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FAR-INFRARED LIGHT EMITTING DEVICE AND FAR-INFRARED LASER commons

Patent code P05P001805
File No. B15P02
Posted date Apr 8, 2005
Application number P2003-298003
Publication number P2005-072153A
Patent number P4341013
Date of filing Aug 21, 2003
Date of publication of application Mar 17, 2005
Date of registration Jul 17, 2009
Inventor
  • (In Japanese)小宮山 進
  • (In Japanese)生嶋 健司
  • (In Japanese)佐久間 寿人
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title FAR-INFRARED LIGHT EMITTING DEVICE AND FAR-INFRARED LASER commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small and low power-consumption far-infrared light emitting device which is capable of emitting far-infrared light and has a wavelength variable function.
SOLUTION: The far-infrared light emitting device has, on a two-dimensional electron system 4 formed in a solid material such as Si, GaAs, or the like, a disk-like source electrode 5, an annular gate electrode 6 which is formed outside the source electrode 5 and has a cutout 6a in part of the annulus ring, a first gate electrode 7 formed at a given distance away from the cutout 6a outside the gate electrode 6, and a drain electrode 8 formed further outside the first gate electrode 7. The far-infrared light emitting device 1 is made into a quantum hall state of a Landau level filling rate of 4. By applying voltage to the first gate electrode 7 to set a Landau level filling rate below the first gate electrode 7 to 2 and by adjusting a potential difference between the source electrode 5 and the drain electrode 8, a difference in energy between a lower Landau level 9a and an upper Landau level 9b is made to become a chemical potential difference the same as or above Landau level energy (cyclotron energy).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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)

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、遠赤外の発光が可能な発光素子に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2003298003thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) SORST Selected in Fiscal 2001
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