(57)【要約】高発光効率のフォトニクス加工白熱発光体が開示されている。この発光体材料とフォトニクス結晶構造（３８０）は切捨て波長以上の熱放射を抑制し、発光体にスペクトルの可視及び近赤外線部分で選択的に発光させるように選択される。この白熱発光体に適した構造体材料の３Ｄフォトニクス結晶の製造方法も開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニクス加工白熱発光体であって、特定格子定数を有したフォトニクス結晶と、第１誘電率を有した耐熱発光材料と、少なくとも１つの別誘電率を有した少なくとも１つの別格子材料とを含んで成り、前記格子定数、前記耐熱発光材料及び前記少なくとも１つの別格子材料は切捨て波長以上の熱放射を制御するフォトニクスバンドギャップを発生させるように選択されることを特徴とするフォトニクス加工白熱発光体。
【請求項２】
少なくとも１つの別格子材料は空気であることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項３】
耐熱発光体材料は金属であることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項４】
金属はタングステンまたはタングステン合金であることを特徴とする請求項３記載の白熱発光体。
【請求項５】
耐熱発光体材料は非金属であることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項６】
非金属はシリコンカーバイド、カーボンまたはチタニアであることを特徴とする請求項５記載の白熱発光体。
【請求項７】
特定格子定数は１０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項８】
特定格子定数は５ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項９】
特定格子定数は１ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項１０】
フォトニクス結晶は１つの完全バンドギャップであることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項１１】
フォトニクス結晶は２Ｄであることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項１２】
フォトニクス結晶は３Ｄであることを特徴とする請求項１記載の白熱発光体。
【請求項１３】
フォトニクス構造の製造方法であって、
a)基板上に犠牲モールド材料で格子構造モールドを成型するステップと、
b)該格子構造モールド内に構造材料を成層するステップと、
c)該格子構造モールドから前記犠牲材料を除去し、フォトニクス結晶を成型するステップと、
を含んで成ることを特徴とする製造方法。
【請求項１４】
ステップ(c)に先立って成層された構造材料の表面の研磨ステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
研磨ステップは化学-機械式研磨ステップであることを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
成型ステップ(a)は犠牲モールド材料の交差パターン層に孔形成材料を順番に成層するステップを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１７】
成層ステップ(b)は化学蒸着、電気メッキまたはナノ粒子浸透による処理ステップを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１８】
犠牲モールド材料はシリカであることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１９】
基板はシリコン製であることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項２０】
孔形成材料はポリシリコンであることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
【請求項２１】
構造材料はＩＩＩ-Ｖ化合物半導体、ＩＩ-ＶＩ半導体、１種または混合酸化物、窒化物、酸化窒化物、金属または合金であることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は白熱灯に関する。さらに特定するなら本発明はフォトニクス加工発熱体(photonically engineered thermal emitter)によって製造された白熱灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱灯は高品質な照明を提供し、安価であり、住宅用としては最も普及した照明器具である。しかし残念ながら白熱灯は今日商業的に利用されている最も効率が低い照明器具でもある。白熱灯技術の優れた解説はバーグマン他による「フィラメント電球」（ＧＥ研究所；レポート９８ＣＲＤ０２７、１９９８年２月）で提供されている。
【０００３】
照明産業は電灯の効率を表示する目的で“発光効率(luminous efficiency)”なる共通用語を使用する。一般的には発光効率はルーメン/ワットの単位で表され、光束を全放射電力で割った値で定義される。光束はルーメンの単位を有しており、人間の眼が反応する放射光束である。電灯の発光効率のさらに優れた説明は光源に対する全入力電力値で放射光束を割ることである。そのようにすれば電気的効率は照明技術の比較において利用可能になる。本明細書は後者の定義を利用する。なぜなら照明技術の種類によっては入力電力値の放射力への変換では本質的に効率が低く現れるからである。
【０００４】
タングステンフィラメントを使用した６０Ｗの白熱灯の発光効率は約１５ルーメン/ワット程度である。白熱灯の発光効率は低い。なぜなら光のほとんど（９０％程度）はスペクトルの非可視赤外線部分（７６０nm以上の波長）で発生するからである。蛍光灯は白熱灯よりもずっと発光効率が高く、７５から１００ルーメン/ワットの発光効率を有している。比較すると、広幅スペクトル源を使用した高品質白色光の理論的最大発光効率は約２００ルーメン/ワットである。
【０００５】
白熱灯はタングステンフィラメントを高温（典型的には約２８００Ｋ°）に加熱して電磁波スペクトルの可視領域（約３８０から７６０nm）で発光させて使用する。このような高温体は一般的に“発光体”または“放射体”と呼称される。高温発光体からの発光は黒体理論で説明される。理想的黒体は理論的には最大発光する。実際の発光体は黒体ほどには放射しない。放射率は実際の発光体の黒体発光に対する放射比であり、０から１の間で無単位にて表される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
白熱灯の発光効率は発光体の放射率を改良することで改善させることができる。照明目的での最良発光体は可視スペクトル領域で１の放射率を有し、非可視スペクトル領域では０の放射率を有するものである。そのような理想的な発光体は有効な可視領域のみで発光する。そのような理想発光する２８００Ｋ°発光体は２００ルーメン/ワット程度の効率を有するであろう。これは従来の白熱灯の１０倍以上の発光効率であり、従来の蛍光灯の２倍の発光効率である。
【０００７】
従って、可視スペクトル領域で選択的に発光することで発光効率を改善させた高温発光体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、特徴的な格子定数(lattice constant)を有したフォトニクス結晶(photonic crystal)を含み、第１誘電定数(dielectric constant)を有した発光体材料と、少なくとも１つの別な誘電定数を有した少なくとも１つの別な格子材料を含むフォトニクス加工白熱発光体を提供する。それら特徴的な格子定数、発光体材料及び少なくとも１つの別な格子材料は望む切捨て波長以上の熱放射を抑制または改質させるフォトニクスバンドギャップ(photonic bandgap)を創出するように選択される。発光体材料はタングステンのごとき耐熱性非金属または耐熱性金属で提供できる。このフォトニクス加工白熱発光体はスペクトルの可視領域及び近赤外線領域で選択的に熱放射し、さらに効率的な白熱灯を提供するように改善できる。
【０００９】
さらに本発明は白熱発光体に適したフォトニクス加工構造体の製造方法をも提供する。この方法は、基板上に犠牲材料による格子構造鋳型（モールド）を形成し、このモールド内に構造材料を入れ、モールドから犠牲材料を除去するものである。可視光線波長程度の格子定数で耐熱材料のフォトニクス結晶を提供するための格子構造モールドの成型にはシリコン集積回路技術が特に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は従来の白熱灯よりも効率的なフォトニクス加工白熱発光体と、その製造方法とを提供する。本発明のさらに効率的な白熱発光体はフォトニクス加工構造を利用して高温発光体の発光選択性を改善させることで可能となった。フォトニクス加工構造体は光波長が周期変動する物質で成る。この周期変動はその媒体の許容光モードを変動させ、多くの多様で有用な特性を導く。一部のフォトニクス構造は特定バンドの波長に対して全方向で光モードを完全に排除する。これら構造は３Ｄフォトニクスバンドギャップを表すと考えられている。フォトニクス結晶とその特性の説明はジョアノパウロス他の「フォトニクス結晶」（１９９５年）において提供されている。
【００１１】
発熱スペクトル、すなわち放射率はフォトニクス構造特性の適当な調整で変動させることが可能である。物体からの熱放射の制御による放射性の制御のためのフォトニクス構造の利用はリン及びフレミングの米国特許願０９/４４１２２１で開示されている。そのスペクトルの赤外線領域でのフォトニクス構造体かららの熱放射の調整はリン他の「立体フォトニクス結晶による熱放射の増強及び抑制」（２０００年）で解説されている。リン他は空気を補助誘電体として利用し、立体的な“リンカン-ログタイプのシリコンフォトニクス結晶”を製造した。このシリコンフォトニクス結晶は格子定数４.２μmとλ＝９〜１５μmの赤外線波長領域をカバーする大型フォトニクスバンドギャップを有していた。４１０℃に加熱されると、そのシリコンフォトニクス結晶は１０から１６μmである大きく減少した透過率を示した。これは立体フォトニクスバンドギャップを示す。
【００１２】
図１は切捨て波長以上では１であり、以下では０である放射率を有した理想的白熱源の発光効率を示す。発光効率は切捨て波長を可視光線の長波エッジ（すなわち７６０nm）に可能な限り接近させることで最大化される。発光効率はそのような理想的発光体で２００ルーメン/ワットに接近する。よってスペクトルの可視部の白熱照明利用のためにフォトニクス結晶のフォトニクスバンドギャップはリン他のシリコンフォトニクス結晶で得られるものよりもその可視光線の長波エッジにさらに接近しなければならない。
【００１３】
可視光線の長波エッジにフォトニクスバンドギャップを接近させるためフォトニクス結晶は小さな寸法とすることができ、さらに大きな誘電相違を有し、高温（２８００Ｋ°）程度に耐えられる材料を使用できる。バーグマン他が解説するように、白熱灯フィラメントに使用される最も一般的な材料はタングステン系材料である。金属としてタングステンはフォトニクス結晶で使用されると大きな屈折率の利点を提供する。屈折率の大きな差異はフォトニクス結晶の光モードに対して屈折率の周期変動の効果を増強し、放射率は減少して大きなフォトニクスバンドギャップを有したフォトニクス結晶を製造する。
（フォトニクス加工発光体構造）
本発明は可視及び近赤外線波長で選択的に発光する２Ｄまたは３Ｄフォトニクス結晶を提供する。従来技術で知られた２Ｄまたは３Ｄフォトニクスバンドギャップを示す様々なタイプのフォトニクス結晶構造が本発明に適している。フォトニクス結晶構造と製造法の例はフレミング及びリンの米国特許願０９/２９６７０２で開示されている。
【００１４】
本発明の実施例で使用される３Ｄフォトニクスバンドギャップを示すフォトニクス結晶の通常タイプは図２で示すリンカン-ログタイプフォトニクス結晶構造２００である。この３Ｄリンカン-ログタイプ構造は交差層２１０を含んでいる。それぞれの層２１０は第１誘電率を有した材料で提供される等間隔に配置された平行ログすなわちロッド２２０の列を含んでいる。ロッド２２０間は第２誘電率を有した材料２３０で充填される。単純性と高誘電相違性を得るために材料２３０は空気であることが多い。４層式フォトニクス結晶２００においてはロッド２２０は反復距離ｃで４層ごとに反復する積み重ね様式である。各層２１０内ではロッド２２０の軸は間隔ｄでそれぞれ平行に提供されている。交差層２１０は前層に対して９０°回転した状態で提供されている。各層２１０間ではロッド２２０は互いに０.５ｄだけずらされている。得られた構造は斜方形構造を含んだ面心格子正方晶形格子対称体である。特殊な場合（ｃ/ｄ＝１.４１４）には結晶２００は２本のロッドを基本とした面心格子立方体単位セル(unit cell)から得られる。
（フォトニクス結晶の製造）
本発明に適した２Ｄまたは３Ｄフォトニクスバンドギャップを示すフォトニクス結晶構造は様々な従来方法で構築できる。３Ｄフォトニクス結晶構造の垂直位相構造は各層ごとの複誘電フィルム反復被膜及びエッチングによって構築できる。フォトニクス結晶を製造する１つの方法は前述のリン他のシリコンフォトニクス結晶構築でのように構造材料で直接的に構造を構築することである。あるいは製造方法は犠牲材料で構造材料用の格子構造モールドを成型し、その格子構造モールドに構造材料を選択的に成層し、最後にその埋め戻しモールドから犠牲材料を除去して構造材料のフォトニクス結晶を得ることである。後者の方法は、それ以外では直接的な各層ごとの構築プロセス中に大残留応力を蓄積することができる構造材料に対しては利点を有している。この製造方法は、金属、金属合金及び半導体等の整合プロセスで成膜できる多様な構造材料のフォトニクス結晶の成型に使用できる。
【００１５】
本発明の説明の目的で図３aから図３iに関して説明するように、本発明の白熱発光体に適した３Ｄリンカン-ログタングステンフォトニクス結晶の各層ごとの製造手順が示される。本明細書のタングステンフォトニクス結晶はロッド間隔ｄ＝４.２μm、ロッド幅ｗ＝１.２μm、層厚１.６μmである。タングステン合金、シリコンカーバイド、カーボン、チタニア等の他の耐熱金属及び耐熱非金属も本発明のフォトニクス加工白熱発光体に適している。
【００１６】
格子構造モールドは、ポリシリコン等の孔部形成構造材料をシリカ（ＳiＯ2）のごとき犠牲モールド材料の交互パターン層で順番に積層させて成型できる。シリカ製造手順の基礎層ポリシリコン法はリン他の“ネーチャ誌３９４”（２５１、１９９８年）及びフレミングとリンの米国特許願０９/２９６７０２で記述されている。フレミングとリンの積層製造法は正確な厚み、平坦性及び整合性の制御が可能な積層材料組成を可能にする。
【００１７】
図３aのシリカ等の犠牲モールド材料で成る第１層３１０はシリコン基板３００に成膜される。シリカ層３１０の厚みはフォトニクス格子の第１構造層３４０に望む厚みよりも厚く、典型的には、対象の切捨て波長によるが０.０２から１０μmの範囲である。本明細書中の３Ｄタングステンフォトニクス結晶に対しては構造層３４０の厚みは１.６μmでもよく、シリカ層３１０の当初厚みは約２.０μmでよい。
【００１８】
図３bは略方形断面を有した複数の均等に間隔が開けられた平行スペーサバー３１１を形成するようにパターン化された第１シリカ層３１０を示す。このようなパターン化は、スペーサバー３１１間の層３１０の材料が除去される箇所に提供された複数の開口部でシリカ層３１０に対して写真エッチングマスク（図示せず）を使用して達成できる。続いて異方性エッチングプロセスを使用し（例えば、表面に垂直な反応イオンエッチング処理）、略方形断面を有したバー３１１を得る。このエッチングステップは好適には基板３００にまで層３１０を完全に通過してエッチングするように実行される。次にエッチングマスクは剥ぎ取られ、図３bの構造が得られる。本実施例では隣接スペーサバー３１１間の間隔は４.２μmで、スペーサバーの幅は３.０μmでよい。
【００１９】
図３cのポリシリコン３２０は化学蒸着によってシリカスペーサバー３１１間の領域に充填させることができる。繰り返すが、このポリシリコンの厚みは第１構造層３４０の望む最終厚よりも厚くすることができる。ポリシリコンの蒸着は一般的に凹凸を形成し非平面３２１とする。そのような粗い非平面は成長面での光拡散や制御不能な反射により劣等品質フォトニクス結晶を提供する。よって成長面の化学機械研磨（ＣＭＰ）が実行され、続く構造層の成層処理に先立って成長面の平坦化処理が実行される。本発明で使用される一般的なＣＭＰはフレミング他の米国特許５９９８２９８で開示されている。
【００２０】
図３dで示すようにシリカスペーサバー３１１とポリシリコンロッド３４１の平坦パターンを含んだ第１構造層３４０が成型される。このポリシリコンロッド３４１は長形で、略方形断面であり、１.２μm幅と１.６μm厚でよい。
【００２１】
図３eで示すように、同一の基本的成長と処理ステップを反復することで複数の構造層３４０を基板３００の上面に成長させることができ、ポリシリコンで望むフォトニクス格子構造３５０を成型できる。リンカン-ログタイプ構造を成型するにはポリシリコンロッド３４１の方向性はそれぞれの構造層３４０間で９０°回転され、２層ごとにロッド３４１は間隔dの半分づつ交互にずらされる。よって、構造３５０は面心格子四辺形対称格子構造を有する。
【００２２】
図３fで示すようにポリシリコンロッド３４１は取り除かれ、格子構造モールド３６０を形成する。ポリシリコンロッド３４１は６Ｍ、８５℃  ＫＯＨエッチング処理で取り除くことができる。これは１００：１（Ｓi：ＳiＯ2）までの選択性を有する。ＫＯＨプロセス中のオーバーエッチング処理は全ポリシリコン３４１の除去を確実にするために望ましく、シリコン基板３００と接触する層底部３４０に“Ｖ”形状部３６１を提供する。これは下側のシリコン基板３００のエッチングによるものであり、基板の結晶方向性に依存する。ＫＯＨエッチングはエッチング前方部がシリコン基板３００の緩やかなエッチング（１１１）平面と遭遇すると停止し、“Ｖ”溝３６１を提供する。
【００２３】
図３gで示すように格子構造モールド３６０は構造材料で埋め戻しできる。犠牲材料（シリカ等）が埋め戻し構造材料から後に選択的に除去できる限り化学蒸着（ＣＶＤ）、メッキ処理またはスピンオングラスあるいはナノ粒子での浸透処理のごとき多様な成層技術をモールド３６０の埋め戻しに使用できる。例えば、ＩＩＩ-Ｖ化合物半導体、ＩＩ-ＶＩ材料、単独及び混合酸化物、窒化物、酸化窒化物、金属及び金属合金がＣＶＤ処理で成層あるいは成膜できる。前処理導電コーティング処理を格子構造モールド３６０に適用でき、多彩な金属を溶液から電気メッキによってモールド３６０の埋め戻しに利用できる。典型的な電気メッキ金属は銅、ニッケル、金、鉄、銀、コバルト、クロム等である。
【００２４】
格子構造モールド３６０はＣＶＤを介してタングステンで埋め戻しでき、シリカモールド材料３１１に埋め込まれたタングステンロッド３７０を成型する。プリカーサである５０nm厚のＴiＮ接着層（図示せず）は反応性イオンスパッタリングでモールド３６０に成層できる。なぜなら平膜状のＣＶＤタングステンフィルムは二酸化ケイ素に接着しないからである。タングステンはＷＦ6とＨ2により高圧（例えば９０トール）で成層できる。タングステンの化学蒸着で非常に高純度の膜が提供される。タングステン膜は１０μオーム-cmの抵抗を有することができる。ＣＶＤタングステン３７０によるモールド３６０の埋め戻しでモールド３６０の上面に粗くて非均質なタングステン成長面３７１が得られる。
【００２５】
図３hで示すように埋め戻しモールド３６０の上面は余分なタングステンを除去するＣＭＰ処理で平坦化できる。タングステン埋め戻し平坦化モールド３６０のスキャン電子顕微鏡図は図４aで図示されている。図４aで示すようにキーホール３８２はタングステンロッド３７０のさらに深く埋め込まれた線の中央に形成できる。なぜならＣＶＤタングステン成層プロセスのカバー範囲は１００％ではないからである。しかし膜厚は可視及び赤外線の電磁放射においてタングステンの厚みよりもずっと厚い。
【００２６】
図３iで示すようにシリカスペーサバー３１１は１：１のＨＦベース溶液でタングステン埋め戻し平坦化格子構造モールド３６０から選択式エッチング処理で除去することができる。その結果、タングステンロッド３７０をシリコン基板３００上に並べた３Ｄタングステンフォトニクス結晶３８０が得られる。図４bはシリコン基板３００上に並べられたタングステンロッド３７０を含んだ４層のタングステンフォトニクス結晶３８０のスキャン電子顕微鏡図である。タングステンフォトニクス結晶３８０は４層ごとに反復する並べ立て順序を有し、面心格子四辺形対称格子を有する。タングステンロッド３７０の幅は１.２μmであり、ロッド間隔は４.２μmであり、高インデックスタングステンの充填率は２８％である。タングステンフォトニクス結晶３８０は容易に処理できる程度の充分な構造堅牢性を維持する。
【００２７】
この製造プロセスは可視または赤外線波長で選択的放射性を有するほとんど全ての相互連結型フォトニクス結晶の製造にも適用できる。例えば、現行のシリコン集積回路処理工具は最小サイズを近赤外線のフォトニクスバンドギャップを有し、可視範囲で選択的放射性を有した構造に必要とされるサイズにすることができる。「国際半導体技術ロードマップ」（１９９９年版）参照。
（タングステンフォトニクス結晶の光学特性）
前述の方法に従って製造された３Ｄタングステンフォトニクス結晶３８０の光学特性は１.５から２５μmの波長範囲に対するフーリエ変換赤外線測定システムを使用して特徴付けられる。反射率（Ｒ）を得るため、サンプルスペクトルが３Ｄタングステンフォトニクス結晶３８０から採取され、均質銀鏡の基準スペクトルに合わせて標準化された。絶対透過率（Ｔ）を決定するためタングステンフォトニクス結晶３８０から得られた透過率スペクトルが裸のシリコンウェハーのものに合わせて標準化された。この標準化手順は空気とシリコンとのインターフェースでの光反射やシリコン基板３００の光吸収等の非本質的な影響を排除するためであった。
【００２８】
図５は４層タングステンフォトニクス結晶３８０の絶対反射率スペクトル５１０と透過率スペクトル５２０を示す。破線５３０は基準となる６０００オングストロム均質タングステン膜の透過率を示す。光はタングステンフォトニクス結晶３８０の＜００１＞方向に沿って拡散し、非極性化される。反射率５１０はλ＜５.５μmで振動し、λ６μm（バンドエッジ）程度で急上昇し、最終的にλ＞８μmで高反射率９０％に達する。一方、透過率５２０は特異ピークをλ＜５.５μmで示し、λ６μm（バンドエッジ）程度で急下降し、λ＞８μmで１％以下に減少する。８μm以上の波長の同時的な高Ｒと低Ｔはタングステンフォトニクス結晶内でのフォトニクスバンドギャップの存在を示す。減衰は４層タングステンフォトニクス結晶３８０に対してλ＝１０μmでの３０dＢ程度、あるいは層ごとの７.５dＢの減衰である。λ＜５.５μmでの複数の振動はフォトニクス許容バンド内のフォトニクスのデンシティオブステート(density-of-states)振動による。
【００２９】
図６で示すように傾斜角反射率スペクトルはフォトニクスバンドギャップの角依存率を決定するように採取される。傾斜角伝達測定のため、タングステンフォトニクス結晶３８０は回転ステージ上に搭載され、回転角は０°から６０°の入射角でスパンされ、表面垂直（＜００１＞方向）から測定された。結晶配向性は＜００１＞から＜１１０＞軸に傾斜されている。光入射角は第１ブリローイン領域(Brillouin zone)のＧ-Ｌ側にＧ-Ｘ’から対称的に傾斜する。４つの傾斜角スペクトルはそれぞれ１０、３０、４０、５０°の光入射角に対して図６で図示されている。光入射角が増加するとバンドエッジポジションはq＝１０°のλ６μm近辺からq＝５０°のλ８μm近辺に移動する。λ＜６μmでの振動特性と、さらに長い波長での高反射率の両方は前高光入射角に対してその状態に残る。よって、大きな完全３Ｄフォトニクスバンドギャップはタングステンフォトニクス結晶３８０に対してλ８μm近辺からλ＞２０μm領域で存在する。
【００３０】
図７はログごとのスケールでプロットされた異なる数層、Ｎ＝２、４、６であるタングステンフォトニクス結晶の理論的透過率スペクトルを示す。破線は均質な６０００オングストロムのタングステン膜の基準スペクトルである。理論的透過率スペクトルはシガラス他の物理レビュー誌（Ｂ５２、１１７４４、１９９５年）の方法に従って計算された。透過率はバンドギャップ（Ｎ＝６層のＴ＜１０-8）で非常に低い。これは小金属膜深度（１μm＜λ＜２５μmの３００から５００オングストロム）に対応し、波長とはほぼ無関係である。一方、結晶スペクトルは許容バンド内でずっと高い透過率（Ｔ１０-1程度）を示し、金属許容バンドのフォトニクス伝達は金属減衰では支配されない。さらに透過率の層数に対する強力な依存性がバンドギャップ（λ＞８μm）で観察される。この層数依存は金属膜深度ではなく成型構造の層厚でλ＞８μmスケールにてその透過率減衰を示す。よって、観察された低透過率は主としてフォトニクスバンドギャップ現象によるものである。バンドギャップの減衰定数は非常に大きく、λ＝１０、２０、４０μmでそれぞれ約８、１４、１６dＢ/層である。これは４から６結晶層程度が強力な電磁波減衰の達成に充分であることを暗示する。
【００３１】
このような非常に大きなバンドギャップは赤外線及び再サイクル放射エネルギーのブロードバンド黒体放射を可視スペクトルに押入れるのに理想的である。図８はタングステンフォトニクス結晶３８０のスペクトル放射率を示す。結晶３８０はスペクトルの遠赤外線（８μm＜λ＜２５μm）部分で大きな範囲のフォトニクスバンドギャップ（ほぼ０放射率領域）を有する。遠赤外線での放射率の非常に大きなフォトニクスバンドギャップと大きな減少はフォトニクス結晶での金属の使用による。光子再サイクルプロセスにおいてはフォトニクスバンドギャップは赤外線熱放射を妨害し、放射を近赤外線と可視放射内に選択的に強制する。よってエネルギーは熱の発生で無駄にされず、有用な放射バンド内に再供給される。フォトニクス結晶の格子定数と耐熱材料は製造プロセスで決定できる。よってフォトニクス結晶が１５００℃以上に加熱されると放射バンドは可視領域内に絞られ、高発光効率白熱灯が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】理想的白熱源の予想発光効率を示すグラフであり、放射率は切捨て波長以上では１であり、以下では０である。
【図２】立体リンカン-ログタイプ(Lincoln-Log type)のフォトニクス結晶構造（３Ｄ）の概略図である。
【図３】４層リンカン-ログタイプのタングステンフォトニクス結晶の製造方法を図示する。
【図４】（001）方向シリコン基板上に構築された４層タングステンフォトニクス結晶の断面スキャン電子顕微鏡図である。図４aはシリカ犠牲モールドの除去前タングステンフォトニクス結晶を示す。図４bはシリカ犠牲モールドの除去後タングステンフォトニクス結晶を示す。この結晶の形成に使用された１Ｄタングステンロッドは１.２μmの幅と４.２μmのロッド間隔を有している。
【図５】４層タングステンフォトニクス結晶の＜001＞軸に沿って拡散する光線の測定反射(reflectance)スペクトルと透過(transmittance)スペクトルを示す。
【図６】４層タングステンフォトニクス結晶からの傾斜角反射スペクトルを示す。
【図７】タングステンフォトニクス結晶（Ｎ＝２層、４層、６層）の計算透過スペクトルを示す。
【図８】格子定数４.２μmである４層タングステンフォトニクス結晶のスペクトル発光率を示す。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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