JP5196750B2 - 発振素子 - Google Patents
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Description
Differential Conductance)が大きいことが望ましい。
Japanese Journal of Applied Physics, vol.44,2005,pp.7809−7815
Physics Letters, vol.47, p.322, 1985)より算出したものである。ここではb=0.4nm(転移距離)、ν=1/3(ポアソン比)と置いた。
GaAs基板:InGaAs井戸層/AlAsP若しくはGaAsP障壁層。
InP基板:InGaAs井戸層/InAlAs若しくはAlAsSb障壁層。ここでは、基板はInP基板であり、例えば、井戸層はIn組成が60%以上100%以下のInGaAsないしInAsであって、障壁層はIn組成が0%以上50%以下のInAlAsないしAlAs若しくはAlAsSbを少なくとも2層含む。
InAs基板:InAsSb井戸層/InAlAs若しくはAlAsSb障壁層。ここでは、基板はInAs基板であり、InAsSb井戸層とInAlAs若しくはAlAsSb障壁層を少なくとも含む。
GaSb基板:InAsSb若しくはInGaSb井戸層/InAlAs若しくはAlAsSb障壁層。ここでは、基板はGaSb基板であって、InAsSb若しくはInGaSb井戸層とInAlAs若しくはAlAsSb障壁層を少なくとも含む。
本発明による第1の実施例は、上記実施形態で説明した図1の構造を有する。本実施例では、3層のAlAs障壁層(厚さ1.4nm)8、10、12を用い、井戸層は、厚さ7.8nmのIn0.7Ga0.3As
9、厚さ5.6nmのIn0.7Ga0.3As 11から成るものである。ここでは、以下の様に多重量子井戸の全体の歪量が1%以下になる様に設計している。
Letters, vol.87, 192113, 2005参照)。
本発明による第2の実施例は、中央の障壁層を格子整合系のIn0.52Al0.48Asにしたものである。そのバンド構造図を図6に示す。61は格子整合系のInGaAsエミッタ層、62と66はそれぞれAlAs障壁層(厚さ1.4nm)、63はIn0.64Ga0.36Asの歪格子で厚さ7.8nmの井戸層、65はIn0.64Ga0.36Asの歪格子で厚さ5.6nmの井戸層である。中央の障壁層64は、すでに述べた様に格子整合系の厚さ2.7nm
のInAlAsである。
本発明による第3の実施例は、これまでの実施例の様なアンテナを用いたタイプでなく、通常のレーザ共振器で用いられている図9の様なストライプ構造に本発明を適用したものである。図9において、92は活性層を含む半導体層である。これは、第1の実施例の3重障壁の量子井戸層を、厚さ53nmのn-InGaAsエミッタ層とコレクタ層(うち障壁層の接する3nmはノンドープとした)、及び厚さ100nmのn+-InGaAsコンタククト層でサンドイッチしたものである。キャリア注入を司るエミッタ、コレクタ層はSiドーピングによる電子濃度を1×1018
cm-3としてある。一方、コンタクト層は、1×1019 cm-3とハイドープにして電極とのコンタクト抵抗を低減する様にしている。更に、この結果、半導体層92の部分の厚さは約324nmとなっている。
本発明による第4の実施例は、図11に示した様に、本発明による発振素子を同一基板上に集積化させ、テラヘルツ出力を向上させた上で、物体の透過/反射イメージングを行うものである。
2、81、90…基板
3、83…誘電体
4、92…利得媒質(ポスト、活性領域)
5、84…共振器(アンテナ)
8、10、12、62、64、66…障壁層
9、11、63、65…井戸層(伝導帯)
16…共振器(伝送路)
94…共振器(ストライプ伝送路)
80…発振素子
86…検査物体(検体)
88…検出器
Claims (10)
- 電磁波を発振するための発振素子であって、
基板と、
前記基板上に設けられる共鳴トンネルダイオードと、を備え、
前記共鳴トンネルダイオードは、
前記基板の格子定数とは異なる格子定数を有し、且つ臨界膜厚よりも薄い膜厚を有する2つ以上の量子井戸層と、
前記2つ以上の量子井戸層をそれぞれ隔てる複数の障壁層と、を有し、
前記複数の障壁層のうち2つの前記量子井戸層に挟まれる障壁層は、2つの前記量子井戸層のサブバンド間においてキャリアがフォトンアシストトンネル可能である様に構成され、
2つの前記量子井戸層に挟まれる障壁層とこの障壁層を挟む2つの前記量子井戸層の歪みは、2つの前記量子井戸層に挟まれていない複数の障壁層の歪みによって補償されていることを特徴とする発振素子。 - 前記基板はInP基板であり、前記井戸層はIn組成が60%以上100%以下のInGaAsないしInAsであって、前記障壁層はIn組成が0%以上50%以下のInAlAsないしAlAs若しくはAlAsSbを少なくとも2層含むことを特徴とする請求項1記載の発振素子。
- 前記基板はInAs基板であり、InAsSb井戸層とInAlAs若しくはAlAsSb障壁層を少なくとも含む、
あるいは、前記基板はGaSb基板であり、InAsSb若しくはInGaSb井戸層とInAlAs若しくはAlAsSb障壁層を少なくとも含む、
あるいは、前記基板はGaN基板であり、InGaN井戸層とAlGaN障壁層を少なくとも含むことを特徴とする請求項1記載の発振素子。 - 前記電磁波は30GHz以上30THz以下の周波数領域の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発振素子。
- 前記共鳴トンネルダイオードから発生された電磁波を共振させるための共振器を備え、
前記共振器は、伝送路とアンテナとを含み構成、あるいはストライプ状の表面プラズモン伝送路と前記伝送路の端部における反射面とで構成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の発振素子。 - 前記ストライプ状の表面プラズモン伝送路の伝播定数を前記電磁波の伝播方向に沿って周期的に変化させ、ブラッグ反射を利用することによって前記電磁波が定在波となること特徴とする請求項5に記載の発振素子。
- 2つの前記量子井戸層に挟まれる障壁層は、2つの前記量子井戸層に挟まれていない複数の障壁層の歪みと同方向の歪みを有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の発振素子。
- 2つの前記量子井戸層に挟まれる障壁層は、歪みを有さないことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の発振素子。
- テラヘルツ波を発振するための発振素子であって、
基板と、
前記基板の上に設けられる共鳴トンネルダイオードと、を備え、
前記共鳴トンネルダイオードは、
前記基板の格子定数と異なる格子定数を有し、臨界膜厚よりも薄い膜厚を有する第1の障壁層と、
前記第1の障壁層と接し、前記基板の格子定数と異なる格子定数を有し、臨界膜厚よりも薄い膜厚を有する第1の量子井戸層と、
前記第1の量子井戸層と接し、臨界膜厚よりも薄い膜厚を有し且つ該第1の量子井戸層のサブバンドにおけるキャリアがフォトンアシストトンネル可能である様に構成される第2の障壁層と、
前記第2の障壁層と接し、該第2の障壁層を介して前記第1の量子井戸層と反対側に設けられ、前記基板の格子定数と異なる格子定数を有し、臨界膜厚よりも薄い膜厚を有する第2の量子井戸層と、
前記第2の量子井戸層と接し、前記基板の格子定数と異なる格子定数を有し、臨界膜厚よりも薄い膜厚を有する第3の障壁層と、を有し、
前記第2の障壁層と前記第1及び第2の量子井戸層とが有する歪量を、前記第1及び第3の障壁層が有する歪量で補償するように構成されることを特徴とする発振素子。 - 前記第2の障壁層が、前記基板の格子定数と整合する格子定数を有することを特徴とする請求項9に記載の発振素子。
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