JP6510802B2 - テラヘルツ素子およびその製造方法 - Google Patents
テラヘルツ素子およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6510802B2 JP6510802B2 JP2014247779A JP2014247779A JP6510802B2 JP 6510802 B2 JP6510802 B2 JP 6510802B2 JP 2014247779 A JP2014247779 A JP 2014247779A JP 2014247779 A JP2014247779 A JP 2014247779A JP 6510802 B2 JP6510802 B2 JP 6510802B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- layer
- cathode
- terahertz
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 102
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 73
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 64
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 57
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 57
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 34
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 32
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 6
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 186
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 69
- BEOLWJVNPROZQJ-AQSKNYQYSA-N rtd-1 Chemical compound C([C@@H]1NC(=O)CNC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H]([C@@H](C)O)NC(=O)[C@@H]2CSSC[C@H](NC1=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@H]1CSSC[C@H](NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@@H]3CSSC[C@@H](C(N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)N[C@H](C(=O)N3)C(C)C)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC1=O)C(=O)N[C@H](C(N2)=O)[C@@H](C)CC)C1=CC=CC=C1 BEOLWJVNPROZQJ-AQSKNYQYSA-N 0.000 description 52
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 51
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 26
- 208000016381 Brown-Vialetto-van Laere syndrome 1 Diseases 0.000 description 18
- 208000033312 RFVT2-related riboflavin transporter deficiency Diseases 0.000 description 18
- 101100365087 Arabidopsis thaliana SCRA gene Proteins 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 240000004050 Pentaglottis sempervirens Species 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
- G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
- G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/02—Frequency-changing of light, e.g. by quantum counters
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B7/00—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes
- H03B7/02—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
- H03B7/06—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element being semiconductor device
- H03B7/08—Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element being semiconductor device being a tunnel diode
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
- G02F1/3505—Coatings; Housings; Supports
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/13—Function characteristic involving THZ radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B2200/00—Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
- H03B2200/006—Functional aspects of oscillators
- H03B2200/0084—Functional aspects of oscillators dedicated to Terahertz frequencies
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表され、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図2に示すように表される。
テラヘルツ発振素子として動作可能な第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30は、図1〜図2に示すように、半導体基板1と、半導体基板1上に配置された第1の半導体層91aと、第1の半導体層91a上に積層化形成された能動素子90と、第1の半導体層91aに接続されて能動素子90の主電極の一方に接続され、かつ半導体基板1上に配置された第2の電極2と、能動素子90の主電極の他方に接続され、かつ半導体基板1上に第2の電極2に対向して配置された第1の電極4と、第1の半導体層91aに対向する半導体基板1の裏面に配置された裏面反射体金属層88とを備える。ここで、能動素子90は、第2の電極2と第1の電極4間において共振器を形成し、放射された電磁波は、裏面反射体金属層88に反射されて、半導体基板1に対して垂直方向の面発光放射パターンを有する。
テラヘルツ検出素子として動作可能な第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30は、図1〜図2に示すように、半導体基板1と、半導体基板1上に配置された第1の半導体層91aと、第1の半導体層91a上に積層化形成された能動素子90と、第1の半導体層91aに接続されて能動素子90の主電極の一方に接続され、かつ半導体基板1上に配置された第2の電極2と、能動素子90の主電極の他方に接続され、かつ半導体基板1上に第2の電極2に対向して配置された第1の電極4と、第1の半導体層91aに対向する半導体基板1の裏面に配置された裏面反射体金属層88とを備える。ここで、能動素子90は、第2の電極2と第1の電極4間において共振器を形成し、受信した電磁波は、裏面反射体金属層88に反射されて、半導体基板1に対して垂直方向の面受光パターンを有する。
能動素子90としてRTDを有するテラヘルツ素子30は、RTDの負性抵抗に起因する外部回路との寄生発振によって、テラヘルツ帯での本発振を規制される。寄生発振を抑制する方法として、図1・図4・図5に示すように、RTDに対して並列にビスマスからなる抵抗素子114を配置し、外部回路に対して負性抵抗が見えないようにすることができる。
RBi<=ΔV/ΔI(=RRTD) (1)
で表される。
第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30においては、寄生発振を抑制するための抵抗配線をダイポールアンテナ部に直接接続している。
第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30において、並列抵抗Rpが有る場合の簡易的な等価回路構成は、図6に示すように表される。図6において、L1・L2は、フィード線40F・20Fに相当する部分のインダクタンスに相当している。また、Cpは、RTD部の寄生容量を示す。また、RTD部のRTDは、ダイオード表示で示されている。また、アンテナ部は、アンテナインダクタンスLAとアンテナ抵抗RAの並列回路で表されている。また、CMは、MIMリフレクタ50のキャパシタに対応している。また、アノードA・カソードK間には、コネクタや駆動回路等の外部回路が接続される。
RTDを用いてテラヘルツ波の発振器を作製しようとした場合、RTDから見て回路的に外部に当たる部分との間で寄生発振が発生する。外部回路に対して、RTDの負性抵抗が見えていると、RF基本発振する共振回路よりも、外部と低周波で発振する方がQ値が高く、発振しやすい条件となる。そのため、外部回路との寄生発振が顕著に生じる。
一般的に寄生発振を抑える方法として、図1・図4・図5・図6に示すように、RTDに対して並列抵抗Rpを配置してやることで、寄生発振のQ値を低下させて発振を抑制し、効率よく本発振側へ電力をまわしてやるといった工夫がなされる。
Q値を簡単に説明すると、発振状態がどれだけ安定して存在しているかを示す指標である。並列共振回路を考えたときのQ値を示す式を以下に記す。
Q=1/Rt・√(LA/Cp) (2)
並列抵抗Rpを配置することは、合成抵抗Rtを大きくすることに相当する。
第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30のデバイス表面顕微鏡写真例は、図7に示すように表され、図7の拡大されたデバイス表面顕微鏡写真例は、図8に示すように表される。図7・図8の例は、図4の第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子の詳細な平面パターン構成例に対応している。尚、図7・図8では、MIMリフレクタ50が形成されていない例が示されているが、図4と同様に、パッド電極20P・40Pの一部分を絶縁層を介して積層化することで、MIMリフレクタ50が形成可能である。
第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30の発振周波数特性例は、図9に示すように表される。図9に示す例では、約0.27THzにおいて、発振強度(任意単位)のピークが得られている。
ダイポールアンテナ計算モデルに用いた第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30の模式的鳥瞰図は、図10(a)に示すように表され、フィード線40F・20Fおよびパッド電極40P・20Pを含むダイポールアンテナ計算モデルに用いた第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30の模式的鳥瞰図は、図10(b)に示すように表される。いずれも裏面反射体金属層88を備えるものとして計算している。
第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30に適用可能な能動素子90として、RTDの構成例は、図3(a)に示すように、半絶縁性のInP基板からなる半導体基板1上に配置され、n型不純物を高濃度にドープされたGaInAs層91aと、GaInAs層91a上に配置され、n型不純物をドープされたGaInAs層92aと、GaInAs層92a上に配置されたアンドープのGaInAs層93aと、GaInAs層93a上に配置されたAlAs層94a/InGaAs層95/AlAs層94bから構成されたRTD部と、AlAs層94b上に配置されたアンドープのGaInAs層93bと、GaInAs層93b上に配置され、n型不純物をドープされたGaInAs層92bと、GaInAs層92b上に配置され、n型不純物を高濃度にドープされたGaInAs層91bと、GaInAs層91b上に配置された第1の電極4と、GaInAs層91a上に配置された第2の電極2とを備える。
第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30においては、第1の実施の形態に係るテラヘルツ素子30の抵抗素子114の代わりに、第1RTD1に逆並列接続された第2RTD2を備える。
第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30に適用可能な第1RTD1の非対称電流電圧特性例であって、順方向の電圧値が−400mV〜+400mVの範囲内の拡大図は、図14に示すように表される。また、第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30に適用可能な第2RTD2の非対称電流電圧特性例であって、順方向の電圧値が−400mV〜+400mVの範囲内の拡大図は、図15に示すように表される。
第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30の配線構造の模式的平面構成は、図17に示すように表され、図17のII−II線に沿う模式的断面構造は、図18に示すように表され、図17のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図19に示すように表され、図17のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図20に示すように表される。
集積化テラヘルツ発振素子として動作可能な第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30は、図17〜図20に示すように、半導体基板1と、半導体基板1上に配置された第1の半導体層91aと、第1の半導体層91aをパターニングして形成された第1カソード領域および第2カソード領域と、第1カソード領域に第1カソードK1が接続され、第1アノードA1が第2カソード領域と接続された第1RTD1と、第2カソード領域に第2カソードK2が接続され、第2アノードA2が第1カソード領域と接続された第2RTD2と、第1の半導体層91aに対向する半導体基板1の裏面に配置された裏面反射体金属層88とを備える。ここで、第1RTD1が負性抵抗発振状態にバイアスされるとき、第2RTD2は抵抗状態にバイアスされ、第1RTD1から放射された電磁波は、裏面反射体金属層88に反射されて、半導体基板1に対して垂直方向の面発光放射パターンを有する。
集積化テラヘルツ発振素子として動作可能な第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30は、上述のテラヘルツ発振素子と同様の構成を備え、第1RTD1が負性抵抗発振状態にバイアスされるとき、第2RTD2は抵抗状態にバイアスされ、第1RTD1により受信した電磁波は、裏面反射体金属層88に反射されて、半導体基板1に対して垂直方向の面受光パターンを有する。
第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子30に適用可能な第1RTD1・第2RTD2の構成例は、図21に示すように、半絶縁性のInP基板からなる半導体基板1上に配置され、n型不純物を高濃度にドープされたGaInAs層91aと、GaInAs層91a上に配置され、n型不純物をドープされたGaInAs層92aと、GaInAs層92a上に配置されたアンドープのGaInAs層93aと、GaInAs層93a上に配置されたAlAs層94a/InGaAs層95/AlAs層94bから構成されたRTD部と、AlAs層94b上に配置されたアンドープのGaInAs層93bと、GaInAs層93b上に配置され、n型不純物をドープされたGaInAs層92bと、GaInAs層92b上に配置され、n型不純物を高濃度にドープされたGaInAs層91cと、GaInAs層91c上に配置された第1の電極41と、GaInAs層91a上に配置された第2の電極21とを備える。
第2の実施の形態に係るテラヘルツ素子の製造方法は、半導体基板1上に第1の半導体層91aを形成する工程と、第1の半導体層91aをパターニングして第1カソード領域および第2カソード領域を形成する工程と、第1カソード領域に第1カソードK1が接続され、第1アノードA1が第2カソード領域と接続される第1RTD1を形成する工程と、第2カソード領域に第2カソードK2が接続され、第2アノードA2が前記第1カソード領域と接続された第2RTD2を形成する工程と、第1カソード領域上に第2アノード電極42と共通接続される第1カソード電極21を形成する工程と、第2カソード領域上に第1アノード電極41と共通接続される第2カソード電極22を形成する工程とを有する。
上記のように、実施の形態に係るテラヘルツ素子について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2、21、22…第2の電極(カソード電極)
4、41、42……第1の電極(アノード電極)
9…層間絶縁膜
20D、40D…ダイポールアンテナ(アンテナ電極)
20F、40F…フィード線
20P、40P…パッド電極
30…テラヘルツ素子
50…MIMリフレクタ
88…裏面反射体金属層
90…能動素子
91a…第1の半導体層(GaInAs層)
94a、94b…トンネルバリア層
95…量子井戸層
114…抵抗素子
A、A1、A2…アノード
K、K1、K2…カソード
SP11、SP12.SP21、SP22…スペーサ層
QW1、QW2…量子井戸構造
Claims (21)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上に積層化形成された能動素子と、
前記第1の半導体層に接続されて前記能動素子の主電極の一方に接続され、かつ前記半導体基板上に配置された第2の電極と、
前記能動素子の主電極の他方に接続され、かつ前記半導体基板上に前記第2の電極に対向して配置された第1の電極と、
前記第1の半導体層に対向する前記半導体基板の裏面に配置された裏面反射体金属層と
を備え、
前記能動素子は、前記第2の電極と前記第1の電極間において共振器を形成し、電磁波は、前記裏面反射体金属層に反射されて、前記半導体基板に対して垂直方向の面発光放射パターン若しくは面受光パターンを有することを特徴とするテラヘルツ素子。 - 前記能動素子と前記半導体基板に接する前記裏面反射体金属層の表面との距離は、波長λの1/4倍であることを特徴とする請求項1に記載のテラヘルツ素子。
- 前記第1の電極および前記第2の電極は、ダイポールアンテナを備えることを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ素子。
- 前記ダイポールアンテナに接続された第1フィード線および第2フィード線と、
前記第1フィード線および前記第2フィード線に接続された第1パッド電極および第2パッド電極と
を備えることを特徴とする請求項3に記載のテラヘルツ素子。 - 前記第1パッド電極と前記第2パッド電極との間に接続されたMIMリフレクタを備えることを特徴とする請求項4に記載のテラヘルツ素子。
- 前記第1の電極と前記第2の電極間に接続された抵抗素子を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のテラヘルツ素子。
- 前記抵抗素子は、金属配線を備えることを特徴とする請求項6に記載のテラヘルツ素子。
- 前記金属配線は、ビスマス、ニッケル、チタン、白金を備えることを特徴とする請求項7に記載のテラヘルツ素子。
- 前記能動素子は、マルチチップ化して配置されたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のテラヘルツ素子。
- 前記能動素子は、セルアレイ化して配置されたことを特徴とする請求項9に記載のテラヘルツ素子。
- 前記能動素子は、共鳴トンネルダイオード、タンネットダイオード、インパットダイオード、GaAs系電界効果トランジスタ、GaN系FET、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのいずれかであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のテラヘルツ素子。
- 半導体基板と、 前記半導体基板上に配置された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層をパターニングして形成された第1カソード領域および第2カソード領域と、
前記第1カソード領域に第1カソードが接続され、第1アノードが前記第2カソード領域と接続された第1共鳴トンネルダイオードと、
前記第2カソード領域に第2カソードが接続され、第2アノードが前記第1カソード領域と接続された第2共鳴トンネルダイオードと、
前記第1の半導体層に対向する前記半導体基板の裏面に配置された裏面反射体金属層と
を備え、前記第1共鳴トンネルダイオードが負性抵抗発振状態にバイアスされるとき、前記第2共鳴トンネルダイオードは抵抗状態にバイアスされ、
電磁波は、前記裏面反射体金属層に反射されて、前記半導体基板に対して垂直方向の面発光放射パターン若しくは面受光パターンを有することを特徴とするテラヘルツ素子。 - 前記第1カソード領域上に配置された第1カソード電極と、
前記第2カソード領域上に配置された第2カソード電極と、
前記第1アノードに接続された第1アノード電極と、
前記第2アノードに接続された第2アノード電極と
を備え、
前記第1カソード電極は、前記第2アノード電極と共通接続され、前記第2カソード電極は、前記第1アノード電極と共通接続されることを特徴とする請求項12に記載のテラヘルツ素子。 - 前記第1共鳴トンネルダイオードおよび前記第2共鳴トンネルダイオードは、
量子井戸層と、
前記量子井戸層を挟むトンネルバリア層を介してアノード側に配置された第2スペーサ層と、カソード側に配置された第1スペーサ層とを備え、
前記第1スペーサ層と前記第2スペーサ層の厚さは互いに異なることを特徴とする請求項12または13に記載のテラヘルツ素子。 - 前記第1共鳴トンネルダイオードおよび前記第2共鳴トンネルダイオードは、それぞれの前記第1スペーサ層の厚さが互いに異なることを特徴とする請求項14に記載のテラヘルツ素子。
- 前記第1共鳴トンネルダイオードおよび前記第2共鳴トンネルダイオードは、それぞれの前記第2スペーサ層の厚さが互いに異なることを特徴とする請求項14に記載のテラヘルツ素子。
- 前記第1カソードおよび前記第2カソードに接続されたダイポールアンテナを備えることを特徴とする請求項12〜16のいずれか1項に記載のテラヘルツ素子。
- 前記ダイポールアンテナに接続されたフィード線と、前記フィード線に接続されたパッド電極を備えることを特徴とする請求項17に記載のテラヘルツ素子。
- 前記第1カソードと前記第2カソードとの間に接続されたMIMリフレクタを備えることを特徴とする請求項12〜18のいずれか1項に記載のテラヘルツ素子。
- 半導体基板上に第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層をパターニングして第1カソード領域および第2カソード領域を形成する工程と、
前記第1カソード領域に第1カソードが接続され、第1アノードが前記第2カソード領域と接続される第1共鳴トンネルダイオードを形成する工程と、
前記第2カソード領域に第2カソードが接続され、第2アノードが前記第1カソード領域と接続された第2共鳴トンネルダイオードを形成する工程と、
前記第1カソード領域上に第2アノード電極と共通接続される第1カソード電極を形成する工程と、
前記第2カソード領域上に第1アノード電極と共通接続される第2カソード電極を形成する工程と、
前記第1の半導体層に対向する前記半導体基板の裏面に裏面反射体金属層を形成する工程と
を有することを特徴とするテラヘルツ素子の製造方法。 - 前記第1共鳴トンネルダイオードおよび前記第2共鳴トンネルダイオードを形成する工程は、
前記第1の半導体層上に第1スペーサ層を形成する工程と、
前記第1スペーサ層上に第1トンネルバリア層を形成する工程と、
前記第1トンネルバリア層上に量子井戸層を形成する工程と、
前記量子井戸層上に第2トンネルバリア層を形成する工程と、
前記第2トンネルバリア層上に前記第1スペーサ層と厚さの異なる第2スペーサ層を形成する工程とを有することを特徴とする請求項20に記載のテラヘルツ素子の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014247779A JP6510802B2 (ja) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | テラヘルツ素子およびその製造方法 |
PCT/JP2015/066892 WO2016092886A1 (ja) | 2014-12-08 | 2015-06-11 | テラヘルツ素子およびその製造方法 |
US15/614,700 US10205242B2 (en) | 2014-12-08 | 2017-06-06 | Terahertz device and fabrication method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014247779A JP6510802B2 (ja) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | テラヘルツ素子およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016111542A JP2016111542A (ja) | 2016-06-20 |
JP6510802B2 true JP6510802B2 (ja) | 2019-05-08 |
Family
ID=56107090
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014247779A Active JP6510802B2 (ja) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | テラヘルツ素子およびその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10205242B2 (ja) |
JP (1) | JP6510802B2 (ja) |
WO (1) | WO2016092886A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7067941B2 (ja) | 2011-05-20 | 2022-05-16 | エコラボ ユーエスエー インコーポレイティド | 自動化された洗浄方法および装置 |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7076937B2 (ja) * | 2015-06-15 | 2022-05-30 | キヤノン株式会社 | 半導体素子 |
CN110800099B (zh) * | 2017-06-27 | 2023-09-12 | 罗姆股份有限公司 | 太赫兹元件、半导体装置 |
JP6959593B2 (ja) * | 2017-08-10 | 2021-11-02 | 国立大学法人大阪大学 | テラヘルツ波を発生するためのテラヘルツユニット |
WO2019044375A1 (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | ローム株式会社 | テラヘルツ波検出器およびテラヘルツユニット |
CN108007566B (zh) * | 2017-12-29 | 2023-11-03 | 同方威视技术股份有限公司 | 太赫兹探测器 |
WO2020039848A1 (ja) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | ローム株式会社 | テラヘルツ装置およびテラヘルツ装置の製造方法 |
JP7262959B2 (ja) * | 2018-10-04 | 2023-04-24 | キヤノン株式会社 | 半導体素子、半導体素子の製造方法 |
JP7166882B2 (ja) * | 2018-11-13 | 2022-11-08 | パイオニア株式会社 | 電磁波検出装置及び電磁波検出システム |
WO2020121827A1 (ja) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | ローム株式会社 | テラヘルツ装置およびテラヘルツ装置の製造方法 |
JP7284585B2 (ja) * | 2019-01-17 | 2023-05-31 | ローム株式会社 | テラヘルツ素子 |
CN114026744A (zh) | 2019-07-05 | 2022-02-08 | 罗姆股份有限公司 | 太赫兹装置 |
JP7393897B2 (ja) | 2019-09-02 | 2023-12-07 | ローム株式会社 | テラヘルツ装置 |
JP7340391B2 (ja) | 2019-09-02 | 2023-09-07 | ローム株式会社 | テラヘルツ装置 |
JP7317653B2 (ja) * | 2019-09-24 | 2023-07-31 | キヤノン株式会社 | 素子 |
US20230387563A1 (en) * | 2019-10-10 | 2023-11-30 | Rohm Co., Ltd. | Terahertz device |
EP4113829A4 (en) | 2020-02-26 | 2024-04-03 | Tokyo Institute of Technology | TERAHERTZ OSCILLATOR AND ITS MANUFACTURING METHOD |
US20230093926A1 (en) * | 2020-03-06 | 2023-03-30 | Georgia Tech Research Corporation | Tunnel Diode-Based Backscattering RFID System |
DE112021002389T5 (de) | 2020-06-09 | 2023-03-30 | Rohm Co., Ltd. | Terahertz-vorrichtung |
WO2023228965A1 (ja) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | ローム株式会社 | テラヘルツ装置 |
WO2024009769A1 (ja) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | ローム株式会社 | テラヘルツ装置 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007124250A (ja) | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Tokyo Institute Of Technology | テラヘルツ発振素子 |
WO2008121159A2 (en) * | 2006-10-19 | 2008-10-09 | Los Alamos National Security Llc | Active terahertz metamaterial devices |
JP5127360B2 (ja) | 2007-08-20 | 2013-01-23 | キヤノン株式会社 | 発振素子、及び検査装置 |
JP5366663B2 (ja) * | 2008-07-29 | 2013-12-11 | ローム株式会社 | テラヘルツ発振素子 |
JP5417199B2 (ja) * | 2010-01-27 | 2014-02-12 | ローム株式会社 | 発振素子 |
JP5563356B2 (ja) * | 2010-04-12 | 2014-07-30 | キヤノン株式会社 | 電磁波検出素子 |
JP5808560B2 (ja) | 2011-04-01 | 2015-11-10 | ローム株式会社 | テラヘルツ発振検出素子 |
JP6296681B2 (ja) | 2012-01-19 | 2018-03-20 | キヤノン株式会社 | 発振素子、発振器及びこれを用いた撮像装置 |
JP6099190B2 (ja) * | 2012-11-21 | 2017-03-22 | ローム株式会社 | 溶液検査装置 |
JP6618273B2 (ja) * | 2015-05-12 | 2019-12-11 | ローム株式会社 | テラヘルツ素子モジュール |
-
2014
- 2014-12-08 JP JP2014247779A patent/JP6510802B2/ja active Active
-
2015
- 2015-06-11 WO PCT/JP2015/066892 patent/WO2016092886A1/ja active Application Filing
-
2017
- 2017-06-06 US US15/614,700 patent/US10205242B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7067941B2 (ja) | 2011-05-20 | 2022-05-16 | エコラボ ユーエスエー インコーポレイティド | 自動化された洗浄方法および装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20170271774A1 (en) | 2017-09-21 |
JP2016111542A (ja) | 2016-06-20 |
WO2016092886A1 (ja) | 2016-06-16 |
US10205242B2 (en) | 2019-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6510802B2 (ja) | テラヘルツ素子およびその製造方法 | |
JP5808560B2 (ja) | テラヘルツ発振検出素子 | |
JP6282041B2 (ja) | 発振器 | |
JP5686415B2 (ja) | 共鳴トンネルダイオードおよびテラヘルツ発振器 | |
US10066984B2 (en) | Terahertz device module | |
JP6099114B2 (ja) | 無線伝送装置 | |
WO2021039223A1 (ja) | 素子、素子の製造方法 | |
JP5958890B2 (ja) | テラヘルツ検出素子 | |
WO2015129908A2 (en) | Element | |
JP5746526B2 (ja) | テラヘルツ無線通信方式 | |
US9899959B2 (en) | Element, and oscillator and information acquiring device including the element | |
JP6446250B2 (ja) | 共鳴トンネルダイオード型発振器およびその製造方法 | |
JP2016158023A (ja) | テラヘルツ素子 | |
JP5648915B2 (ja) | 共鳴トンネルダイオードおよびテラヘルツ発振器 | |
JP7192188B2 (ja) | テラヘルツ装置 | |
JP2012215530A (ja) | 透過型テラヘルツ波検査装置 | |
JP5445936B2 (ja) | 共鳴トンネルダイオードおよびテラヘルツ発振器 | |
WO2019077994A1 (ja) | テラヘルツ装置 | |
JP5417199B2 (ja) | 発振素子 | |
US11156550B2 (en) | Terahertz-wave detector and terahertz unit | |
US20220140788A1 (en) | Oscillator | |
Feiginov et al. | Resonant-tunnelling diodes for THz applications | |
JP2022023418A (ja) | 半導体素子 | |
JP2016219796A (ja) | 素子、これを有する発振器及び情報取得装置 | |
JP2013096615A (ja) | 相変化検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190326 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190405 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6510802 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |