電子物性工学Ⅱ　佐藤勝昭教官　‘98.11.13

E-mail: satokats@cc.tuat.ac.jp, Home page: http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/; 教科書：佐藤勝昭編著「応用物性」（オーム社）

第６回(11/6)の学習内容

励起状態から基底状態への緩和　

　バンド間遷移の場合、伝導帯に励起された電子と、価電子帯に残されたホールが再結合する過程

発光再結合と非発光再結合　

　励起エネルギーが光として放出されれば発光する。格子振動として放出されれば熱になる。

励起の方法による分類　

　フォトルミネセンス、エレクトロルミネセンス、カソードルミネセンス、化学ルミネセンス、ピエゾルミネセンス

（カソードルミネセンスに関連して、ブラウン管の仕組みを説明）

自然放出と誘導放出　

　光の電界を受けて励起状態から基底状態に遷移するのが誘導放出。

　laserは,誘導放出による光の増幅という意味の英語の頭文字をとったもの。

　レーザが動作するには反転分布が必要。

PL, CL, ELの例を述べよ。 解答PL:　蛍光灯、PDP、CL: ブラウン管、EL: 真性ELパネル、LED, 半導体レーザ

第６回の質問・印象・要望

  1. 宝石の中に太陽光と室内光で違う色になるものがあるのはなぜか。(原田)? A. オパールは微結晶化したコロイド粒子による光の回折で着色します。太陽光と室内光では光のスペクトルが違うので違った色に見えます。

  2. PDPはなぜあまりCMをしないのか(伊藤)? A. まだ値段が高いので業務用を中心に販売しているようです。

  3. 医療用のレーザメスとはどんな種類のものか(小原)? A. エネルギーが集中できれば、どんなレーザでも良いのです。

  4. トリニトロン式のテレビのブラウン管では発光は点ではないといったが、いろんな色がいっぺんに発光するのか(木村) ? A. 縦縞状にRGBが配置され、ストライプ状の発光をしています。

  5. トリニトロンというのはSONYの特許か(外山)? A. YES. しかし、originalityはクロマトロン方式にあって、その場合は、電子銃が１本で、１本のビームをグリッドによって時分割でRGBの蛍光体を励起するよう偏向させるものでした。しかし、原理はともかく、実際には難しい問題がありそのままでは実現できませんでしたが、ソニーが３本の電子銃を備えることによって解決したのです。

  6. どうしてLEDは半永久的か(杉田)? A. 電球に比べると寿命は非常に長い（１０年以上）という意味です。「切れる」とはどんなことか考えてみよう。

  7. マクスエルの理論で全ての電気現象が説明できるか(高橋誠)? A. マクスエルの理論は、あくまで現象を説明するために導入した現象論であって、根本に帰って説明しようとすると、相対論にもとづく場の理論が必要です。

  8. ガラスは紫外線を通さないといったが、車の中で日焼けするし、UVカットガラスもある。(中山(博))? A. 正確にはガラスは、紫外線のうち330-380nmの近紫外線を通します。日焼けには350nm付近の紫外線が影響するということです。私どもが研究対象としているのは、200-300nmの紫外線なので、つい紫外線を通さないといいました。

  9. 発光ダイオードでレーザは作れるか(林)? A. 最近の発光ダイオードは半導体レーザと殆ど構造が同じですが、違うのは端面を劈開して、光キャビティを作ってあるかどうかの違いだけです。キャビティになっていないと、強励起して超放射状態にはできますが、レーザのようにコヒーレントな光にはなりません。

  10. 古い電子レンジは電磁波が漏れるというが、古くなると漏れるのか、昔の設計だと漏れるのか.またその電磁波とはマイクロ波のことか(深澤)? A. 漏れるのは設計がよくないからです。もちろんマイクロ波のことです。

  11. 赤外線カメラは、なぜ光のないところでも映るのか(藤本)? A. 温度に応じた黒体輻射があって、赤外線が出ているのです。熱線というのは波長の長い赤外線だと考えて下さい。

  12. Ga1-xAlxAsなどはどうやって作るのか(星乃)? A. バルク結晶の場合は、原料として、Ga, Al, Asを化学式に従って秤量し混ぜ合わせて、融解し種結晶をつけて引き上げるか、温度勾配のある電気炉の中を動かして先端から徐冷して結晶化します。薄膜結晶の場合、MBEではGa, Al, Asのルツボから出た原子ビームを基板にぶつけて化学反応を起こさせて成長しますし、MOCVDではTMG=Ga(CH3)3,TMA=Al(CH3)3などの有機金属ガスとAsH3などの水素化物とを基板にあててそこで反応させ成長します。

  13. 蛍光灯は長時間使うとなぜ端が黒くなるか(大和)? A. 両端には放電を開始させるためのフィラメントがあります。点灯の最初の段階でここに電流を流し、温度を上げるとともに水銀などを気化し励起状態にします。その後一瞬高い電圧がかかると放電します。放電が開始するとフィラメントを消灯します。放電でフィラメントを作っている物質が飛び散って黒くなり、やがて放電もできなくなり、切れるのです。

  14. レーザは危険なのか(渡邊)? A. YES! 直接目にはいると網膜を焼いてしまって、失明することがあります。可視光レーザでは人間が見えますから、危険を避けられますが、紫外線や赤外線のレーザでは、知らないうちに目をやられることがあります。強いレーザを用いるときは必ず専用メガネを使いましょう。

  15. ブラウン管に印加する15kVの高電圧はどこで生み出されるのか。(渡辺)? 水平同期信号の発振器の後にフライバックトランスという変圧器を使って作り出しています。電流を流す力は余りないのですが、ゴミなどがあると、長い間に放電のパスができて、発火することがあります。ご用心。

  16. フォノンという言葉がよく出るが、今一つ捉えにくい（大角） A. 格子振動のエネルギーも量子化されていてとびとびの値しかとりません。この量子を音の量子という意味でフォノン(phonon)と呼ぶのです。

  17. 紫外線殺菌灯はガラスを通しているが350-380nm位で殺菌力があるということか。(平野)? A. おっしゃるとおり日焼けと同じで350nm付近の光でも効果があります。石英ガラスでは200nmくらいの短い波長も通し殺菌力も強いですが、空気に作用してオゾンが発生するので、特殊な場合しか用いません。