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遠赤外発光素子 コモンズ

国内特許コード P05P001805
整理番号 B15P02
掲載日 2005年4月8日
出願番号 特願2003-298003
公開番号 特開2005-072153
登録番号 特許第4341013号
出願日 平成15年8月21日(2003.8.21)
公開日 平成17年3月17日(2005.3.17)
登録日 平成21年7月17日(2009.7.17)
発明者
  • 小宮山 進
  • 生嶋 健司
  • 佐久間 寿人
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 遠赤外発光素子 コモンズ
発明の概要 【課題】 遠赤外発光が可能で、且つ波長可変機能を有した、小型、低消費電力の遠赤外発光素子を提供する。
【解決手段】 SiあるいはGaAs等の固体材料中に形成した2次元電子系4上に、円盤形状のソース電極5、ソース電極5の外側に円環状を成し且つ円環の一部に切欠部分6aを有するゲート電極6、切欠部分6aからゲート電極6の外側に一定距離離れた位置に第1のゲート電極7、第1のゲート電極7のさらに外側にドレイン電極8を有する。遠赤外発光素子1をランダウ準位充填率4の量子ホール状態にする。第1のゲート電極7に電圧を印加して第1のゲート電極7の下のランダウ準位充填率を2に設定し、ソース電極5とドレイン電極8との間の電位差を調整して、下位ランダウ準位9aと上位ランダウ準位9bのエネルギー差が、ランダウ準位エネルギー(サイクロトロンエネルギー)以上の化学ポテンシャル差になるようにする。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


赤外領域の半導体発光素子としては、発光波長が940nmのGaAs発光ダイオードや、発光波長が780nmのAlGaAs/GaAsダブルヘテロ接合半導体レーザーが一般的に広く利用されている。近年、光記憶媒体の記録密度の向上や、レーザー加工の微細化を目的として、より発光波長の短い発光ダイオードや半導体レーザーの開発が盛んに行われている。



一方、より長波長領域にあたる遠赤外光の発光は、既存の化合物半導体素子、例えば、GaAsやAlGaAs半導体のバンドギャップエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを必要とするため、化合物半導体を用いた遠赤外発光素子での実現は技術的に困難である。



さらに、従来の化合物半導体を用いた発光素子は通常、発光波長の変化が困難であり、固定された波長でしか利用できない。



また現在、遠赤外発光を可能にするレーザーとして炭酸ガスレーザが実用化されているが、将来の高速通信技術の分野や、生体分子分光などの基礎研究の分野で必要とされる、より小型で低消費電力の半導体レーザーに関しては、ほとんど動作原理の提案すらされていない。
【非特許文献1】
Physical Review B, Vol. 40, p. 12566(1989)
【非特許文献2】
Physica B, Vol. 184, p.7(1993)

産業上の利用分野


本発明は、遠赤外の発光が可能な発光素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
固体材料中に作製した静磁場中二次元キャリア系と、この二次元キャリア系に形成したチャネルと、このチャネルを横断して設けた第1のゲート電極と、上記チャネルに電流を供給するソース及びドレイン電極とを有し、
上記二次元キャリア系を量子ホール状態に設定すると共に上記第1のゲート電極に電圧を印加して、エッジチャネル間に非平衡キャリア分布を形成し、且つこのエッジチャネル間の化学ポテンシャル差が、ランダウ準位間のエネルギー差以上になる電位差を、上記ソース及びドレイン電極間に印加することにより、上記エッジチャネル間にキャリアの反転分布を形成し、この反転分布により遠赤外発光することを特徴とする遠赤外発光素子。

【請求項2】
前記チャネルのチャネル端に沿って設けた第2のゲート電極を有し、発光効率を高めることを特徴とする、請求項1に記載の遠赤外発光素子。

【請求項3】
前記チャネルはコルビノ型チャネルであり、発光効率を高めることを特徴とする、請求項1又は2に記載の遠赤外発光素子。

【請求項4】
前記チャネルは、棒状のチャネルを多数回折り返したジグザグ型チャネルであり、且つこのジグザグ型チャネルの両端が接続されており、単位面積あたりの発光強度を高めることを特徴とする、請求項1又は2に記載の遠赤外発光素子。

【請求項5】
固体材料中に作製した静磁場中二次元キャリア系と、この二次元キャリア系に形成したチャネルと、このチャネルのチャネル端に沿って設けたゲート電極と、上記チャネルに電流を供給するソース及びドレイン電極とを有し、
上記二次元キャリア系を量子ホール遷移状態に設定すると共に、エッジチャネルとバルクチャネル間の化学ポテンシャル差がランダウ準位間のエネルギー差以上になる電位差を上記ソース及びドレイン電極間に印加してキャリアの反転分布を形成し、且つ上記ゲート電極に電圧を印加して、発光効率を高めることを特徴とする、遠赤外発光素子。

【請求項6】
前記チャネルはコルビノ型チャネルであり、発光効率を高めることを特徴とする、請求項5に記載の遠赤外発光素子。

【請求項7】
前記チャネルは、棒状のチャネルを多数回折り返したジグザグ型チャネルであり、且つこのジグザグ型チャネルの両端が接続されており、単位面積あたりの発光強度を高めることを特徴とする、請求項5又は6に記載の遠赤外発光素子。

【請求項8】
固体材料中に作製した静磁場中二次元キャリア系と、この二次元キャリア系に形成したチャネルと、このチャネルを横断して設けた第1のゲート電極と、上記チャネルに電流を供給するソース及びドレイン電極とを有し、
上記二次元キャリア系を量子ホール遷移状態に設定すると共に上記第1のゲート電極に電圧を印加し、且つこのエッジチャネル間の化学ポテンシャル差が、ランダウ準位間のエネルギー差以上になる電位差を、上記ソース及びドレイン電極間に印加することにより、上記エッジチャネル間にキャリアの反転分布を形成し、この反転分布により遠赤外発光することを特徴とする、遠赤外発光素子。

【請求項9】
前記チャネルのチャネル端に沿って設けた第2のゲート電極を有し、発光効率を高めることを特徴とする、請求項8に記載の遠赤外発光素子。

【請求項10】
前記チャネルはコルビノ型チャネルであり、発光効率を高めることを特徴とする、請求項8又は9に記載の遠赤外発光素子。

【請求項11】
前記チャネルは、棒状のチャネルを多数回折り返したジグザグ型チャネルであり、且つこのジグザグ型チャネルの両端が接続されており、単位面積あたりの発光強度を高めることを特徴とする、請求項8又は9に記載の遠赤外発光素子。

【請求項12】
前記固体材料中に作製した静磁場中二次元キャリア系に印加する磁場の強度を調整することにより、発光波長を調整することを特徴とする、請求項1~11のいずれかに記載の遠赤外発光素子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003298003thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) SORST 平成13年度採択課題
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