(57)【要約】【課題】赤外光源に関係する新規な技術を提供する。【解決手段】１つまたは複数の量子井戸が内部に配置された第１の活性領域と、第１の活性領域に結合された第１のチャンバおよび第２のチャンバと、第１および第２のチャンバにそれぞれ結合された第１の反射器および第２の反射器とを有する共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイスが開示される。このＲＣＬＥＤは、二酸化炭素吸収帯内で放射を放出するように最適化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心波長（λ）でピーク状プロファイルを有する放射を放出することができる共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイスであって、
上面および底面をもつ平面形状を有し、１つまたは複数の量子井戸が内部に配置されており、前記１つまたは複数の量子井戸が、エネルギーを供給して前記ＲＣＬＥＤの放射出力を誘導するように構成され、また前記ＲＣＬＥＤの共振波に対して波腹の位置付近に配置された、第１の活性領域と、
前記第１の活性領域の上面に隣接し、前記第１の活性領域の中央から第１の距離延びるような厚さを有する第１のチャンバと、
前記第１の活性領域の底面に隣接する第２のチャンバとを備え、
前記第１の活性領域、前記第１のチャンバ、および前記第２のチャンバが、前記ＲＣＬＥＤが赤外領域内に中心波長を有する電磁放射を生成するように構成され、前記第１の活性領域、前記第１のチャンバ、および前記第２のチャンバの厚さの合計が約２λ以下である、ＲＣＬＥＤデバイス。
【請求項２】
前記第１の活性領域が１つ〜５つの量子井戸を含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の活性領域が３つの量子井戸を含む、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記量子井戸がＩｎＡｓとＩｎＡｓＳｂの交互層からなる、請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
各量子井戸がＩｎＡｓ（１−ｘ）Ｓｂｘの組成を有し、ｘが約１１％である、請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
各量子井戸がＩｎＡｓ（１−ｘ）Ｓｂｘの組成を有し、ｘが約１３％である、請求項４記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバのうちの少なくとも１つの厚さが約０．５λである、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の活性領域、前記第１のチャンバ、および前記第２のチャンバの厚さの合計が約０．５λである、請求項６記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２のチャンバが、トンネルダイオードおよび電子閉じ込めバリアのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第２のチャンバの底部に隣接する第２の反射器をさらに備え、前記第２の反射器が４分の１波長の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）スタックを含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第２の反射器が８．５〜１７のＤＢＲ対を含む、請求項１０記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第２の反射器が１１〜１３のＤＢＲ対を含む、請求項１０記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の反射器が、それぞれ主としてＩｎＡｓおよびＧａＳｂからなる交互領域を含む、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ＲＣＬＥＤが、空気中で約４．２６ミクロンの中心波長を有する赤外放射を放出するように構成される、請求項１記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１の反射器が、相当量の放射を、前記第１の反射器の向こうへ通過させるように構成される、請求項１記載のデバイス。
【請求項１６】
前記ＲＣＬＥＤの中心波長および品質係数が、ある雰囲気中の二酸化炭素を検出するための使用に実質的に最適化される、請求項１記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ＲＣＬＥＤの品質係数が、１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲内の二酸化炭素濃度を有するある雰囲気中の二酸化炭素を検出するための使用に実質的に最適化される、請求項１６記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ＲＣＬＥＤの品質係数が、２５０ｐｐｍ〜４００ｐｐｍの範囲内の二酸化炭素濃度を有するある雰囲気中の二酸化炭素を検出するための使用に実質的に最適化される、請求項１７記載のデバイス。
【請求項１９】
前記ＲＣＬＥＤの品質係数が、４．２６ミクロン領域内の２つの二酸化炭素吸収ノッチのうちの１つを検出するための使用に実質的に最適化される、請求項１６記載のデバイス。
【請求項２０】
中心波長（λ）でピーク状プロファイルを有する放射を放出することができる共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイスであって、
１つまたは複数の量子井戸が内部に配置され、第１のチャンバに使用される主要材料がＩｎＡｓである第１の活性領域と、
前記第１の活性領域に結合された第１のチャンバおよび第２のチャンバと、
前記第１および第２のチャンバにそれぞれ結合された第１および第２の反射器とを備える、ＲＣＬＥＤデバイス。
【請求項２１】
前記ＲＣＬＥＤ内の放射の一次共振経路が約１．５λ以下である、請求項２０記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ＲＣＬＥＤ内の放射の一次共振経路が約１．０λである、請求項２１記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ＲＣＬＥＤが、主にＩｎＡｓからなり、かつ複数のエピタキシャル成長させた内部層を含む、請求項２０記載のデバイス。
【請求項２４】
１つまたは複数の量子井戸が内部に配置された第１の活性領域と、前記第１の活性領域に結合された第１のチャンバおよび第２のチャンバと、前記第１および第２のチャンバにそれぞれ結合された第１の反射器および第２の反射器とを有する共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイス内で動作する方法であって、
電気エネルギーを変換し、前記量子井戸を使用して電磁エネルギーを前記ＲＣＬＥＤ内に放出する段階と、
前記放射された電磁エネルギーを使用して、中心波長λでピーク状プロファイルを有する共振電磁信号を前記ＲＣＬＥＤ内に生成する段階であって、前記共振信号が、前記第１の活性領域、前記第１のチャンバ、および前記第２のチャンバを含む一次共振経路を使用して生成され、前記ＲＣＬＥＤが相当量のＩｎＡｓから構成される段階と、
前記電磁エネルギーの一部分を、前記第１または第２の反射器のどちらかの向こうへ通過させる段階とを含む、方法。
【請求項２５】
前記共振信号の中心波長および品質係数が、ある気体雰囲気中の二酸化炭素を検出するための使用に実質的に最適化される、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記共振信号の中心波長および品質係数が、ある気体雰囲気中の一酸化炭素を検出するための使用に実質的に最適化される、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
前記ＲＣＬＥＤの前記一次共振経路が３λ以下である、請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）に関し、詳細には、中赤外デバイスに適用される。
【背景技術】
【０００２】
赤外検出は、１つまたは複数の赤外光源を１つまたは複数の検出器と組み合わせて使用する光学的手法である。ある雰囲気中の特定の気体の濃度を測定するとき、その原理は簡単であり、光源と検出器の間に気体が多ければ多いほど、より多くの赤外エネルギー、すなわち光が吸収され、したがって、透過されセンサにより測定される放射は減少する。赤外スペクトルの使用は、雰囲気、血液、および様々な他の液体など、様々な媒体中の気体濃度を測定するための好ましい方法であることが多い。
【特許文献１】米国特許第５９９５５２９号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／１２７３５２Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
二酸化炭素は、４．２６ミクロンで特に顕著な吸収ピークを有し、したがって、理論的には、測定するのにより容易な気体の１つとなりうる。しかし残念ながら、（４．２６ミクロンで信号を放出することにより）二酸化炭素のピークを監視するように設計された従来の赤外光源には、様々な問題がある。たとえば、ＩＲ  ＬＥＤのピーク波長出力はしばしば、異なる電流レベルおよび温度変化により変動する傾向がある。さらに、従来のデバイスは、赤外エネルギーを放出するとしても、二酸化炭素の吸収ピークと同等のプロファイルを有する赤外エネルギーを放出することは稀であり、したがって検出システムの感度を低減させる。したがって、赤外光源に関係する新規な技術が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の実施形態では、中心波長（λ）でピーク状プロファイルを有する放射を放出することができる共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイスは、上面および底面をもつ平面形状を有し、１つまたは複数の量子井戸が内部に配置されており、その１つまたは複数の量子井戸が、エネルギーを供給してＲＣＬＥＤの放射出力を誘導するように構成され、またＲＣＬＥＤの共振波に対して波腹の位置付近に配置された、第１の活性領域と、第１の活性領域の上面に隣接し、第１の活性領域の中央から第１の距離延びるような厚さを有する第１のチャンバと、第１の活性領域の底面に隣接する第２のチャンバとを含み、第１の活性領域、第１のチャンバ、および第２のチャンバは、ＲＣＬＥＤが赤外領域内に中心波長を有する電磁放射を生成するように構成され、第１の活性領域、第１のチャンバ、および第２のチャンバの厚さの合計が約２λ以下である。
【０００５】
第２の実施形態では、中心波長（λ）でピーク状プロファイルを有する放射を放出することができる共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイスは、１つまたは複数の量子井戸が内部に配置された第１の活性領域と、第１の活性領域に結合された第１のチャンバおよび第２のチャンバと、第１および第２のチャンバにそれぞれ結合された第１および第２の反射器とを含み、ＲＣＬＥＤ内の放射の一次共振経路が約２．５λ以下である。
【０００６】
第３の意味では、１つまたは複数の量子井戸が内部に配置された第１の活性領域と、第１の活性領域に結合された第１のチャンバおよび第２のチャンバと、第１および第２のチャンバにそれぞれ結合された第１の反射器および第２の反射器とを有する共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）デバイス内で動作する方法について説明する。この方法は、電気エネルギーを変換し、量子井戸を使用して電磁エネルギーをＲＣＬＥＤ内に放出する段階と、この放出された電磁エネルギーを使用して、中心波長λでノッチプロファイルを有する共振電磁信号をＲＣＬＥＤ内に生成する段階であって、この共振信号が、第１の活性領域、第１のチャンバ、および第２のチャンバを含む一次共振経路を使用して生成され、この一次共振経路が３λ以下である段階と、この電磁エネルギーの一部分を、第１または第２の反射器のどちらかの向こうへ通過させる段階とを含む。
【０００７】
したがって、本発明の特定の実施形態について、本明細書中のそれらの詳細な説明がよりよく理解されるように、また当技術分野に対する本発明の寄与がよりよく評価されるように、かなり大まかに概説した。当然ながら、以下に説明する本発明の追加の実施形態もあり、それらは本明細書に添付の特許請求の範囲の主題を形成する。
【０００８】
この点に関して、本発明の少なくとも一実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明で述べまたは図面に示す構造の細部および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、説明する実施形態に加えて実施することが可能であり、また様々な形で実施することが可能である。また、本明細書中で使用する用語および術語、ならびに要約は、説明を目的とし、限定するものと見なされるべきでないことも理解されたい。
【０００９】
このように、本開示が基づく概念は、本発明のいくつかの目的を実施する他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に利用できることが、当業者には理解されよう。したがって、本特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、そのような等価構造を含むものと見なされることが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明について、図面を参照して説明する。そこでは図面すべてにわたって、同様の参照番号が同様の部分を表す。本発明による様々な実施形態は、生産するのに経済的でかつ非常に安定している共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）を提供することができる。ＲＣＬＥＤが、約１４〜２４の範囲の適切な品質係数で、４．２６ミクロンの中心波長を生成するように適切に構成されるとき、そのようなＲＣＬＥＤは、ある雰囲気または他の液体中の二酸化炭素濃度のわずかな変化でさえ測定することが可能な二酸化炭素検出器に使用するために極めて有用となることができる。
【００１１】
一般に、以下に記載のＲＣＬＥＤデバイスは、それらの構造および使用される材料という少なくとも２つの態様から利点を導き出す。構造の利点の細部について、以下により詳細に説明する。主要な材料としてインジウム砒素（ＩｎＡｓ）を使用する利点および欠点は、最初の検討時にはそれほど明らかでないかもしれない。ＩｎＡｓのいくつかの利点には、導電率が高いことと、赤外光を透過することとが含まれる。ＩｎＡｓはまた、バンドギャップが狭い（将来様々な問題を招く）という点で問題となる恐れがある一方、開示されるデバイスおよび方法の本発明者は、関連業界で現在まで未解決のままであるそのような問題を克服するための多くの解決策を提供する。
【００１２】
図１は、開示される方法およびシステムによる第１の例示的なＲＣＬＥＤデバイス１００である。図１に示すように、デバイス１００は、窓１２２を有する上部電極１０２から始まる多数の層／領域１０２〜１１８を含む。
【００１３】
上部電極１０２の特定の構造は、出力エネルギーがデバイス１００の上部から放出されるＲＣＬＥＤデバイスに起因する。網型構造を示しているが、異なる形状の窓を有する電極、透明または透光性の品質を有する伝導体など、他の電極を使用してもよいことを理解されたい。電極１０２の網型構造は、原寸に比例して図示されているのではなく、関係をわかりやすくするために、ＲＣＬＥＤデバイスの他の部分に比べて寸法が拡大されていることに留意されたい。どんな網状構造も、電磁エネルギーの大部分が、空気と層１０４の間の境界面にある網の穴を通ってデバイスから逃げられるようにするべきであることを理解されたい。
【００１４】
以下に説明する理由のため、電極１０２、またはより正確には層１０２と１０４の接合部に反射器を設けることが望ましい可能性がある。層１０２の下面が、制限された反射をＲＣＬＥＤデバイス１００内で供給することができるが、反射は主に、金属反射器ではなく、半導体材料自体によって得ることができる。たとえば、ＩｎＡｓ／空気の境界面では、それぞれの屈折率係数が異なるので、一般に反射器が本来備わっている可能性がある。当該の赤外波長に対して、そのような空気／半導体反射器の反射係数（約３０％）は、金の反射器（約９８％）ほど高くないかもしれないが、反射がより低いことが望ましい様々な実施形態が可能であり、加えて金の反射器が存在しないことで生産コストがより低くなる。
【００１５】
他の実施形態では、金などの金属反射器が、層１０４と空気の境界面に配置され、電磁エネルギーの約９８％をデバイス内へ反射して返す。これらの実施形態（以下に論じる）では、底部ＤＢＲ反射器をより透明にすることができ、電磁エネルギーは底面を通ってデバイス１００から逃げることができる。
【００１６】
上部電極１０２の真下には、「第１のチャンバ」を形成する２つの隣接する層１０４および１０６がある。一般には、層１０４および１０６は、ＩｎＡｓなどの同じ材料からなるが、層１０４は、「電流拡散層」と呼ばれ、様々な不純物で高濃度にドープされて、上部電極１０２との適切な電気的境界面を可能にすることができ、すなわち、寄生ダイオードの形成を防止しかつ抵抗を低減させることができる。さらに、層１０４をドープすることで自由電子の源を与えて、ＲＣＬＥＤデバイス１００をより効率的に動作させるのに役立ち、電力の損失を減らし、また面発光をより均一にかつより明るくするのに役立つことができる。
【００１７】
層１０６の真下には、「活性層」１０８と呼ぶことのできるものがある。この議論では、活性層とは、電気エネルギーを、電磁エネルギー、たとえば光エネルギーに変換できるデバイスまたは構造である。活性層１０８の位置は、活性層１０８が共振電磁波の波腹に存在するようにし、ここで活性層１０８の一般に自然な放出を使用すると、ＲＣＬＥＤデバイス１００を最もよく「励磁する」することができる。
【００１８】
例示的な活性層１０８は、非ドープＩｎＡｓとＩｎＡｓＳｂの交互層によって形成される複数の量子井戸を含む。各非ドープＩｎＡｓ層はクラッド層であり、各ＩｎＡｓＳｂは量子井戸であることに留意されたい。ＩｎＡｓ（１−ｘ）Ｓｂｘの組成を有する量子井戸の場合、値ｘを調整することで所望の波長を得られることに留意されたい。本発明の場合は、ＩｎＳｂを１１％およびＩｎＡｓを８９％有する量子井戸が、４．２６ミクロンという理想的な波長を生成することができる。
【００１９】
しかし、諸気体を検出するために必要な異なる波長で放出を実施することが必要とされるまたは望まれる可能性があるので、内在する量子井戸の特定の形式および組成は、実施形態ごとに異なりうる（効率が異なる）。たとえば、特定の量子井戸は、ＩｎＳｂを１１％およびＩｎＡｓを８９％有することで二酸化炭素（ＣＯ２）に対して最適化されるが、この比率を、ＩｎＳｂを約１３％およびＩｎＡｓを８７％（ＩｎＡｓ０．８７Ｓｂ０．１３）に変えることで、一酸化炭素（ＣＯ）の吸収帯に対応する約４．５ミクロンで光を放出するように最適化された量子井戸を生成することができる。したがって、基礎をなす方法およびシステムは、少し変形を加えることで、火災検出器にもＣＯ検出器にも使用することができる。
【００２０】
ＲＣＬＥＤデバイス１００を励磁するには単一の量子井戸で十分である可能性があるが、より多くの量子井戸が使用されるかもしれない。本発明の実施形態の場合、開示される方法およびシステムの本発明者は、コストおよび性能のため、６つ以上の量子井戸では、利益は見返りが少ない状況となり、３つの量子井戸で、電力生成、全体的な性能、およびコスト抑制の良いバランスが得られると判断した。
【００２１】
活性領域１０８の真下には、「第２のチャンバ」を形成するさらに３つの隣接する層１１０〜１１２があり、層１１０はＩｎＡｓの非ドープ領域（クラッド層として作用する）であり、層１１１は「電子閉じ込めバリア層」である（これは、電子が層１１２中へ拡散するのを阻止するために重要になる可能性があり、したがって、活性領域内のキャリア密度を増大させ、それによって量子井戸の放出率を劇的に改善する）。様々な実施形態では、層１１２は、ＲＣＬＥＤデバイス１００内の第２の導電型（Ｐ型）材料として作用できるが、電流の流れを遮断しないという点で、トンネルダイオードに類似している可能性がある。この層１１２を高濃度にドープすることで、デバイスの直列抵抗が低いことを確実にすることができる。
【００２２】
図１のＲＣＬＥＤデバイス１００では、第１のチャンバ、活性領域１０８、および第２のチャンバは、ＲＣＬＥＤデバイス１００の「一次共振経路」、すなわち電磁エネルギーがデバイス１００内で（前後に）移動するために必要となりうる最小限の距離である経路を提供することができる。たとえば、波長λを有するＲＣＬＥＤの場合、電極／反射器１０２から活性領域１０８の中心までの距離はλ／２に設定でき、一方、活性領域１０８の中心からＤＢＲスタック１１４の上部までの距離はλ／４に設定することができる。その結果一次共振経路は、電極１０２の底部からＤＢＲスタックの上部まで（合計３λ／４）、そして再び戻るまでの総距離１．５λとして画定することができる。
【００２３】
図１に戻ると、上部電極１０２のように、ＤＢＲスタック１１４は、反射器と見なすことができる。一般には、電極１０２およびＤＢＲスタック１１４によって提供される反射の量は、ＲＣＬＥＤデバイス１００の品質係数（すなわち「Ｑ」）に影響を及ぼす。電極１０２の特定の固定反射率を考えると、ＤＢＲ対が多ければ多いほど、品質係数がより高くなる。
【００２４】
ＤＢＲスタック１１４は、ドープＩｎＡｓおよびドープＧａＳｂなどの材料からなる任意の数の交互対を含むことができ、また各層が所望のＲＣＬＥＤ出力の４分の１の波長となるような厚さを有することができる。交互のＤＢＲ材料に対する屈折率係数が３．５および３．９であるとすると、８．５のＤＢＲ対が５３％の総反射率をもたらすことができ、１２のＤＢＲ対が７４％の総反射率をもたらすことができ、以下同様であることがわかる。４分の１波長のＤＢＲスタックは当業界ではよく理解されているので、明確な文脈を提供する必要がある場合を除き、その詳細に関してさらなる説明は提供しないこととする。
【００２５】
再び図１に戻ると、ＤＢＲスタック１１４の下には、ＲＣＬＥＤデバイス１００がその上に構成される基礎を提供する基板があり、基板１１６の下には、第１の電極１０２とともに、ＲＣＬＥＤデバイス１００の活性領域１０８に電力を供給するために必要な基本的な電流を供給することができる第２の電極１１８がある。
【００２６】
図２は、図１のＲＣＬＥＤデバイス内の例示的な一連の層を示す。図２に示すように、これらの一連の層は、１〜１５の番号をつけられ、図１に示す様々な領域１０２〜１１８に関係する。たとえば、電極層１および１５はそれぞれ電極１０２および１１８に関係し、層２および３はそれぞれ領域１０４および１０６に関係し、層４〜８は領域１０８に関係し、層９は領域１１０に関係し、層１０は領域１１１に関係し、層１１〜１２は領域１１２に関係し、層１３は領域１１４に関係し、層１４は基板１１６に関係する。
【００２７】
４．２６ミクロンの赤外放出を生成できる実際に動作しているＲＣＬＥＤデバイスの特定の材料、ドーパント、および寸法が導き出されるが、特定の材料、ドーパント、および寸法は、実施形態ごとに異なる可能性があることを理解されたい。たとえば、様々な実施形態では、層２中のｐ型ドーパントは、ほぼ同じ濃度のｎ型ドーパントに置き換えることができる（またそのような場合、第２の導電型を変更しなければならない）。同様に、層２および３の厚さは、それらを合わせた厚さが同じままである限り、大幅に変えることができる。
【００２８】
また、様々な材料および厚さの右手には、ＲＣＬＥＤの波長に対して相対的な寸法を示す。たとえば、屈折率を３．５とすると、層１の底部から層６の中心までの距離は６０８ｎｍ（＝λ／２）であり、層６の中心からＤＢＲスタック（層１３）の上部までの距離は３０４ｎｍ（＝λ／４）である。その結果として得られる一次共振経路は、２（λ／４＋λ／２）＝１．５λである。
【００２９】
ＲＣＬＥＤ内に短い信号経路を有する利点は、電磁エネルギーがＲＣＬＥＤ内で移動する距離が短ければ短いほど、様々な層２〜１２内で再吸収されるエネルギーがより少なくなる可能性が高く、また空洞の長さが短いので、共振光学モードと量子井戸放出の間のスペクトルの重複がより良くなることである。
【００３０】
経路が短いことの別の利点は、ＲＣＬＥＤデバイスが様々な異なる共振モードで動作する可能性が低いということである。そのような寄生モードが存在しないことは、ＲＣＬＥＤデバイスが所望の波長でより多くの出力エネルギーを生成するのに役立つ。
【００３１】
図２について最後に観察すると、第２のチャンバ（層９〜１２）は、トンネルダイオード構造（層１１〜１２）を含み、これは、様々な実施形態で、ＲＣＬＥＤが効率的に機能するのに必要となる可能性がある。同様に、上述のように、層１０、すなわち電子閉じ込めバリア層は、電子が層１１２中へ拡散するのを阻止するために重要になる可能性があり、したがって、活性領域内のキャリア密度を増大させて、それによって量子井戸の放出率を劇的に改善する。
【００３２】
図３は、図１のデバイス１００に類似の第２の例示的なＲＣＬＥＤデバイス２００であるが、デバイス２００の底面から電磁放射を放出するように構成される。図３に示すように、デバイスの上部電極１０２には窓がない。この実施形態では、電極１０２は、金層から構成することができ、効率的な反射器および低抵抗の接点として作用する。具体的には示さないが、底部電極１２８は、適切な開口を含むことができ、この開口は、図１の上部電極に関して上述したものを含む、任意の数の形状をとることができる。
【００３３】
デバイス２００に対する電力効率を最適化するためには、基板１１６の厚さを縮小するか、さらにはそれを完全に除去することが、有利となりうる。基板１２８の露出された端部を研磨すると、エネルギーの再吸収をさらに低減させることができる。
【００３４】
図４は、図３に示すＲＣＬＥＤデバイス内の第１の例示的な一連の層を示す。図４に示すように、これらの一連の層は、１〜１５の番号をつけられ、図３に示す様々な領域１０２〜１２８に関係する。たとえば、電極層１および１５はそれぞれ電極１０２および１１８に関係し、層２および３はそれぞれ領域１０４および１０６に関係し、層４〜９は領域１０８に関係し（または層９が領域１１０の一部であると見なすこともできることに留意されたい）、層１０（電子閉じ込めバリア層）は層１１１に関係し、層１１〜１２（トンネルダイオード）は領域１１３に関係し、層１３は領域１１４に関係し、層１４は基板１１６に関係する。図４の右側に示すように、２つの反射器（層１の裏面およびＤＢＲ対１４）間の総距離は１．２５λであり、したがって、一次共振経路はその２倍である。
【００３５】
図５は、図３のＲＣＬＥＤデバイス内の第２の例示的な一連の層を示す。図４と同様に、図５内の一連の層は、１〜１４の番号をつけられ、図３に示す様々な領域１０２〜１２８に関係する。しかし、図４の例とは異なり、２つの反射器間の総距離は、ここでは０．５λに縮小され、その結果として得られる一次共振経路は単一の波長λに縮小される。
【００３６】
図２の例と同様に、第２のチャンバは、トンネルダイオード構造（層１０〜１２）を含み、これは、様々な実施形態で、ＲＣＬＥＤが効率的に機能するのに必要となる可能性がある。
【００３７】
図６は、二酸化炭素のない雰囲気中のＲＣＬＥＤ電磁出力の例示的なプロファイルを、二酸化炭素を含む雰囲気を通して濾過された同じ電磁出力の例示的なプロファイルに重ね合わせて示す。図６に示すように、影響を受けていないＲＣＬＥＤ出力のスペクトルは、ピーク状プロファイルを有する。上述のように、このプロファイルの鋭さが、ＲＣＬＥＤの品質係数を示す。１４〜２８の範囲の品質係数も十分な性能を提供する可能性があるが、実験および計算により、二酸化炭素濃度のわずかな変化を検出するのに有用で、経済的なＲＣＬＥＤに基づく検出器を作製するためには、約Ｑ＝２１の品質係数がうまく作用するように見受けられることが示唆される。
【００３８】
理論的には、品質係数をより大きくすると、より良い二酸化炭素検出器を実現する可能性があるが、一般には、品質係数をいくらか増大するには、より多くのＤＢＲ対を必要とし、したがってコストの増大を必要とする。さらに、過度の品質係数ではＲＣＬＥＤの最良の出力プロファイルが得られない可能性があり、これは現実には可能な限り、４．２６ミクロンの二酸化炭素の吸収スペクトルに整合するべきである。
【００３９】
しかし、二酸化炭素吸収プロファイルには、実際には２つの「ノッチ」があることに、注意深く留意されたい。十分な大きさの品質係数を使用して、単一のノッチに整合しかつ第２のノッチを無視することが可能である。そのような状況では、図５の例は、一次共振経路が短く、また上部金電極（層１）の反射率が高いことからして、そのような努力を達成するための最良の候補になるはずである。
【００４０】
図７は、実験的な測定によって導き出された、５０ｍＡ〜１００ｍＡの範囲の様々な駆動電流に対するＲＣＬＥＤの例示的な一群の出力プロファイルを示す。図７に示すように、これらの一群のプロファイルの中心波長は、約４．２６ミクロンで一定のままである。異なる電流レベルが及ぼす主な影響は、出力エネルギーがほぼ線形に変化することに制限され、全体的な出力プロファイルの形状にはわずかな変化しかないように見受けられる。図７には示していないが、本発明者が行った例示的なＲＣＬＥＤデバイスの実験によると、中心波長は同様に、温度変化の影響も受けないことがわかる。
【００４１】
本発明の多くの特徴および利点は、詳細な本明細書から明らかであり、したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内に含まれる本発明のすべてのそのような特徴および利点を包含するものである。さらに、多くの修正形態および変形形態が当業者には容易に想到されるであろうから、本発明を、図示および説明した通りの構造および動作に限定することは望ましくなく、したがって、本発明の範囲内に含まれる、すべての適切な修正形態および等価物を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の例示的なＲＣＬＥＤデバイスの図である。
【図２】図１のＲＣＬＥＤデバイス内の例示的な一連の層の図である。
【図３】第２の例示的なＲＣＬＥＤデバイスの図である。
【図４】図３のＲＣＬＥＤデバイス内の第１の例示的な一連の層の図である。
【図５】図３のＲＣＬＥＤデバイス内の第２の例示的な一連の層の図である。
【図６】二酸化炭素のない雰囲気中のＲＣＬＥＤ電磁出力の例示的なプロファイルを、二酸化炭素を含む雰囲気を通して濾過された同じ電磁出力の例示的なプロファイルに重ね合わせて示すグラフである。
【図７】５０ｍＡ〜１００ｍＡの範囲の様々な駆動電流に対するＲＣＬＥＤの例示的な一群の出力プロファイルのグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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