JP5717336B2 - 発振器 - Google Patents
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Description
Y11=Y103(Y22+jY103tan(βL))/(Y103+jY22tan(βL)) (式1)
を参照すると理解できる。ここで、βは2π/λである。Y103は線路103の特性アドミタンスを示す。port2のアドミッタンスY22は、容量部109と並列抵抗部110の合成アドミッタンスで求められる。この式1を解くと、共振波長より長い波長領域においてport1とport2は電気的にほぼ等価となり、実質、port1に安定化回路104を接続したことと等価になる。ここで、図3(a)の解析例からも明らかなように、線路103の長さLは、例えばλ/4丁度のとき、Y11は極小となり、安定化回路104は共振器102内の共振電磁界の損失とはならなくなる。なお、この場合、損失のレベルは一定以下であればよいので、線路103の長さLはλ/4近傍であればよい。また、λ/4の他、3λ/4、5λ/4等といったλ/4の(2m−1)倍であっても良い(m:自然数)。さらに、port1が共振器102内で共振する電磁界の定在波の節であれば、線路103の長さは任意であってもよい。例えば、線路長をλ2/2近傍にして高い周波数(λ2)の寄生発振を抑制することも出来る。ここで、λは定在波の波長であり、λ2はλ2<λを満たす共振部102内を共振する電磁波の波長であって、共振部102の高次共振点や高調波などが該当する。また、λ2/2の他、λ2、3λ2/2等といったλ2/2のn倍であっても良い(n:自然数)。また、線路103の幅は、線路103の特性インピーダンスが高くなり、且つ、RTD101に対して大きな直列抵抗とならないような幅に適宜設計する。
本実施例に係る発振器について、図2〜図4を用いて説明する。図2(a)は本実施例を説明するための外観図であり、図2(b)は本実施例を説明するための断面図である。図3は本実施例に係る発振器のアドミタンス解析例である。図4(a)及び図4(b)は本実施例の変形例を説明するための外観図である。
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、第二障壁層、第二量子井戸層は面方位(100)のInPに格子整合したInGaAs/InAlAsである(不図示)。また、第一障壁層、第三障壁層は、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。この3重障壁量子井戸構造を、ノンドープInGaAsからなるスペーサ層(不図示)、n+InGaAsから構成される電気接点層(不図示)で上下から挟む構成となっている。さらに高濃度にドーピングしたn++InGaAsから構成されるコンタクト層220a及び220bで先の構成を上下から挟むことでRTDが構成される。RTD201は、直径が約2μmΦのメサ構造をしており、塩素系ガスを用いたICP−RIE法により形成される。またRTD201は、上電極層221の一部である第1電極206と、コンタクト層220bに接続されたGND電極207とで上下から電気的に接続されており、発振動作に必要なバイアスが供給される構成となっている。本実施例で用いたRTD201では、フォトンアシストトンネル現象により、電流密度がJp=280kA/cm2、ピークバレイ比が約3、微分負性抵抗が約−22Ωの電流電圧特性が得られる。
Re[YRTD]+Re[Y11]>0 (式2)
を満たす周波数帯が0.1THz以下となるからである。ここでRe[YRTD]はRTDのアドミタンスの実部のことで、本実施例では負性抵抗の逆数1/−22Ω−1となる。式1をより、容量が大きいほど寄生発振の抑制条件を満たす最高周波数は低くなる。また、線路の長さLも長いほど寄生発振の抑制条件を満たす最高周波数は低くなるが、長くてもλ/2が限度である。このように、本発明の発振器は、発振可能な周波数帯と、発振を抑制したい周波数帯とを調整することも可能となる。
実施例2について、図5を用いて説明する。本実施例は、共振器にプラズモン導波路構造を用いて構成される発振器である。プラズモン導波路構造は、2電極406と407で誘電体層408を挟み込んだ共振器の内部にRTD401が配置された構造であり、本実施例に係る発振器をより高出力化する上で好適な構造となっている。なお、414は、給電線である。
12 共振部
13 線路部
14 第1の誘電体
15 第2の誘電体
16 第1の導体
17 第2の導体
18 第3の導体
19 容量部
Claims (20)
- 電磁波を発振する発振器であって、
第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置されている第1の誘電体と、前記第1の電極及び前記第2の電極と電気的に接続している負性抵抗素子と、を含み、前記電磁波を共振する共振部と、
第3の電極と、第4の電極と、前記第3の電極と前記第4の電極との間に配置されている第2の誘電体と、を含む容量部と、
前記第1の電極及び前記第3の電極と電気的に接続している線路と、
前記第3の電極及び前記第4の電極と電気的に接続している抵抗と、を備え、
前記線路は、前記第1の電極の第1の位置と前記第3の電極の第2の位置とを接続しており、
前記第1の位置と前記第2の位置とは、前記電磁波の波長より長い波長領域の少なくとも一部において電気的に略等価である
ことを特徴とする発振器。 - 前記負性抵抗素子のアドミタンスの実部をRe[YRTD]、前記共振部のアドミタンスの実部をRe[Y11]とすると、前記電磁波の波長より長い波長領域において下記式を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載の発振器。
Re[YRTD]+Re[Y11]>0 - 前記第1の位置のアドミタンスと前記第2の位置のアドミタンスとは、前記電磁波の波長より長い波長領域の少なくとも一部において、略等しい
ことを特徴とする請求項1に記載の発振器。 - 前記第1の位置は、前記第1の電極上における、前記共振部で共振する定在波の節となる位置である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記共振部を共振する電磁波の波長をλとするとき、前記線路の長さが、(2m−1)λ/4(m:自然数)近傍である
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記共振部を共振する電磁波の波長より短い波長をλ´とするとき、前記線路の長さが、nλ´/2(n:自然数)近傍である
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記抵抗は、前記第3の電極の外周部に配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記第3の電極は、前記第1の電極の周囲を囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の発振器。 - 複数の前記線路を有する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記複数の前記線路は、前記共振部に対して対称に配置されている
ことを特徴とする請求項9に記載の発振器。 - 前記負性抵抗素子に電圧を印加する電源と、
前記第3の電極と前記電源とを電気的に接続する給電線と、を更に備える
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記電磁波は、テラヘルツ波である
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記共振部は、パッチアンテナを含む
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記容量部は、前記負性抵抗素子に対して電気的に並列に接続している
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記抵抗は、前記負性抵抗素子に対して電気的に並列に接続している
ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記負性抵抗素子は、共鳴トンネルダイオードである
ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記第1の電極と前記第3の電極とは、同じ導体で構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記第2の電極と前記第4の電極とは、同じ導体で構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記第1の誘電体と前記第2の誘電体とは、同じ誘電体で構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の発振器。 - 電磁波を発振する発振器であって、
第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置されている第1の誘電体と、前記第1の電極及び前記第2の電極と電気的に接続しており且つサブバンド間でのキャリアの遷移により前記電磁波を発生させる活性層と、を含み、前記電磁波を共振する共振部と、
第3の電極と、第4の電極と、前記第3の電極と前記第4の電極との間に配置されている第2の誘電体と、を含む容量部と、
前記第1の電極及び前記第3の電極と電気的に接続している線路と、
前記第3の電極及び前記第4の電極と電気的に接続している抵抗と、を備え、
前記線路は、前記第1の電極の第1の位置と前記第3の電極の第2の位置とを接続しており、
前記第1の位置と前記第2の位置とは、前記電磁波の波長より長い波長領域の少なくとも一部において電気的に略等価である
ことを特徴とする発振器。
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