JP2011135007A - 発振素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 テラヘルツ波を発振させるための発振素子は、以下の通りである。まず、基板120を備える。次に、基板120の上部に設けられ、サブバンド間でのキャリアの遷移によりテラヘルツ波を発生させる活性層101を備える。また、基板120の上部に設けられ、バンド間でのキャリアの遷移により光を発生させる発光層104を備える。そして、発光層104が、発光層104で発生した光を、活性層101に照射可能な位置に配置される。
【選択図】 図1
Description
基板と、
前記基板の上部に設けられ、サブバンド間でのキャリアの遷移によりテラヘルツ波を発生させる活性層と、
前記基板の上部に設けられ、バンド間でのキャリアの遷移により光を発生させる発光層と、を備え、
前記発光層が、該発光層で発生した光を、前記活性層に照射可能な位置に配置されることを特徴とする。
基板と、
前記基板の上部に設けられ、サブバンド間でキャリアを遷移するように構成される多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の上部に設けられる第1の電気接点層と、
前記基板の上部に設けられ、前記多重量子井戸層の下部に設けられる第2の電気接点層と、
前記基板の上部に設けられ、バンド間でのキャリアの遷移により光を発生させる発光層と、を備え、
前記発光層が、該発光層で発生した光を前記多重量子井戸層に照射可能な位置に配置され、且つ前記第2の電気接点層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きいエネルギーの光を発生可能に構成されることを特徴とする。
上記実施形態の発振素子は、半導体素子100を論理回路に適用することも可能である。例えば、本実施形態に係る半導体素子100を、ヘテロバイポーラトランジスタのベースに接続することで、デジタル論路回路として適用することができる。この場合はもちろん、上記実施形態のようにテラヘルツ波などの電磁波を発振させる必要はない。
実施例1の構成について、図1を用いて説明する。本実施例では、サブバンド間遷移が生じるMQW層101として共鳴トンネル構造を用いた。すなわち、第1電気接点層102、MQW層101、第2電気接点層103を含む半導体積層構造により、共鳴トンネルダイオードRTD130(Resonant Tunneling Diode)が構成されている。ここで、第1電気接点層102はMQW層101に電子(本実施例におけるキャリア)を注入する為の層であり、第2電気接点層103はMQW層101から電子を抽出する為の層である。また、第1電気接点層102及び第2電気接点層103は、バンドギャップがEgの材料で構成される。
第一障壁層 AlAs 1.3nm
第一量子井戸層 InGaAs 7.6nm
第二障壁層 InAlAs 2.6nm
第二量子井戸層 InGaAs 5.6nm
第三障壁層 AlAs 1.3nm
ここで、第一量子井戸層114、第二障壁層112、第二量子井戸層115は面方位(100)のInPに格子整合したInGaAs/InAlAsである。また、第一障壁層111、第三障壁層113は、InPに格子整合していないAlAsで、臨界薄膜よりは薄く、エネルギーの高い障壁となっている。
第1電気接点層102及び第2電気接点層103は、n+InGaAsから構成される。第1電気接点層102には第1コンタクト層116及び第1オーミック電極121が接続され、第2電気接点層103には第2コンタクト層117及び第2オーミック電極122が接続されている。ここで、第1コンタクト層116及び第2コンタクト層117は、n++InGaAsから構成され、第1オーミック電極、第2オーミック電極はTi/Pd/Auから構成される。半導体素子100は、第1オーミック電極121と第2オーミック電極122を介して電源123に接続され、駆動用のバイアス電圧が供給される。これらの構成により、半導体素子100はサブバンド間遷移である共鳴トンネル効果により図2(b)に示すような微分負性抵抗が電流―電圧特性に現れる。
n型半導体層124は、pn接合に電子を注入する層であり、本実施例では、ドーピングされたn−InGaAs(厚さ500nm、ドーパント:Si、1e+17cm−3)を用いた。また、p型半導体層125はpn接合に正孔(ホール)を注入する層であり、本実施例では、ドーピングされたp−InGaAs(厚さ500nm、ドーパント:Zn、1e+17cm−3)を用いた。本実施例で用いた発光層104では、InGaAsのバンド間遷移に伴い波長1.65μmの光Aが発生される。p型半導体層125は、高濃度にドーピングされたInGaAs(厚さ500nm、ドーパント:Zn、5e+18cm−3)からなるpコンタクト層126を介して、p型オーミック電極127に接続される。p型オーミック電極127はTi/Pd/Auからなる。第2オーミック電極122とp型オーミック電極127は電源128に接続されており、発光層104にバイアス電圧を印加して、発生する光の強度を調整可能な構成となっている。電源123と電源128は調整部129に接続され、調整部129により、半導体素子100の動作条件を好適に調整可能な構成となっている。
実施例2では、実施例1の半導体素子を活性層として用いたテラヘルツ電磁波発生素子について説明する。図4(a)と(b)は、電磁波共振器としてパッチアンテナ構造を用いたテラヘルツ電磁波発生素子の模式図である。図7(a)は電磁波共振器としてマイクロストリップパッチアンテナ構造を、図7(b)は、スロットアンテナ構造を用いたテラヘルツ電磁波発生素子の模式図である。
実施例3について、図8を用いて説明する。
実施例4について、図9を用いて説明する。
101 活性層
102 第1の電気接点層
103 第2の電気接点層
104 発光層
120 基板
125 p型半導体
124 n型半導体
Claims (7)
- テラヘルツ波を発振させるための発振素子であって、
基板と、
前記基板の上部に設けられ、サブバンド間でのキャリアの遷移によりテラヘルツ波を発生させる活性層と、
前記基板の上部に設けられ、バンド間でのキャリアの遷移により光を発生させる発光層と、を備え、
前記発光層が、該発光層で発生した光を、前記活性層に照射可能な位置に配置されることを特徴とする発振素子。 - 前記活性層の上部に設けられる第1の電気接点層と、
前記基板の上部に設けられ、前記活性層の下部に設けられる第2の電気接点層と、を備え、
前記発光層が、
前記第2の電気接点層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きいエネルギーの光を発生可能に構成され、且つ、
前記発光層で発生した光を、前記第2の電気接点層を介して前記活性層に照射可能な位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の発振素子。 - 前記第1の電気接点層の上部に設けられ、該第1の電気接点層にキャリアを注入するための電極を備え、
前記第1の電気接点層に注入されたキャリアを前記第2の電気接点層から抽出されるように構成されることを特徴とする請求項2に記載の発振素子。 - 前記基板の上部に設けられ、前記活性層から発生したテラヘルツ波を共振させる共振部を備え、
前記共振されたテラヘルツ波を放射するように構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発振素子。 - 前記活性層は、サブバンド間でキャリアを遷移するように構成された多重量子井戸層であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発振素子。
- 前記発光層が、p型半導体とn型半導体との互いに接する界面で発光可能に構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発振素子。
- 基板と、
前記基板の上部に設けられ、サブバンド間でキャリアを遷移するように構成される多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の上部に設けられる第1の電気接点層と、
前記基板の上部に設けられ、前記多重量子井戸層の下部に設けられる第2の電気接点層と、
前記基板の上部に設けられ、バンド間でのキャリアの遷移により光を発生させる発光層と、を備え、
前記発光層が、該発光層で発生した光を前記多重量子井戸層に照射可能な位置に配置され、且つ前記第2の電気接点層におけるバンドギャップエネルギーよりも大きいエネルギーの光を発生可能に構成されることを特徴とする半導体素子。
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