DE112018003278B4

DE112018003278B4 - Terahertz-element und halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112018003278B4
Application number: DE112018003278.7T
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Mukai; Jae Young Kim; Tomoichiro Toyama
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: CN117293132A; US20230378640A1; JP7039586B2; DE112018003278T5; US11239547B2; CN110800099B; JPWO2019004204A1; US20200168985A1; CN110800099A; US11699846B2; WO2019004204A1; US20220109233A1

Abstract

Terahertz-Element (B1), umfassend:ein Halbleitersubstrat (1);eine erste leitfähige Schicht (2) und eine zweite leitfähige Schicht (3), die jeweils abschnittsweise auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet und voneinander isoliert sind; undein aktives Element (5), das auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet und elektrisch mit der ersten leitfähigen Schicht (2) und der zweiten leitfähigen Schicht (3) verbunden ist, wobei:die erste leitfähige Schicht (2) einen ersten Antennenteil (21), der sich entlang einer ersten Richtung (X1) erstreckt, einen ersten Kondensatorteil (23), der, in einer Dickenrichtung (Z1) des Halbleitersubstrats (1) betrachtet, in einer zweiten Richtung (X2) versetzt vom aktiven Element (5) positioniert ist, und einen ersten leitfähigen Teil (25), der mit dem ersten Kondensatorteil (23) verbunden ist, aufweist,die zweite Richtung (X2) senkrecht zu der Dickenrichtung (Z1) und der ersten Richtung (X1) ist,die zweite leitfähige Schicht (3) einen zweiten Kondensatorteil (33), der über den ersten Kondensatorteil (23) gestapelt und von diesem isoliert ist, aufweist,das Halbleitersubstrat (1) einen freiliegenden Teil (12A) beinhaltet, der mit dem ersten Kondensatorteil (23) aus erster Richtung (X1) gesehen überlappt und auf einer Seite in der ersten Richtung (X1) von diesem angeordnet ist und der von dem ersten Kondensatorteil (23), dem zweiten Kondensatorteil (33) und der ersten leitfähigen Schicht (2) freiliegt, undder erste leitfähige Teil (25) einen Abschnitt, der, in Dickenrichtung gesehen, von dem ersten Antennenteil (21) in der zweiten Richtung (X2) mit dem freiliegenden Teil (12A) dazwischenliegend beabstandet ist, aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Terahertz-Elemente und Halbleitervorrichtungen.
Hintergrund
In den letzten Jahren, in denen elektronische Bauelemente wie Transistoren miniaturisiert und in ihrer Größe auf den Nanobereich reduziert wurden, wurde ein neues Phänomen namens Quanteneffekt beobachtet. Studien werden durchgeführt, um Ultra-Hochgeschwindigkeitsvorrichtung oder neue Funktionsvorrichtung zu entwickeln, die den Quanteneffekt nutzt. Insbesondere wird versucht, den Frequenzbereich von 0,1 bis 10 THz, das so genannte Terahertz-Band, zu nutzen, um beispielsweise eine leistungsfähige Kommunikation oder Informationsverarbeitung, Bildgebung undMessung durchzuführen. Dieser Frequenzbereich ist ein unausgeschöpfter Bereich zwischen Licht und Radiowellen, und eine Vorrichtung, die in diesem Frequenzband arbeitet, könnte, wenn realisiert, für viele Anwendungen wie die oben beschriebene Bildgebung und Hochleistungs-Kommunikation oder Informationsverarbeitung sowie Messungen in verschiedenen Bereichen wie physikalischen Eigenschaften, Astronomie oder Biologie verwendet werden.
Ein Terahertz-Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung ist bspw. in WO 2016 / 092 886 A1 gezeigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Terahertz-Element gemäß Anspruch 1 breitgestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 16 bereitgestellt.
Die Beschreibung, dass „ein Objekt A auf einem Objekt B geformt ist“ und dass „ein Objekt A über einem Objekt B geformt ist“, beinhaltet, sofern nicht anders angegeben, dass „das Objekt A direkt auf dem Objekt B geformt ist“ und dass „das Objekt A auf dem Objekt B mit einem anderen Objekt zwischen dem Objekt A und dem Objekt B geformt ist“ . Ebenso beinhaltet die Beschreibung, dass „ein Objekt A auf einem Objekt B angeordnet ist“ und dass „ein Objekt A über einem Objekt B angeordnet ist“, sofern nicht anders angegeben, dass „das Objekt A direkt auf dem Objekt B angeordnet ist“ und dass „das Objekt A auf dem Objekt B mit einem anderen Objekt zwischen dem Objekt A und dem Objekt B angeordnet ist“. Ebenso beinhaltet die Beschreibung, dass „ein Objekt A auf einem Objekt B gestapelt ist“ und dass „ein Objekt A über einem Objekt B gestapelt ist“, sofern nicht anders angegeben, dass „das Objekt A direkt auf dem Objekt B gestapelt ist“ und dass „das Objekt A auf dem Objekt B mit einem anderen Objekt zwischen dem Objekt A und dem Objekt B gestapelt ist“.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Draufsicht auf ein Terahertz-Element der ersten Aus führungs form;
3 ist eine Ansicht, die durch Weglassen des ersten leitfähigen Teils und des ersten Kondensatorteils aus 2 erhalten wird;
4 ist eine Ansicht, die den Bereich IV in 2 in vergrößerter Form zeigt;
5 ist eine Schnittansicht, die Details eines aktiven Elements der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist eine Ansicht, die einen Teil von 5 in vergrößerter Form zeigt;
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 2;
8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 2;
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 2;
10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 2;
11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in 2;
12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII in 2;
13 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII in 2;
14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIV-XIV in 2;
15 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XV-XV in 2;
16 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung von 1;
17 ist eine Draufsicht, die eine Variation des Terahertz-Elements zeigt;
18 ist eine Draufsicht auf ein Terahertz-Element einer zweiten Aus führungs form;
19 ist eine Draufsicht auf ein Terahertz-Element einer dritten Aus führungs form;
20 ist eine Draufsicht auf ein Terahertz-Element einer vierten Aus führungs form;
21 ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung als Beispiel;
22 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Teil einer Halbleitervorrichtung als Beispiel zeigt;
23 ist ein Diagramm, das den Antennengewinn in Bezug auf Frequenzen von Terahertzwellen für verschiedene Innendurchmesser zeigt;
24 ist ein Diagramm, das den Antennengewinn in Bezug auf Frequenzen von Terahertzwellen für verschiedene Maße zeigt; und
25 ist ein Diagramm, das den Antennengewinn in Bezug auf Frequenzen von Terahertzwellen für verschiedene Maße zeigt.

ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1-17 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die in der Figur gezeigte Halbleitervorrichtung A1 ist ein Terahertzstrahler. Die Halbleitervorrichtung A1 beinhaltet ein Terahertz-Element B1, einen Träger (einschließlich einer Leiterplatte 81), ein Isolierteil 85 und Drähte 871, 872.
2 ist eine Draufsicht auf das Terahertz-Element der ersten Ausführungsform.
Das in der Figur gezeigte Terahertz-Element B1 ist ein Element, das konfiguriert ist, um hochfrequente elektromagnetische Wellen mit Frequenzen im Terahertz-Band auszustrahlen. Das Terahertz-Element B1 beinhaltet ein Halbleitersubstrat 1, eine erste elektrisch leitfähige Schicht 2, eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 3, eine Isolierschicht 4 (dargestellt in 7) und ein aktives Element 5.
Das Halbleitersubstrat 1 besteht aus einem Halbleiter und ist semi-isolierend. Der das Halbleitersubstrat 1 bildende Halbleiter ist zum Beispiel InP. Das Halbleitersubstrat 1 weist eine Oberfläche 11 auf. Die Oberfläche 11 ist eine Oberseite des Halbleitersubstrats 1 in einer Dickenrichtung Z1.
Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet die Kanten 131-134. Die Kante 131 und die Kante 133 sind in einer ersten Richtung X1 voneinander beabstandet. Sowohl die Kante 131 als auch die Kante 133 erstrecken sich entlang einer zweiten Richtung X2 . Die zweite Richtung X2 ist senkrecht zur ersten Richtung X1. Die Kante 132 und die 134 sind in der zweiten Richtung X2 voneinander beabstandet. Sowohl die Kante 132 als auch die Kante 134 erstrecken sich entlang der ersten Richtung X1. Die Kante 131 ist mit der Kante 132 verbunden, die Kante 132 mit der Kante 133, die Kante 133 mit der Kante 134 und die Kante 134 mit der Kante 131.
4 zeigt den Bereich IV der 2 vergrößert. Wie in 4 dargestellt, ist eine Halbleiterschicht 91a auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Die Halbleiterschicht 91a ist beispielsweise aus GaInAs.
Das aktive Element 5, das in den 2 und 4 dargestellt ist, ist auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Das aktive Element 5 ist elektrisch mit der ersten leitfähigen Schicht 2 und der zweiten leitfähigen Schicht 3 verbunden. Das aktive Element 5 ist auf der Halbleiterschicht 91a ausgebildet. Das aktive Element 5 bildet einen Resonator zwischen der zweiten leitfähigen Schicht 3 und der ersten leitfähigen Schicht 2. Die vom aktiven Element 5 emittierten elektromagnetischen Wellen werden von einer rückseitig reflektierenden Metallschicht 88 reflektiert, um ein Oberflächenemissionsstrahlungsmuster senkrecht zum Halbleitersubstrat 1 (in Dickenrichtung Z1) zu erhalten.
Ein typisches Beispiel für das aktive Element 5 ist ein RTD. Das aktive Element 5 kann jedoch auch durch eine Diode anstelle eines RTD oder durch einen Transistor bereitgestellt werden. So kann beispielsweise das aktive Element 5 durch eine Tunnellaufzeit-Diode (TUNNETT), eine IMPATT-(Impact Ionization Avalanche Transit Time)-Diode, einen GaAs-basierten Feldeffekttransistor (FET), einen GaN-basierten FET, einen High Electron Mobility Transistor (HEMT) oder einen Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT) bereitgestellt werden.
Eine Implementierung des aktiven Elements 5 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben. Wie in diesen Figuren dargestellt, ist die Halbleiterschicht 91a auf dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet. Die Halbleiterschicht 91a kann wie vorstehend beschrieben aus GaInAs sein und mit einer n-artigen Verunreinigung in hoher Konzentration dotiert sein. Eine GaInAs-Schicht 92a ist auf der GaInAs-Schicht 91a angeordnet und mit einer n-Typ-Verunreinigung dotiert. Eine GaInAs-Schicht 93a ist auf der GaInAs-Schicht 92a angeordnet und ist nicht mit einer Verunreinigung dotiert. Eine AlAs-Schicht 94a ist auf der GaInAs-Schicht 93a, eine InGaAs-Schicht 95 auf der AlAs-Schicht 94a und eine AlAs-Schicht 94b auf der InGaAs-Schicht 95 angeordnet. Die AlAs-Schicht 94a, die InGaAs-Schicht 95 und die AlAs-Schicht 94b stellen ein RTD-Teil dar. Eine GaInAs-Schicht 93b ist auf der AlAs-Schicht 94b angeordnet und ist nicht mit einer Verunreinigung dotiert. Eine GaInAs-Schicht 92b ist auf der GaInAs-Schicht 93b angeordnet und mit einer n-artigen Verunreinigung dotiert. Eine GaInAs-Schicht 91b ist auf der GaInAs-Schicht 92b angeordnet und mit einer n-artigen Verunreinigung in hoher Konzentration dotiert. Die erste leitfähige Schicht 2 ist auf der GaInAs-Schicht 91b angeordnet. Die zweite leitfähige Schicht 3 ist auf der GaInAs-Schicht 91a angeordnet.
Obwohl nicht dargestellt, kann im Gegensatz zu der in 6 gezeigten Konfiguration eine GaInAs-Schicht, die mit einer n-artigen Verunreinigung in hoher Konzentration dotiert ist, zwischen der GaInAs-Schicht 91b und der ersten leitfähigen Schicht 2 eingefügt sein. Eine solche Konfiguration verbessert den Kontakt zwischen der ersten leitfähigen Schicht 2 und der GaInAs-Schicht 91b.
Ein isolierender Film, wie beispielsweise eine SiO₂-Schicht, eine Si₃N₄-Schicht, eine SiON-Schicht, eine HfO₂-Schicht, eine Al₂O₃-Schicht oder ein mehrschichtiger Film, der aus diesen besteht, kann auf einer Seitenwand der in 6 dargestellten Laminatstruktur abgeschieden werden.
Wie beispielsweise in 2 dargestellt, sind die erste leitfähige Schicht 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 je auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Die erste leitfähige Schicht 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 sind voneinander isoliert. Die erste leitfähige Schicht 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 haben je eine metalllaminierte Struktur. So können beispielsweise die erste leitfähige Schichten 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 durch Laminieren von Au, Pd und Ti hergestellt werden. Alternativ können die erste leitfähige Schicht 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 durch Laminieren von Au und Ti hergestellt werden. Die erste leitfähige Schicht 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 können eine Dicke von etwa 20 bis 2000 nm aufweisen. Die erste leitfähige Schicht 2 und die zweite leitfähige Schicht 3 können beispielsweise durch Vakuum-Dampfabscheidung oder Sputtern geformt werden.
Die erste leitfähige Schicht 2 beinhaltet einen ersten Antennenteil 21, einen ersten Induktivitätsteil 22, einen ersten Kondensatorteil 23 und einen ersten leitfähigen Teil 25. Die zweite leitfähige Schicht 3 beinhaltet einen zweiten Antennenteil 31, einen zweiten Induktivitätsteil 32, einen zweiten Kondensatorteil 33 und einen zweiten leitfähigen Teil 35.
Das erste Antennenteil 21 erstreckt sich entlang der ersten Richtung X1. Der erste Induktivitätsteil 22 ist mit dem ersten Antennenteil 21 und dem ersten Kondensatorteil 23 verbunden und erstreckt sich vom ersten Antennenteil 21 bis zumersten Kondensatorteil 23 entlang der zweiten Richtung X2. Der erste Induktivitätsteil 22 fungiert als Induktivität. Die Länge L1 (siehe 4) des ersten Induktivitätsteils 22 in der zweiten Richtung X2 ist beispielsweise 5 µm bis 100 µm. Die Breite des ersten Induktivitätsteils 22 beträgt beispielsweise 1 µm bis 10 µm. Das erste Induktivitätsteil 22 kann in Dickenrichtung Z1 gesehen von der Halbleiterschicht 91a beabstandet sein.
Der zweite Antennenteil 31 erstreckt sich entlang der dritten Richtung X3. Die dritte Richtung X3 ist die Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung X1. Der zweite Induktivitätsteil 32 ist mit dem zweiten Antennenteil 31 und dem zweiten Kondensatorteil 33 verbunden und erstreckt sich vom zweiten Antennenteil 31 bis zum zweiten Kondensatorteil 33 entlang der zweiten Richtung X2. Der zweite Induktivitätsteil 32 fungiert als Induktivität. Die Länge L2 (siehe 4) des zweiten Induktivitätsteils 32 in der zweiten Richtung X2 ist beispielsweise 5 µm bis 100 µm. Die Breite des zweiten Induktivitätsteils 32 beträgt beispielsweise 1 µm bis 10 µm.
Die Länge L1 des ersten Induktivitätsteils 22 in der zweiten Richtung X2 und die Länge L2 des zweiten Induktivitätsteils 32 in der zweiten Richtung X2 können die Schwingungsfrequenz der Terahertzwellen beeinflussen. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Schwingungsfrequenz der Terahertzwellen 300 GHz. Um die Schwingungsfrequenz von 300 GHz zu realisieren, werden die Länge L1 des ersten Induktivitätsteils 22 in der zweiten Richtung X2 und die Länge L2 des zweiten Induktivitätsteils 32 in der zweiten Richtung X2 auf 10 eingestellt. Das zweite Induktivitätsteil 32 kann in Dickenrichtung Z1 gesehen von der Halbleiterschicht 91a beabstandet sein.
Wie z.B. in den 2 und 4 dargestellt, ist das erste Kondensatorteil 23 versetzt zum aktiven Element 5 in der zweiten Richtung X2 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Kondensatorteil 23 in Dickenrichtung Z1 gesehen rechteckig. Der erste Kondensatorteil 23 weist eine erste Kondensatorteilseitenfläche 231 und eine zweite Kondensatorteilseitenfläche 232 auf. Die erste Kondensatorteilseitenfläche 231 ist die Seite des ersten Kondensatorteils 23 in der ersten Richtung X1. Die erste Kondensatorteilseitenfläche 231 erstreckt sich entlang der zweiten Richtung X2. Die erste Kondensatorteilseitenfläche 231 ist in der dritten Richtung X3, die der ersten Richtung X1 entgegengesetzt ist, vom Ende 211 des ersten Antennenteils 21 in der ersten Richtung X1 versetzt. Die zweite Kondensatorteilseitenfläche 232 ist die Seite des ersten Kondensatorteils 23 in der dritten Richtung X3. Die zweite Kondensatorteilseitenfläche 232 erstreckt sich entlang der zweiten Richtung X2. Die zweite Kondensatorteilseitenfläche 232 ist in der ersten Richtung X1 vom Ende 311 des zweiten Antennenteils 31 in der dritten Richtung X3 versetzt.
3 ist eine Ansicht, die durch Weglassen des ersten leitfähigen Teils 25 und des ersten Kondensatorteils 23 aus 2 entsteht.
Der zweite Kondensatorteil 33 ist versetzt vom aktiven Element 5 in der zweiten Richtung X2 angeordnet. Wie in 15 dargestellt, ist der erste Kondensatorteil 23 zwischen dem zweiten Kondensatorteil 33 und dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet. Im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform kann der zweite Kondensatorteil 33 auch zwischen dem ersten Kondensatorteil 23 und dem Halbleitersubstrat 1 eingefügt sein. Der zweite Kondensatorteil 33 wird über den ersten Kondensatorteil 23 gestapelt und durch die Isolierschicht 4 vom ersten Kondensatorteil 23 isoliert. Der zweite Kondensatorteil 33 und der erste Kondensatorteil 23 bilden einen Kondensator. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Kondensatorteil 33 in Dickenrichtung Z1 gesehen rechteckig. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 15 dargestellt, unterscheidet sich das Maß W2 des zweiten Kondensatorteils 33 in der ersten Richtung X1 von dem Maß W1 des ersten Kondensatorteils 23 in der ersten Richtung X1. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Maß W2 des zweiten Kondensatorteils 33 in der ersten Richtung X1 größer als das Maß W1 des ersten Kondensatorteils 23 in der ersten Richtung X1. Dadurch kann der zweite Kondensatorteil 33 oberhalb des ersten Kondensatorteils 23 zuverlässig gebildet werden, auch wenn sich die Formationsposition des zweiten Kondensatorteils 33 aufgrund eines Herstellungsfehlers verändert. Im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform kann das Maß W2 des zweiten Kondensatorteils 33 in der ersten Richtung X1 auch kleiner sein als das Maß W1 des ersten Kondensatorteils 23 in der ersten Richtung X1.
Wie in 3 dargestellt, weist der zweite Kondensatorteil 33 eine erste Kondensatorteilseitenfläche 331 und eine zweite Kondensatorteilseitenfläche 332 auf. Die erste Kondensatorteilseitenfläche 331 ist die Seite des zweiten Kondensatorteils 33 in der ersten Richtung X1. Die erste Kondensatorteilseitenfläche 331 erstreckt sich entlang der zweiten Richtung X2. Die erste Kondensatorteilseitenfläche 331 ist in der dritten Richtung X3, die der ersten Richtung X1 entgegengesetzt ist, vom Ende 211 des ersten Antennenteils 21 in der ersten Richtung X1 versetzt. Die zweite Kondensatorteilseitenfläche 332 ist die Seite des zweiten Kondensatorteils 33 in der dritten Richtung X3. Die zweite Kondensatorteilseitenfläche 332 erstreckt sich entlang der zweiten Richtung X2. Die zweite Kondensatorteilseitenfläche 332 ist in der ersten Richtung X1 vom Ende 311 des zweiten Antennenteils 31 in der dritten Richtung X3 versetzt.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Halbleitersubstrat 1 einen freiliegenden Teil 12A und einen freiliegenden Teil 12B. Der freiliegende Teil 12A und der freiliegende Teil 12B sind die Abschnitte, die von dem ersten Kondensatorteil 23 und von dem zweiten Kondensatorteil 33 freiliegen. Der freiliegende Teil 12A ist versetzt vom ersten Kondensatorteil 23 und dem zweiten Kondensatorteil 33 in der ersten Richtung X1 angeordnet. Der freiliegende Teil 12B ist in die dritte Richtung X3 versetzt vom ersten Kondensatorteil 23 und dem zweiten Kondensatorteil 33 positioniert.
Der erste leitfähige Teil 25 ist mit dem ersten Kondensatorteil 23 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste leitfähige Teil 25 rechteckig. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste leitfähige Teil 25 ein Pad-Abschnitt, an den der Draht 871 (siehe 1) bebondet ist. Wie in 11 dargestellt, weist der erste leitfähige Teil 25 einen Abschnitt auf, der in direktem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 1 gehalten wird. In Dickenrichtung Z1 gesehen, überlappt dieser Kontaktabschnitt mit einem Draht-Bonding-Teil, wobei der Draht 871 und der erste leitfähige Teil 25 miteinander in Kontakt stehen. Wie in 2 dargestellt, weist der erste leitfähige Teil 25 einen Abschnitt 259 auf, der vom ersten Antennenteil 21 in der zweiten Richtung X2 beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12A, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen liegt. Der erste leitfähige Teil 25 beinhaltet eine erste Leitfähigeteilseitenfläche 251. Die erste Leitfähigeteilseitenfläche 251 ist vom ersten Antennenteil 21 in der zweiten Richtung X2 beabstandet, wobei der freiliegende Teil 12A, betrachtet in Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die erste Leitfähigeteilseitenfläche 251 entlang der ersten Richtung X1. Im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform kann die erste Leitfähigeteilseitenfläche 251 gekrümmt sein.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, erreicht der erste leitfähige Teil 25, betrachtet in Dickenrichtung Z1, die Kante 131 und die Kante 132. Wie in 17 dargestellt, sollte das erste leitfähige Teil 25, betrachtet in Dickenrichtung Z1, die Kante 131 und die Kante 132 nicht erreichen. Eine solche Anordnung reduziert die Bildung von Graten bei der Herstellung des Terahertz-Elements B1, die durch das Schneiden des ersten leitfähigen Teils 25 beim Schneiden des Halbleitersubstrats 1 auftreten können.
Der zweite leitfähige Teil 35 ist mit dem zweiten Kondensatorteil 33 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite leitfähige Teil 35 rechteckig. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite leitfähige Teil 35 ein Pad-Abschnitt, an den der Draht 872 gebunden ist. Wie in 12 dargestellt, weist der zweite leitfähige Teil 35 einen Abschnitt auf, der in direktem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 1 gehalten wird. In Dickenrichtung Z1 gesehen, überlappt dieser Kontaktabschnitt mit einem Drahtbondelement, wobei der Draht 872 und der zweite leitfähige Teil 35 miteinander in Kontakt stehen. Wie in 2 dargestellt, weist der zweite leitfähige Teil 359 einen Abschnitt 359 auf, der vom zweiten Antennenteil 31 in der zweiten Richtung X2 beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12B, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen liegt. Der zweite leitfähige Teil 35 beinhaltet eine zweite Leitfähigeteilseitenfläche 351. Die zweite Leitfähigeteilseitenfläche 351 ist von dem zweiten Antennenteil 31 in der zweiten Richtung X2 beabstandet, wobei der freiliegende Teil 12B, betrachtet in Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen liegt. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die zweite Leitfähigeteilseitenfläche 351 entlang der ersten Richtung X1. Im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform kann die zweite Leitfähigeteilseitenfläche 351 gekrümmt sein.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, erreicht der zweite leitfähige Teil 35, betrachtet in Dickenrichtung Z1, die Kante 133 und die Kante 132. Wie in 17 dargestellt, sollte das erste leitfähige Teil 35, betrachtet in Dickenrichtung Z1, die Kante 133 und die Kante 132 nicht erreichen. Eine solche Anordnung reduziert die Bildung von Graten bei der Herstellung des Terahertz-Elements B1, die durch das Schneiden des zweiten leitfähigen Teils 35 beim Schneiden des Halbleitersubstrats 1 auftreten können.
Die in den 8-15 dargestellte Isolierschicht 4 ist beispielsweise aus SiO₂. Alternativ kann das Material, das die Isolierschicht 4 bildet, Al₂N₄, SiON, HfO₂ oder Al₂O₃ sein. Die Isolierschicht 4 kann eine Dicke von etwa 10 nm bis 1000 nm aufweisen. Die Isolierschicht 4 kann beispielsweise durch CVD oder Sputtern gebildet werden. Die Isolierschicht 4 ist zwischen der ersten leitfähigen Schicht 2 (z. B. dem ersten Antennenteil 21, dem ersten Induktivitätsteil 22 und dem ersten leitfähigen Teil 25) und dem Halbleitersubstrat 1 eingefügt sowie zwischen der zweiten leitfähigen Schicht 3 (dem zweiten Antennenteil 31, dem zweiten Induktivitätsteil 32 und dem zweiten leitfähigen Teil 35) und dem Halbleitersubstrat 1. Wie vorstehend beschrieben, ist ein Teil der Isolierschicht 4 zwischen dem ersten Kondensatorteil 23 und dem zweiten Kondensatorteil 33 angeordnet.
16 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung A1 von 1.
Die in 16 dargestellte Leiterplatte 81 ist beispielsweise eine Glas-Epoxid-Platte. Das Terahertz-Element B1 ist auf der Leiterplatte 81 angeordnet. Die Leiterplatte 81 ist mit einem Verdrahtungsmuster 82 ausgebildet. Das Verdrahtungsmuster 82 beinhaltet einen ersten Abschnitt 821 und einen zweiten Abschnitt 822. Der erste Abschnitt 821 und der zweite Abschnitt 822 sind voneinander beabstandet.
Das Isolierteil 85 ist auf der Leiterplatte 81 angeordnet. Das Isolierteil 85 kann aus Harz (z.B. Epoxidharz) sein. Das Isolierteil 85 hat eine Oberfläche 853. Die Oberfläche 853 steht in Dickenrichtung einer Seite der Leiterplatte 81 gegenüber (was der Dickenrichtung Z1 des Halbleitersubstrats 1 in der vorliegenden Ausführungsform entspricht) . Das Isolierteil 85 ist mit einer Öffnung 851 ausgebildet, in der das Terahertz-Element B1 untergebracht ist. Die Öffnung 851 weist eine erste Seitenfläche 851A und eine zweite Seitenfläche 851B auf. Die erste Seitenfläche 851A ist in Bezug auf die Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81 geneigt. Die zweite Seitenfläche 851B ist zwischen der ersten Seitenfläche 851A und der Leiterplatte 81 in Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81 angeordnet. Die zweite Seitenfläche 851B erstreckt sich entlang der Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81. Das Maß der zweiten Seitenfläche 851B in Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81 ist größer als das Maß des Terahertz-Elements B1 in Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81.
Wie in 16 dargestellt, kann auf der ersten Seitenfläche 851A eine Metallschicht 86 gebildet sein. Wie in der Figur dargestellt, kann die Metallschicht 86 auch auf der zweiten Seitenfläche 851B gebildet sein. Die Metallschicht 86 kann durch Metallbeschichtung gebildet werden. Die Metallschicht 86 reflektiert Terahertzwellen effizient. Die Drähte 871 und 872 sind mit dem Terahertz-Element B1 und der Leiterplatte 81 (genauer gesagt dem Verdrahtungsmuster 82) verbunden. Der Draht 871 ist mit dem ersten leitfähigen Teil 25 des Terahertz-Elements B1 und dem ersten Teil 821 des Verdrahtungsmusters 82 verbunden. Der Draht 872 ist mit dem zweiten leitfähigen Teil 35 des Terahertz-Elements B1 und dem zweiten Teil 822 des Verdrahtungsmusters 82verbunden. Die erste Seitenfläche 851A und die zweite Seitenfläche 851B können aus Metall sein.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Halbleitersubstrat 1 den freiliegenden Teil 12A, der von dem ersten Kondensatorteil 23 und dem zweiten Kondensatorteil 33 freiliegt. Der erste leitfähige Teil 25 weist den Abschnitt 259 auf, der vom ersten Antennenteil 21 in der zweiten Richtung X2 beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12A, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen liegt. Eine solche Anordnung reduziert die Fläche der ersten leitfähigen Schicht 2, welche sich in der Nähe des aktiven Elements 5 befindet. Dies reduziert die Möglichkeit, dass die erste leitfähige Schicht 2 (insbesondere der erste leitfähige Teil 25) die Polarisationseigenschaften der vom aktiven Element 5 abgegebenen Terahertzwellen negativ beeinflusst.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 11 dargestellt, weist der erste leitfähige Teil 25 einen Abschnitt auf, der in direktem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 1 gehalten wird. Eine solche Anordnungermöglicht das Verbinden eines Drahtes mit einem relativ harten Abschnitt des ersten leitfähigen Teils 25. Dadurch wird verhindert, dass sich der Draht vom ersten leitfähigen Teil 25 löst. Der zweite leitfähige Teil 35 in 12 hat den gleichen Vorteil.
In der vorliegenden Ausführungsform weist die Öffnung 851 des Isolierteils 85 die erste Seitenfläche 851A auf, wie in 16 dargestellt. Die erste Seitenfläche 851A ist in Bezug auf die Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81 geneigt. Mit einer solchen Anordnung kann selbst dann, wenn vom Terahertz-Element B1 emittierte Terahertzwellen von einer Terahertzwellen-Detektionsvorrichtung zurückreflektiert und auf der ersten Seitenfläche 851A reflektiert werden, verhindert werden, dass sich solche reflektierten Wellen auf die Detektionsvorrichtung zubewegen. Dadurch werden Störungen durch die Reflexion von Terahertzwellen reduziert. Gleichzeitig wird der Antennenwirkungsgrad verbessert.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 16 dargestellt, erstreckt sich die zweite Seitenfläche 851B entlang der Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81. Mit einer solchen Anordnung können Terahertzwellen auf der zweiten Seitenfläche 851B mehrfach reflektiert werden, um sich in Dickenrichtung Z1 zu bewegen. So werden die Terahertzwellen in 16 effizient nach oben gerichtet.
In der vorliegenden Ausführungs form ist das Maß der zweiten Seitenfläche 851B in Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81 größer als das Maß des Terahertz-Elements B1 in Dickenrichtung Z1 der Leiterplatte 81. Mit einer solchen Anordnung werden die Terahertzwellen in 16 effizienter nach oben gerichtet.
<Zweite Ausführungsform>
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
In den folgenden Beschreibungen werden die identischen oder ähnlichen Strukturen mit den gleichen Referenzzeichen wie oben beschrieben und ihre Beschreibung entsprechend weggelassen.
In dem in 18 dargestellten Terahertz-Element B2 beinhaltet der erste leitfähige Teil 25 einen ersten leitfähigen Abschnitt 253 und eine erste Erweiterung 254, die sich aus dem ersten leitfähigen Abschnitt 253 heraus erstreckt. Die erste Erweiterung 254 ist mit dem ersten Kondensatorteil 23 verbunden. Der zweite leitfähige Teil 35 beinhaltet einen zweiten leitfähigen Abschnitt 353 und eine zweite Erweiterung 354, die sich aus dem zweiten leitfähige Abschnitt 353 heraus erstreckt. Die zweite Erweiterung 354 ist mit dem zweiten Kondensatorteil 33 verbunden. Da die anderen Punkte des Terahertz-Elements B2 im Allgemeinen die gleichen sind wie die oben beschriebenen wie beim Terahertz-Element B1, entfällt die Beschreibung. Die vorliegende Ausführungsform bietet die gleichen Vorteile wie die vorstehend beschriebenen in Bezug auf die erste Ausführungsform.
<Dritte Ausführungsform>
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
Das in 19 dargestellte Terahertz-Element B3 unterscheidet sich vom Terahertz-Element B1 in der Form der ersten leitfähigen Schicht 2 und der zweiten leitfähigen Schicht 3. Im Terahertz-Element B3 beinhaltet die zweite leitfähige Schicht 3 einen zweiten leitfähigen Teil 35, der gegenüber dem ersten leitfähigen Teil 25 mit dem aktiven Element 5 dazwischen angeordnet ist.
Die erste leitfähige Schicht 2 beinhaltet einen dritten Induktivitätsteil 236 und einen dritten Kondensatorteil 237, zusätzlich zum ersten Antennenteil 21, dem ersten Induktivitätsteil 22, dem ersten Kondensatorteil 23 und dem ersten leitfähigen Teil 25. Die zweite leitfähige Schicht 3 beinhaltet einen vierten Induktivitätsteil 336 und einen vierten Kondensatorteil 337, zusätzlich zu dem zweiten Antennenteil 31, dem zweiten Induktivitätsteil 32, dem zweiten Kondensatorteil 33 und dem zweiten leitfähigen Teil 35.
Das erste Antennenteil 21 erstreckt sich entlang der ersten Richtung X1. Der erste Induktivitätsteil 22 ist mit dem ersten Antennenteil 21 und dem ersten Kondensatorteil 23 verbunden und erstreckt sich vom ersten Antennenteil 21 bis zumersten Kondensatorteil 23 entlang der zweiten Richtung X2. Der dritte Induktivitätsteil 236 ist mit dem ersten Antennenteil 21 und dem dritten Kondensatorteil 237 verbunden und erstreckt sich vom dritten Kondensatorteil 237 zum ersten Antennenteil 21 entlang der zweiten Richtung X2. Der erste Induktivitätsteil 22 und der dritte Induktivitätsteil 236 wirken als Induktivität.
Die Länge des ersten Induktivitätsteils 22 und des dritten Induktivitätsteils 236 in der zweiten Richtung X2 ist beispielsweise 10 µm bis 200 µm. Die Breite des ersten Induktivitätsteils 22 und des dritten Induktivitätsteils 236 beträgt beispielsweise jeweils 1 µm bis 10 µm. Um die gleiche Schwingungsfrequenz wie das Terahertz-Element B1 der ersten Ausführungsform zu erhalten, kann die Länge in der zweiten Richtung X2 des ersten Induktivitätsteils 22 und des dritten Induktivitätsteils 236 der vorliegenden Ausführungsform jeweils auf das Doppelte der Länge in der zweiten Richtung X2 des ersten Induktivitätsteils 22 der ersten Ausführungsform eingestellt werden.
Der zweite Antennenteil 31 erstreckt sich entlang der dritten Richtung X3. Der zweite Induktivitätsteil 32 ist mit dem zweiten Antennenteil 31 und dem zweiten Kondensatorteil 33 verbunden und erstreckt sich vom zweiten Antennenteil 31 bis zum zweiten Kondensatorteil 33 entlang der zweiten Richtung X2. Der vierte Induktivitätsteil 336 ist mit dem zweiten Antennenteil 31 und dem vierten Kondensatorteil 337 verbunden und erstreckt sich vom vierten Kondensatorteil 337 zum zweiten Antennenteil 31 entlang der zweiten Richtung X2. Der zweite Induktivitätsteil 32 und der vierte Induktivitätsteil 336 wirken als Induktivität.
Die Länge des zweiten Induktivitätsteils 32 und des vierten Induktivitätsteils 336 in der zweiten Richtung X2 beträgt jeweils beispielsweise 10 µm bis 200 µm. Die Breite des zweiten Induktivitätsteils 32 und des vierten Induktivitätsteils 336 beträgt beispielsweise jeweils 1 µm bis 10 µm zum Beispiel. Um die gleiche Schwingungsfrequenz wie das Terahertz-Element B1 der ersten Ausführungsform zu erhalten, kann die Länge in der zweiten Richtung X2 des zweiten Induktivitätsteils 32 und des vierten Induktivitätsteils 336 der vorliegenden Ausführungsform jeweils auf das Doppelte der Länge in der zweiten Richtung X2 des zweiten Induktivitätsteils 32 der ersten Ausführungsform eingestellt werden.
Der erste Kondensatorteil 23 und der zweite Kondensatorteil 33 werden hier nicht beschrieben, da die zuvor angeführte Beschreibung der ersten Ausführungsform anwendbar ist.
Das Halbleitersubstrat 1beinhaltet einen freiliegenden Teil 12A, einen freiliegenden Teil 12B, einen freiliegenden Teil 12C und einen freiliegenden Teil 12D. Da das exponierte Teil 12Aunddas exponierte Teil 12B wie vorstehend in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, wurde die Beschreibung in der vorliegenden Ausführungsform weggelassen. Das freiliegende Teil 12C und das freiliegende Teil 12D sind die Abschnitte, die vom dritten Kondensatorteil 237 und dem vierten Kondensatorteil 337 freiliegen. Das freiliegende Teil 12C ist in der ersten Richtung X1 versetzt vom dritten Kondensatorteil 237 und vierten Kondensatorteil 337 angeordnet. Der freiliegende Teil 12D ist in der dritten Richtung X3 versetzt zum dritten Kondensatorteil 237 und vierten Kondensatorteil 337 angeordnet.
Der erste leitfähige Teil 25 ist mit dem ersten Kondensatorteil 23 verbunden. Die Gesamtheit des ersten Kondensatorteils 23 überlappt in der ersten Richtung X1 den ersten leitfähigen Teil 25. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste leitfähige Teil 25 rechteckig. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste leitfähige Teil 25 ein leitfähiger Abschnitt, an den ein Draht gebondet ist. Der erste leitfähige Teil 25 weist einen Abschnitt 259A auf, der vom ersten Antennenteil 21 in der zweiten Richtung X2 beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12A, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen liegt. Der erste leitfähige Teil 25 weist einen Abschnitt 259B auf, der vom zweiten Antennenteil 31 in der zweiten Richtung X2 beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12B, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen angeordnet ist.
Der zweite leitfähige Teil 35 ist mit dem vierten Kondensatorteil 337 verbunden. Die Gesamtheit des vierten Kondensatorteils 337 überlappt in der ersten Richtung X1 den zweiten leitfähigen Teil 35. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite leitfähige Teil 35 rechteckig. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste leitfähige Teil 35 ein leitfähiger Abschnitt, an den ein Draht gebondet ist. Der zweite leitfähige Teil 35 weist einen Abschnitt 359A auf, der vom ersten Antennenteil 21 in der vierten Richtung X4, die der zweiten Richtung X2 entgegengesetzt ist, beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12C, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen liegt. Der zweite leitfähige Teil 35 weist einen Abschnitt 359B auf, der vom zweiten Antennenteil 31 in der vierten Richtung X4 beabstandet ist, wobei der freiliegende Teil 12B, betrachtet in der Dickenrichtung Z1, zwischen ihnen angeordnet ist.
Die vorliegende Ausführungsform bietet die gleichen Vorteile wie die vorstehend beschriebenen in Bezug auf die erste Ausführungsform.
<Vierte Ausführungsform>
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden mit Bezug auf 20 beschrieben.
In dem in der Figur gezeigten Terahertz-Element B4 weist die erste leitfähige Schicht 2 einen Abschnitt 29 und die zweite leitfähige Schicht 3 einen Abschnitt 39 auf. Alternativ oder ergänzend können der Abschnitt 2 9 und der Abschnitt 39 übereinandergestapelt und voneinander isoliert sein. Die vorliegende Ausführungsform bietet die gleichen Vorteile wie die vorstehend beschriebenen in Bezug auf die erste Ausführungsform.
<Beispiele>
Beispiele für die erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 21-25 beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Beispiele für die erste Ausführungsform sind auch auf die anderen Ausführungsformen als die erste Ausführungsform (d. h. die zweite, dritte und vierte Ausführungsform) anwendbar.
Wie in den 21 und 22 dargestellt, ist das Maß einer Seite der Halbleitervorrichtung A1 in planmäßiger Darstellung als Maß L11, das Maß der anderen Seite als Maß L12 und der Innendurchmesser der Öffnung 851 als Innendurchmesser D1 definiert. Wie in 22 dargestellt, ist das Maß der ersten Seitenfläche 851A der Öffnung 851 in Richtung Z1 als Maß L22 und das Maß der zweiten Seitenfläche 851B der Öffnung 851 in Richtung Z1 als Maß L21 definiert. 21 und 22 sind Ansichten, die 1 bzw. 16 entsprechen, und zu denen Angaben über Maße und Innendurchmesser hinzugefügt sind.
23 zeigt den Antennengewinn (Gain) über die Frequenzen von Terahertzwellen aus der Halbleitervorrichtung A1 für verschiedene Innendurchmesser D1. 23 zeigt die Berechnungsergebnisse in den Fällen, in denen der Innendurchmesser D1 1,8 mm, 2,0 mm und 2,2 mm beträgt. Es ist zu beachten, dass die Maßen L11 und L12 jeweils auf 3,4 mm, das Maß L21 bis 0,9 mm und das Maß L22 bis 1,0 mm eingestellt sind. Die erste Seitenfläche 851A der Öffnung 851 ist um 20 Grad in Bezug auf die Richtung Z1 geneigt. Es ist bevorzugt, wenn der Antennengewinn der Halbleitervorrichtung A1 beispielsweise nicht kleiner als 7 dB oder 8 dB ist. In dem in 23 dargestellten Beispiel beträgt der Antennengewinn der Halbleitervorrichtung A1 beispielsweise nicht weniger als 7 dB in jedem der Fälle, in denen der Innendurchmesser D11, 8 mm, 2,0 mm und 2, 2 mmbeträgt. Bevorzugte Ergebnisse werden beispielsweise erreicht, wenn die Frequenz des Terahertz-Elements im Bereich von 300 bis 330 GHz liegt. Es können jedoch auch andere Frequenzen des Terahertz-Elements als dieser Bereich verwendet werden. Gemäß 23 kann der Innendurchmesser D1 beispielsweise auf 1, 7 bis 1, 9 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse bei einem Innendurchmesser D1 von 1,8 mm. Gemäß 23 kann der Innendurchmesser D1 beispielsweise auf 1,9 bis 2,1 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse bei einem Innendurchmesser D1 von 2,0 mm. Gemäß 23 kann der Innendurchmesser D1 beispielsweise auf 2,1 bis 2,3 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse bei einem Innendurchmesser D1 von 2,2 mm. Außerdem kann der Innendurchmesser D1 auf 1,7 bis 2,3 mm eingestellt werden.
24 zeigt den Antennengewinn (Gain) über die Frequenzen von Terahertzwellen aus der Halbleitervorrichtung A1 für verschiedene Maße L21. 24 zeigt die Berechnungsergebnisse in den Fällen, in denen das Maß L21 0,3 mm, 0,6 mm und 0,9 mm beträgt. In dem in 24 dargestellten Beispiel wird das Maß L21 relativ groß gewählt, um die Leistung der Halbleitervorrichtung A1 zu verbessern. Es ist zu beachten, dass das Maß L11 und L12 jeweils 3,4 mm, der Innendurchmesser D1 2,2 mm und das Maß L22 1,0 mm betragen. Die erste Seitenfläche 851A der Öffnung 851 ist um 20 Grad in Bezug auf die Richtung Z1 geneigt. Es ist bevorzugt, wenn der Antennengewinn der Halbleitervorrichtung A1 beispielsweise nicht kleiner als 7 dB oder 8 dB ist. In dem in 24 dargestellten Beispiel weist die Halbleitervorrichtung A1 einen Antennengewinn beispielsweise von nicht weniger als 7 dB auf, in jedem der Fälle, in denen das Maß L21 0,3 mm, 0,6 mm und 0,9 mm beträgt. Bevorzugte Ergebnisse werden beispielsweise erreicht, wenn die Frequenz des Terahertz-Elements im Bereich von 300 bis 330 GHz liegt. Es können jedoch auch andere Frequenzen des Terahertz-Elements als dieser Bereich verwendet werden. Gemäß 24 kann das Maß L21 beispielsweise auf 0,2 bis 0,4 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse, wenn das Maß L21 0,3 mm beträgt. Gemäß 24 kann das Maß L21 beispielsweise auf 0,5 bis 0,7 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse bei einem Maß L21 von 0,6 mm. Gemäß 24 kann das Maß L21 beispielsweise auf 0,8 bis 1,0 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse, wenn das Maß L21 0,9 mm beträgt. Außerdem kann das Maß L21 auf 0,2 bis 1,0 mm eingestellt werden.
25 zeigt den Antennengewinn (Gain) über die Frequenzen von Terahertzwellen aus der Halbleitervorrichtung A1 für verschiedene Maße L22. 25 zeigt die Berechnungsergebnisse in den Fällen, in denen das Maß L22 0,7 mm, 1,0 mm und 1,3 mm beträgt. In dem in 25 dargestellten Beispiel wird das Maß L22 relativ groß gewählt, um die Leistung der Halbleitervorrichtung A1 zu verbessern. Es ist zu beachten, dass die maßen L11 und L12 jeweils 3,4 mm, der Innendurchmesser D1 2,2 mm und das Maß L21 0,9 mm betragen. Die erste Seitenfläche 851A der Öffnung 851 ist um 20 Grad in Bezug auf die Richtung Z1 geneigt. Es ist bevorzugt, wenn der Antennengewinn der Halbleitervorrichtung A1 beispielsweise nicht kleiner als 7 dB oder 8 dB ist. In dem in 25 dargestellten Beispiel weist die Halbleitervorrichtung A1 einen Antennengewinn beispielsweise von nicht weniger als 7 dB auf, in jedem der Fälle, in denen das Maß L22 0,7 mm, 1,0 mm und 1,3 mm beträgt. Bevorzugte Ergebnisse werden beispielsweise erreicht, wenn die Frequenz des Terahertz-Elements im Bereich von 300 bis 330 GHz liegt. Es können jedoch auch andere Frequenzen des Terahertz-Elements als dieser Bereich verwendet werden. Gemäß 25 kann das Maß L21 beispielsweise auf 0,6 bis 0,8 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse, wenn das Maß L22 0,7 mm beträgt. Gemäß 25 kann das Maß L22 beispielsweise auf 0,9 bis 1,1 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse bei einem Maß L22 von 1,0 mm. Gemäß 25 kann das Maß L22 beispielsweise auf 1,2 bis 1,4 mm eingestellt werden unter Berücksichtigung Ergebnisse, wenn das Maß L22 1,3 mmbeträgt. Außerdem kann das Maß L22 auf 0,6 bis 1,4 mm eingestellt werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt. Die spezifische Konfiguration jedes Teils der vorliegenden Offenbarung kann in vielerlei Hinsicht variieren.

Claims

Terahertz-Element (B1), umfassend: ein Halbleitersubstrat (1); eine erste leitfähige Schicht (2) und eine zweite leitfähige Schicht (3), die jeweils abschnittsweise auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet und voneinander isoliert sind; und ein aktives Element (5), das auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet und elektrisch mit der ersten leitfähigen Schicht (2) und der zweiten leitfähigen Schicht (3) verbunden ist, wobei: die erste leitfähige Schicht (2) einen ersten Antennenteil (21), der sich entlang einer ersten Richtung (X1) erstreckt, einen ersten Kondensatorteil (23), der, in einer Dickenrichtung (Z1) des Halbleitersubstrats (1) betrachtet, in einer zweiten Richtung (X2) versetzt vom aktiven Element (5) positioniert ist, und einen ersten leitfähigen Teil (25), der mit dem ersten Kondensatorteil (23) verbunden ist, aufweist, die zweite Richtung (X2) senkrecht zu der Dickenrichtung (Z1) und der ersten Richtung (X1) ist, die zweite leitfähige Schicht (3) einen zweiten Kondensatorteil (33), der über den ersten Kondensatorteil (23) gestapelt und von diesem isoliert ist, aufweist, das Halbleitersubstrat (1) einen freiliegenden Teil (12A) beinhaltet, der mit dem ersten Kondensatorteil (23) aus erster Richtung (X1) gesehen überlappt und auf einer Seite in der ersten Richtung (X1) von diesem angeordnet ist und der von dem ersten Kondensatorteil (23), dem zweiten Kondensatorteil (33) und der ersten leitfähigen Schicht (2) freiliegt, und der erste leitfähige Teil (25) einen Abschnitt, der, in Dickenrichtung gesehen, von dem ersten Antennenteil (21) in der zweiten Richtung (X2) mit dem freiliegenden Teil (12A) dazwischenliegend beabstandet ist, aufweist.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 1, wobei die zweite leitfähige Schicht (3) einen zweiten Antennenteil (31) beinhaltet, der sich entlang einer dritten Richtung (X3) erstreckt, die der ersten Richtung (X1) entgegengesetzt ist.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 2, wobei die erste leitfähige Schicht (2) einen ersten Induktivitätsteil (22) beinhaltet, der mit dem ersten Antennenteil (21) und dem ersten Kondensatorteil (23) verbunden ist, während er sich von dem ersten Antennenteil (21) zu dem ersten Kondensatorteil (23) entlang der zweiten Richtung (X2) erstreckt, und wobei die zweite leitfähige Schicht (3) einen zweiten Induktivitätsteil (32) beinhaltet, der mit dem zweiten Antennenteil (31) und dem zweiten Kondensatorteil (33) verbunden ist, während er sich von dem zweiten Antennenteil (31) zu dem zweiten Kondensatorteil (33) entlang der zweiten Richtung (X2) erstreckt.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Kondensatorteil (23) eine erste Kondensatorteilseitenfläche (231) aufweist, die eine Seite des ersten Kondensatorteils (23) in der ersten Richtung (X1) ist, wobei die erste Kondensatorteilseitenfläche (231) des ersten Kondensatorteils (23) in der dritten Richtung (X3) von einem Ende (221) des ersten Antennenteils (21) in der ersten Richtung (X1) versetzt ist, wobei der zweite Kondensatorteil (33) eine erste Kondensatorteilseitenfläche (331) aufweist, die sich auf einer Seite des zweiten Kondensatorteils (33) in der ersten Richtung (X1) befindet, und wobei die erste Kondensatorteilseitenfläche (331) des zweiten Kondensatorteils (33) in der dritten Richtung (X3) von dem Ende (221) des ersten Antennenteils (21) in der ersten Richtung (X1) versetzt ist.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 4, wobei der erste Kondensatorteil (23) eine zweite Kondensatorteilseitenfläche (232) aufweist, die sich auf einer Seite des ersten Kondensatorteils (23) in der dritten Richtung (X3) befindet, wobei die zweite Kondensatorteilseitenfläche (232) des ersten Kondensatorteils (23) in der ersten Richtung (X1) von einem Ende (311) des zweiten Antennenteils (31) in der dritten Richtung (X3) versetzt ist, wobei der zweite Kondensatorteil (33) eine zweite Kondensatorteilseitenfläche (332) aufweist, die sich auf einer Seite des zweiten Kondensatorteils (33) in der dritten Richtung (X3) befindet, und wobei die zweite Kondensatorteilseitenfläche (332) des zweiten Kondensatorteils (33) in der ersten Richtung (X1) von dem Ende (311) des zweiten Antennenteils (31) in der dritten Richtung (X3) versetzt ist.
Terahertz-Element gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei der erste Kondensatorteil (23) ein Maß in der ersten Richtung (X1) aufweist, das sich von einem Maß des zweiten Kondensatorteils (33) in der zweiten Richtung (X2) unterscheidet.
Terahertz-Element gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei der erste leitfähige Teil (25) eine erste Leitfähigeteilseitenfläche (251) aufweist, die vom ersten Antennenteil (21) in der zweiten Richtung (X2) beabstandet ist, und wobei sich die erste Leitfähigeteilseitenfläche (251) entlang der ersten Richtung erstreckt (X1).
Terahertz-Element nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der erste leitfähige Teil (25) einen Abschnitt aufweist, der in direktem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat (1) gehalten wird.
Terahertz-Element gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei die zweite leitfähige Schicht (3) einen zweiten leitfähigen Teil (35) beinhaltet, der mit dem zweiten Kondensatorteil (33) verbunden ist, und wobei der erste leitfähige Teil (25) in der ersten Richtung (X1) von dem zweiten leitfähigen Teil (35) beabstandet ist.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 9 wobei der erste leitfähige Teil (25) einen ersten leitfähigen Abschnitt (253) und eine erste Erweiterung (254) beinhaltet, die sich aus dem ersten leitfähigen Abschnitt (253) heraus erstreckt, wobei die erste Erweiterung (254) mit dem ersten Kondensatorteil (23) verbunden ist, wobei der zweite leitfähige Teil (35) einen zweiten leitfähigen Abschnitt (353) und eine zweite Erweiterung (354) beinhaltet, die sich aus dem zweiten leitfähigen Abschnitt (353) heraus erstreckt, und wobei die zweite Erweiterung (354) mit dem zweiten Kondensatorteil (33) verbunden ist.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 3, wobei die zweite leitfähige Schicht (3) einen zweiten leitfähigen Teil (35) beinhaltet, der dem ersten leitfähigen Teil (25) mit dem aktiven Element (5) dazwischen gegenüberliegt.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 11, wobei eine Gesamtheit des ersten Kondensatorteils (23) mit dem ersten leitfähigen Teil (25) in der ersten Richtung (X1) überlappt.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die erste leitfähige Schicht (2) einen dritten Kondensatorteil (237) und einen dritten Induktivitätsteil (236) beinhaltet, wobei der dritte Kondensatorteil (237) dem ersten Kondensatorteil (23) mit dem ersten Antennenteil (21) dazwischenliegend gegenüberliegt, wobei der dritte Induktivitätsteil (236) mit dem ersten Antennenteil (21) und dem dritten Kondensatorteil (237) verbunden ist, während er sich vom dritten Kondensatorteil (237) zum ersten Antennenteil (21) entlang der zweiten Richtung (X2) erstreckt, wobei die zweite leitfähige Schicht (3) einen vierten Kondensatorteil (337) und einen vierten Induktivitätsteil (336) beinhaltet, wobei der vierte Kondensatorteil (337) dem zweiten Kondensatorteil (33) mit dem zweiten Antennenteil (31) dazwischenliegend gegenüberliegt, und wobei der vierte Induktivitätsteil (336) mit dem zweiten Antennenteil (31) und dem vierten Kondensatorteil (337) verbunden ist, während er sich von dem vierten Kondensatorteil (337) zu dem zweiten Antennenteil (31) entlang der zweiten Richtung (X2) erstreckt.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine Isolierschicht (4), die jeweils abschnittsweise zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der zweiten leitfähigen Schicht (3) sowie zwischen der ersten leitfähigen Schicht (2) und der zweiten leitfähigen Schicht (3) angeordnet ist.
Terahertz-Element gemäß Anspruch 14, wobei ein Teil der Isolierschicht (4) zwischen dem ersten Kondensatorteil (23) und dem zweiten Kondensatorteil (33) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung (A1), umfassend: einen Träger (81); ein Terahertz-Element (B1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Terahertz-Element (B1) auf dem Träger (81) angeordnet ist; und ein auf dem Träger (81) angeordnetes Isolierteil (85), wobei: das Isolierteil (85) mit einer Öffnung ausgebildet ist, in der das Terahertz-Element (B1) untergebracht ist, und die Öffnung eine Seitenfläche mit einem ersten Teilabschnitt aufweist, der in Bezug auf eine Dickenrichtung des Trägers (81) geneigt ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Seitenfläche einen zweiten Teilabschnitt aufweist, der das Terahertz-Element (B1) umgibt und zwischen dem ersten Teilabschnitt und dem Träger (81) angeordnet ist, und wobei der zweite Teilabschnitt sich entlang der Dickenrichtung des Trägers (81) erstreckt.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei der zweite Teilabschnitt ein Maß in der Dickenrichtung des Trägers (81) aufweist, das größer ist als ein Maß des Terahertz-Elements (B1) in der Dickenrichtung des Trägers (81).
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 17 oder 18, ferner umfassend eine Metallschicht (88), die auf der Seitenfläche ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 16-19, ferner umfassend einen Draht (871; 872), der mit dem Terahertz-Element (B1) und dem Träger (81) gebondet ist.