宽带隙半导体棒12本身用作电阻加热材料，从而，导线13a、13b可以只缠绕在两端；并且不必缠绕宽带隙半导体棒12的整个表面。
(第三实施例)
如图13所示，与本发明第三实施例有关的放电灯的放电电极包括：用作支撑部件的圆柱形绝缘核心部件18以及在绝缘核心部件18的整个外表面上涂敷的宽带隙半导体层17，宽带隙半导体层17用作发射体，这两者构成圆柱形复合电极体(17，18)。可以使用棱柱形绝缘核心部件18来取代圆柱形绝缘核心部件18，作为支撑部件，并且在此情况下，将建立棱柱形圆柱形复合电极体(17，18)，以取代圆柱形复合电极体(17，18)。
放电电极包括：在宽带隙半导体层(发射体)17的两个边缘的外围上有选择性地形成的帽形导电膜(电极层)19a、19b；在导电膜(电极层)19a上焊接的电极引线20a；以及在导电膜(电极层)19b上焊接的电极引线20b。虽然省略说明，但在每个帽形导电膜19a、19b内壁正下方的宽带隙半导体层17两个边缘的外围表面的最近区域中形成非晶形层(非晶形接触区域)。因而，导电膜19a、19b每一个都与宽带隙半导体层17两端附近的外围形成低接触电阻欧姆接触。导电膜19a、19b可利用Ni、W、Ti、Cr、Ta、Mo、Au等中的任意一种以及这些金属的任意组合。这些金属的组合包括在与第一和第二实施例有关的放电灯中讨论的多层膜，如Ti/Pt/Au和Ti/Ni/Pt/Au以及Ti/Ni/Pt/Au等。
通过导电膜19a、19b而连接到圆柱形(或棱柱形)复合电极体(17，18)左端的电极引线20a由吊线14a支撑；连接到复合电极体(17，18)右端的电极引线20b由吊线14b支撑。进一步地，吊线14a、14b每一个都焊接到固定在管座16上的管座引线15a、15b上，管座引线15a、15b把复合电极体(17，18)固定在管座16上。这些元件的组合(17，18，19a，19b，20a，20b，14a，14b，15a，15b，16)构成第三实施例的放电电极。
在这，导电膜(电极层)19a、电极引线20a、吊线14a和管座引线15a用作一对电流供应端中的一个，所述电流供应端向由宽带隙半导体层17制成的发射体提供电流；导电膜(电极层)19b、电极引线20b、吊线14b和管座引线15b用作一对电流供应端中的另一个，所述电流供应端向由宽带隙半导体层17制成的发射体提供电流。
与在第一和第二实施例所涉及放电灯的放电电极的情形一样，活化能相对较小的受主杂质原子和活化能相对较大的施主杂质原子掺杂到宽带隙半导体层17中，从而，受主杂质原子的浓度N_A小于施主杂质原子的浓度N_D。
如图13所示，属于第三实施例的放电灯在以下方面与属于第一和第二实施例的放电灯相同：放电灯包括其中密封放电气体11的放电包络9、部分涂敷到放电包络9内壁上的荧光层10、以及布置在放电包络9两端的一对放电电极。然而，图13省略对其它相对放电电极的说明。与属于第一和第二实施例的放电灯相同的特征是：在需要时，除了放电气体11以外，在放电包络9中密封指定量的汞(汞颗粒)。
通过CVD工艺等容易制造第三实施例的放电电极，其中，上述工艺包括在绝缘核心部件18上淀积宽带隙半导体层17，接着，把所得到的材料适当地划分为需要长度。当然，可首先提供多个绝缘核心部件18，每个绝缘核心部件18具有应用所需的长度，随后，也通过CVD工艺等在各个绝缘核心部件18上涂敷宽带隙半导体层17。
(其它实施例)
对于本领域中技术人员而言，在接受本发明的叙述之后，只要不偏离本发明的范围就有可能作出各种修改。
到目前为止描述的第一至第三实施例主要讨论热阴极。然而，放电电极的电子发射不应局限于纯粹的热电子发射，而是可涉及由电场引起的效应。
因而，本发明当然包括以上未详细描述的各个实施例及其修改例等。从而，本发明的范围在后附权利要求中定义。