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2次元フォトニック結晶熱輻射光源

国内特許コード P140010830
整理番号 1507
掲載日 2014年8月8日
出願番号 特願2006-230128
公開番号 特開2008-053134
登録番号 特許第5352787号
出願日 平成18年8月28日(2006.8.28)
公開日 平成20年3月6日(2008.3.6)
登録日 平成25年9月6日(2013.9.6)
発明者
  • 野田 進
  • 浅野 卓
  • 望月 敬太
  • 北川 均
出願人
  • 国立大学法人京都大学
  • アルプス電気株式会社
発明の名称 2次元フォトニック結晶熱輻射光源
発明の概要 【課題】特定の狭い帯域の波長の光を得ることができる熱輻射光源を提供する。
【解決手段】電子のバンドギャップの一部が重複する第1半導体層211と第2半導体層212を交互に積層して成る量子井戸構造を有するスラブ21に、周期的に空孔22を形成することにより2次元フォトニック結晶を形成する。空孔22を適切に配置することにより、前記量子井戸の複数のサブバンドの間の遷移エネルギーを含むようなTM偏波に関するフォトニックバンドギャップが形成されるようにする。また、スラブ21内に、前記エネルギー幅に対応する欠陥準位を有し、スラブに垂直な方向に関して非対称な形状を有する点状欠陥23を配置する。この熱輻射光源を加熱すると、サブバンド間遷移に対応する波長の光が生じ、その光は点状欠陥23からスラブ21に垂直な方向に取り出される。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要



熱輻射光源は、熱輻射体に電力を供給することにより生じるジュール熱により発光させることができる他、電力に依存することなく熱輻射体に熱を与えることにより発光を得ることができるいう点で、適用できる利用範囲が広い。例えば、赤外線を用いてエンジンの排ガス中の成分を分析するための排ガスセンサにおいて、エンジンの廃熱で熱輻射体を加熱することにより、別途電源や熱源を用いることなく熱輻射体から赤外線を発生させ、赤外線源として利用することができると期待される。





熱輻射体が発する光は広い波長範囲に亘るスペクトルを有する。例えば熱輻射体を数十℃~数百℃に加熱した場合、その発光波長範囲は数μm~数十μmとなる。しかし、前述の排ガスセンサを含む赤外線センサでは一般に所定の波長の光のみを利用するため、このような熱輻射光源を用いると所定波長以外の発光が無駄となり光の利用効率が低い。また、所定波長以外の波長の光が測定に悪影響を及ぼすおそれもある。





特許文献1には、照明用の可視光源としての利用効率を高めるために、カットオフ波長よりも長波長の赤外光を反射する赤外反射手段を熱輻射体の表面に設けることが記載されている。この構成に依れば、照明等に使用することができない赤外光が外部に輻射されることを防ぐことができ、光の利用効率を高めることができる。しかし、この構成ではカットオフ波長よりも短い波長の光は全て熱輻射体から輻射されてしまうため、前述のように所定波長のみを利用したい場合には光の利用効率の点で問題が残る。





【特許文献1】

開平09-139193号公報([0008]~[0011], 図1)

産業上の利用分野



本発明は、熱輻射により発光する光源であって、特に特定の狭い帯域の波長の光を高効率で発光する熱輻射光源に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数種の半導体を積層して成る量子井戸構造を有するスラブと
前記スラブを加熱する熱源とを備え、
前記スラブ内に、
a) 前記量子井戸の複数のサブバンドの間の遷移エネルギーを含むような、TM偏波に対するフォトニックバンドギャップが形成されるように周期的に多数配置された、前記複数種の半導体と異なる屈折率を有する異屈折率領域と、
b) 前記異屈折率領域の周期的配置の点状欠陥から成り前記遷移エネルギーに対応する波長の光が内部に存在可能な点状欠陥と
を備えることを特徴とする2次元フォトニック結晶熱輻射光源。

【請求項2】
複数種の半導体を積層して成る量子井戸構造を有するスラブを備え、
前記スラブ内に、
a) 前記量子井戸の複数のサブバンドの間の遷移エネルギーを含むような、TM偏波に対するフォトニックバンドギャップが形成されるように周期的に多数配置された、前記複数種の半導体と異なる屈折率を有する異屈折率領域と、
b) 前記異屈折率領域の周期的配置の点状欠陥から成り前記遷移エネルギーに対応する波長の光が内部に存在可能な点状欠陥と
を備え、
前記スラブが加熱されて前記遷移エネルギーに対応するエネルギーがスラブに供給されることにより、該遷移エネルギーに対応する波長の発光が生じることを特徴とする2次元フォトニック結晶熱輻射光源。

【請求項3】
前記点状欠陥がスラブに垂直な方向に関して非対称な形状を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の2次元フォトニック結晶熱輻射光源。

【請求項4】
前記異屈折率領域が、前記遷移エネルギーを含むような完全フォトニックバンドギャップが形成されるように配置されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の2次元フォトニック結晶熱輻射光源。

【請求項5】
前記異屈折率領域が前記スラブの一方の表面である第1表面において三角格子状に、且つ各格子点に関して少なくとも3回回転対称性を持つように配置されており、
該異屈折率領域が前記スラブの他方の表面である第2表面において前記第1表面の三角格子に対して相補的な位置にある三角格子状に、且つ各格子点に関して少なくとも3回回転対称性を持つように配置されており、
前記第1表面の各格子点から該格子点に最隣接である前記第2表面の3個の格子点に向けてそれぞれ該異屈折率領域の柱が延びている、
ことを特徴とする請求項に記載の2次元フォトニック結晶熱輻射光源。

【請求項6】
前記量子井戸構造の電子又は正孔の密度を、本熱輻射光源からの放射光の強度が飽和する最小値とすることを特徴とする請求項1~のいずれかに記載の2次元フォトニック結晶熱輻射光源。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006230128thum.jpg
出願権利状態 登録
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