JP2013236326A - 発振素子、受信素子、及び測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発振素子100は、電磁波を共振させるための共振部101と、共振部の端面に設けられて共振部から電磁波を出射させるための2つの導体層104、105を含む積層構造を有したアンテナ部102を備える。2つの導体層は、積層構造の積層方向に間隔を隔てて少なくとも一部が重なるインピーダンス整合に係る整合領域110を有する。整合領域は、共振部からアンテナ部に向かって伸長する方向に積層方向から見て先細りしたテーパー状を有する。
【選択図】図1
Description
(実施形態)
発振素子の一実施形態について、図1、図2及び図3を用いて説明する。図1は、発振素子100の外観を示す斜視図で、図2(a)は発振素子100の上面図、図2(b)、(c)はそれぞれ図2(a)のA−A’線、B−B’線における発振素子100の断面図である。また、図3は、複数の変形例のアンテナ部102の整合領域110の上面図である。
こうした受信素子は、電磁波を共振させるための共振部と、共振部の端面に設けられて共振部へと電磁波を入射させるための2つの導体層を含む積層構造を有したアンテナ部と、を備える。ここでも、整合領域は、共振部からアンテナ部に向かって伸長する方向に前記積層方向から見て先細りしたテーパー状を有する。
(実施例1)
本発明の発振素子の具体的な実施例1について、図5と図6を用いて説明する。図5は本実施例の斜視図で、図6は上面図である。本実施例では、活性層203として、サブバンド間遷移によりテラヘルツ波を発生するInGaAs/InAlAs系の3重障壁共鳴トンネルダイオード(RTD)構造を含む半導体積層構造を用いた。RTD構造は、n−InGaAs(厚さ50nm、Si、キャリア濃度2×1018cm−3)、InGaAs(5nm)、AlAs(1.3nm)、InGaAs(7.6nm)、InAlAs(2.6nm)、InGaAs(5.6nm)、AlAs(1.3nm)、InGaAs(5nm)、n−InGaAs(50nm、Si、2×1018cm−3)の順に積層された半導体量子井戸構造である。RTD構造の上下に配置された高濃度にキャリアドープしたn+InGaAs(400nm、1×1019cm−3)により、RTD構造と第一の導体層204及び第二の導体層205とを比較的低抵抗で接続する。
本発明の実施例2である発振素子300について、図7を用いて説明する。図7は素子の斜視図である。第一の基板303上に形成された共振部301は実施例1と同じRTD構造を用いている。また、その他の構成材料は基板を除き実施例1と同じものを用い、製造方法も共振部301の作製までは実施例1と同じ製造方法で作製した。ここで、基板は第一の基板303、第二の基板304ともに高抵抗シリコン基板を用いている。また、実施例1で述べたように、第一の基板303及び第二の基板304は、半導体、誘電体若しくは絶縁性材料であればシリコンに限らない。その後、層間絶縁膜305で活性層306の構造の埋め込みを行い、ドライエッチング法で活性層306の上部を露出させ、第二の導体層308を形成する。また、アンテナ部302の第三の導体層309と共振部の第一の導体層307は実施例1と同様に同時形成されている。アンテナ部302の第四の導体層310のパターンは第二の接合電極312も兼ねている。第四の導体層310形成と同時に第一の接合電極311も形成する。接合用金バンプ314を第一の接合電極311と第二の接合電極312上に形成し、第一の基板303と第二の基板304を対向させ、接合する。この様にして、アンテナ部は、第一の基板、2つの導体層の一方である第三の導体層、層間絶縁膜、2つの導体層の他方である第四の導体層、第二の基板の順に重なって構成される。
Claims (13)
- 電磁波を共振させるための共振部と、
前記共振部の端面に設けられて前記共振部から前記電磁波を出射させるための2つの導体層を含む積層構造を有したアンテナ部と、
を備えた電磁波を発振する発振素子であって、
前記2つの導体層は、前記積層構造の積層方向に間隔を隔てて少なくとも一部が重なるインピーダンス整合に係る整合領域を有し、
前記整合領域は、前記共振部から前記アンテナ部に向かって伸長する方向に前記積層方向から見て先細りしたテーパー状を有することを特徴とする発振素子。 - 前記共振部は、第一の導体層、電磁波に対して利得を有する利得媒質、第二の導体層がこの順に積層されて構成され、
前記アンテナ部の2つの導体層は、利得媒質または絶縁体を介して少なくとも一部が重なって整合領域を構成することを特徴とする請求項1に記載の発振素子。 - 前記共振部の第一の導体層と第二の導体層は、誘電率実部が負の負誘電率媒質を含むプラズモン導波路構造を構成することを特徴とする請求項2に記載の発振素子。
- 前記共振部の第一の導体層と第二の導体層は、前記導波路構造の導波モードないし当該発振素子の発振モードにおける電磁波の管内波長以下の距離に近接することを特徴とする請求項2または3に記載の発振素子。
- 前記共振部は、キャリアのサブバンド間遷移によりテラヘルツ波を発生する多重量子井戸構造を含み構成されることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の発振素子。
- 前記第一の導体層と前記2つの導体層の一方である第三の導体層とが電気的に接続され、且つ、前記第二の導体層と前記2つの導体層の他方である第四の導体層とが電気的に接続されることを特徴とする請求項2から5の何れか1項に記載の発振素子。
- 前記整合領域は、前記アンテナ部の入力インピーダンスと前記共振部の特性インピーダンスとを近接させるように構成されることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の発振素子。
- 当該発振素子において発振した電磁波を自由空間に放射する出射端を有し、
前記アンテナ部は、電磁波の伝播の方向に前記整合領域のテーパー状の幅を徐々に小さくして前記出射端において自由空間に整合するようにした開口アンテナであることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の発振素子。 - 前記アンテナ部は、前記2つの導体層である第三の導体層と第四の導体層がそれぞれ異なる層にて形成される平面型アンテナであることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の発振素子。
- 前記アンテナ部は、第一の基板、前記2つの導体層の一方である第三の導体層、層間絶縁膜、前記2つの導体層の他方である第四の導体層、第二の基板の順に重なって構成されることを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の発振素子。
- 前記電磁波は、30GHzから30THzまでの周波数領域の電磁波であることを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の発振素子。
- 電磁波を共振させるための共振部と、
前記共振部の端面に設けられて前記共振部へと前記電磁波を入射させるための2つの導体層を含む積層構造を有したアンテナ部と、
を備えた電磁波を検出する受信素子であって、
前記2つの導体層は、前記積層構造の積層方向に間隔を隔てて少なくとも一部が重なるインピーダンス整合に係る整合領域を有し、
前記整合領域は、前記共振部から前記アンテナ部に向かって伸長する方向に前記積層方向から見て先細りしたテーパー状を有することを特徴とする受信素子。 - 発振素子から出射した電磁波が照射された検体からの電磁波を受信素子で検出する測定装置であって、
前記発振素子と前記受信素子のうちの少なくとも一方が、請求項1から11の何れか1項に記載の発振素子、または請求項12に記載の受信素子であり、
検体と相互作用した前記電磁波を検出し、検出した信号から検体の情報を取得することを特徴とする装置。
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BENJAMIN S. WILLIAMS, SUSHIL KUMAR, HANS CALLEBAUT, QING HU, AND JOHN L. RENO: "Terahertz quantum-cascade laser at λ.100 μ m using metal waveguide for mode confinement", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 83, no. 11, JPN7016001115, 15 September 2003 (2003-09-15), pages 2124 - 2126, XP012035076, ISSN: 0003313032, DOI: 10.1063/1.1611642 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106299635A (zh) * | 2015-05-25 | 2017-01-04 | 深圳光启高等理工研究院 | 天线 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US20150303559A1 (en) | 2015-10-22 |
WO2013168596A1 (en) | 2013-11-14 |
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