JP6959593B2 - テラヘルツ波を発生するためのテラヘルツユニット - Google Patents

テラヘルツ波を発生するためのテラヘルツユニット Download PDF

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Description

本開示は、テラヘルツユニットに関し、より具体的には、たとえば、テラヘルツ波を発生するための技術に関する。
近年、トランジスタなどの電子デバイスの微細化が進み、その大きさがナノサイズになってきたため、量子効果と呼ばれる新しい現象が観測されるようになっている。そして、この量子効果を利用した超高速デバイスや新機能デバイスの実現を目指した開発が進められている。そのような環境の中で、特に、テラヘルツ帯と呼ばれる、周波数が０．１ＴＨｚ（１０11Ｈｚ）〜１０ＴＨｚの周波数領域を利用して大容量通信や情報処理、あるいはイメージングや計測などを行う試みが行われている。この周波数領域は、光と電波の中間の未開拓領域であり、この周波数帯で動作するデバイスが実現されれば、上述したイメージング、大容量通信・情報処理のほか、物性、天文、生物などのさまざまな分野における計測など、多くの用途に利用されることが期待されている。
テラヘルツ帯の周波数の高周波電磁波を発振する素子としては、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と微細スロットアンテナを集積する構造のものが知られている。また、スロットアンテナの両端には、金属と絶縁体が積層され、絶縁体を上下の電極金属によって挟み込み、高周波的に短絡したＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）構造を持つ。
特開２０１６−１１１５４２号公報
本開示は、位相雑音を低減でき、発振線幅を小さくでき、あるいは、バイアス電圧依存性を抑制できる、テラヘルツ波を発生するためのテラヘルツユニットを提供することをその主たる課題とする。
本開示の一側面によると、表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっている、テラヘルツユニットが提供される。
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第１実施形態のテラヘルツユニットの斜視図である。 第１実施形態のテラヘルツユニットの平面図である。 第１実施形態のテラヘルツユニットの平面図（格子点を透過）である。 図３から導電路を省略した図である。 第１実施形態のフォトニック結晶の斜視図である。 第１実施形態のフォトニック結晶の平面図である。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 第１実施形態のテラヘルツ装置の部分拡大平面図である。 テラヘルツ装置の変形例の部分拡大平面図である。 テラヘルツ装置の変形例の部分拡大平面図である。 テラヘルツ装置の変形例の部分拡大平面図である。 第１実施形態の能動素子および能動素子の近傍の断面図である。 図９の部分拡大図である。 第１実施形態のテラヘルツユニットの機能ブロック図である。 発振周波数のバイアス依存性シミュレーションの結果である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿う断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 テラヘルツユニットの変形例の断面図である。 第２実施形態のテラヘルツユニットの平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 第３実施形態のテラヘルツユニットの平面図である。 図３１に示したテラヘルツ装置の拡大平面図である。 図３１のＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩ線に沿う断面図である。 図３２の部分拡大図である。 テラヘルツ装置の変形例の部分拡大図である。 図３１の領域ＸＸＸＶの部分拡大図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 第３実施形態のテラヘルツユニットの機能ブロック図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。 テラヘルツユニットの変形例の平面図である。
以下、本開示の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図１２を用いて、本開示の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態のテラヘルツユニットの斜視図である。
同図に示すテラヘルツユニットＣ１は、テラヘルツ装置Ａ１およびフォトニック結晶Ｂ１を含む。テラヘルツユニットＣ１は、たとえば、テラヘルツセンシングシステムに用いることができる。
テラヘルツ装置Ａ１は、テラヘルツ帯の周波数の高周波電磁波テラヘルツ波を発振する。テラヘルツ装置Ａ１は、半導体基板１１を備える。
半導体基板１１は、半導体よりなり、半絶縁性を有する。半導体基板１１を構成する半導体は、たとえば、ＩｎＰである。半導体基板１１を構成する材料は、ＩｎＰ以外の材料であってもよい。半導体基板１１は、表面１１１および裏面１１２を有する。表面１１１および裏面１１２は互いに反対側を向いている。すなわち、裏面１１２は、表面１１１の向く側とは反対側を向いており、以下同様である。本実施形態では、表面１１１および裏面１１２はいずれも平坦である。
図２は、第１実施形態のテラヘルツユニットの平面図である。
図２に示すように、テラヘルツ装置Ａ１は、複数のテラヘルツ発振構造１９を含む。複数のテラヘルツ発振構造１９は、方向Ｘ３に配列されている。図８Ａは、第１実施形態のテラヘルツ装置の部分拡大平面図である。図８Ａに示すように、各テラヘルツ発振構造１９は、電極１３１Ａ，１３１Ｂと、複数の部分構造１９１と、を含む。
本実施形態では、電極１３１Ａ、１３１Ｂは矩形状である。本実施形態では、電極１３１Ａ、１３１Ｂは、ワイヤ（図示略）がボンディングされるパッド部である。
電極１３１Ａ、１３１Ｂは金属の積層構造を有する。電極１３１Ａ、１３１Ｂの積層構造は、たとえば、Ａｕ、Ｐｄ、およびＴｉが積層された構造である。あるいは電極１３１Ａ、１３１Ｂの積層構造は、たとえば、ＡｕおよびＴｉが積層された構造である。電極１３１Ａ、１３１Ｂの厚さは、例えば、約５０〜２００ｎｍである。電極１３１Ａ、１３１Ｂは、真空蒸着法、あるいはスパッタリング法などによって形成されうる。以下に述べる導電部に関しても、本段落で述べたことを適用できる。
図８Ａに示すように、複数の部分構造１９１は、方向Ｘ２に配列されている。各部分構造１９１における構成は互いに同一である。複数の部分構造１９１は各々、導電路１３９Ａ、１３９Ｂと、抵抗１５と、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）リフレクタ１７と、能動素子１８と、半導体層９１ａ（図９参照）と、を備える。
図８Ａに示すように、導電路１３９Ａは、導電部１３２Ａ〜１３４Ａを含み、導電路１３９Ｂは、導電部１３２Ｂ〜１３４Ｂを含む。
導電部１３２Ａ〜１３４Ａは、半導体基板１１（具体的には表面１１１）上に形成されている。
本実施形態においては、導電部１３２Ａ〜１３４Ａは、方向Ｘ２に沿って延びている。導電部１３２Ａ〜１３４Ａは互いに導通している。図８Ａにおける最も左の部分構造１９１における導電部１３２Ａは、電極１３１Ａにつながっている。図８Ａにおける最も左の部分構造１９１以外の部分構造１９１の各々における導電部１３２Ａは、隣接する部分構造１９１における導電部１３４Ａにつながっている。導電部１３２Ａは、たとえば給電線として機能する。導電部１３３Ａは、各部分構造１９１において、導電路１３９Ａのうち、ＭＩＭリフレクタ１７から能動素子１８に至る部位である。導電部１３４Ａは、各部分構造１９１において、導電路１３９Ａのうち能動素子１８よりも図８Ａにおいて右側に位置する部位である。導電部１３３Ａ、１３４Ａは全体としてアンテナとして機能しうる。あるいは、導電部１３３Ａ、１３４Ａの一部（たとえば導電部１３３Ａ）が、給電線として機能し、導電部１３３Ａ、１３４Ａの他の一部（たとえば導電部１３４Ａ）が、アンテナとして機能してもよい。
導電部１３２Ｂ〜１３４Ｂは、半導体基板１１（具体的には表面１１１）上に形成されている。本実施形態においては、導電部１３２Ｂ〜１３４Ｂは、方向Ｘ２に沿って延びている。導電部１３２Ｂ〜１３４Ｂは互いに導通している。図８Ａにおける最も左の部分構造１９１における導電部１３２Ｂは、電極１３１Ａにつながっている。図８Ａにおける最も左の部分構造１９１以外の部分構造１９１の各々における導電部１３２Ｂは、隣接する部分構造１９１における導電部１３４Ｂにつながっている。導電部１３２Ｂは、たとえば給電線として機能する。導電部１３３Ｂは、各部分構造１９１において、導電路１３９Ｂのうち、ＭＩＭリフレクタ１７から能動素子１８に至る部位である。導電部１３４Ｂは、各部分構造１９１において、導電路１３９Ｂのうち能動素子１８よりも図８Ａにて右側に位置する部位である。導電部１３３Ｂ、導電部１３４Ｂは全体としてアンテナとして機能しうる。あるいは、導電部１３３Ｂ、導電部１３４Ｂの一部（たとえば導電部１３３Ｂ）が、給電線として機能し、導電部１３３Ｂ、導電部１３４Ｂの他の一部（たとえば導電部１３４Ｂ）が、アンテナとして機能してもよい。
図９は、能動素子１８および能動素子１８の近傍の断面図である。図１０は、図９の部分拡大図である。図９、図１０に示すように、半導体層９１ａは、半導体基板１１（具体的には表面１１１）上に形成されている。本実施形態では、半導体層９１ａは、たとえば、ＧａＩｎＡｓよりなる。
図８Ａ、図９、図１０等に示す能動素子１８は、半導体基板１１（具体的には表面１１１）上に形成されている。能動素子１８は、導電路１３９Ａ、１３９Ｂに導通している。能動素子１８は、半導体層９１ａに形成されている。能動素子１８は、導電路１３９Ａ、１３９Ｂ間において共振器を形成する。
能動素子１８としてはＲＴＤが代表的なものである。しかしながら、能動素子１８は、ＲＴＤ以外のダイオードやトランジスタでも構成できる。能動素子１８としては、例えば、タンネット（ＴＵＮＮＥＴＴ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ）ダイオード、インパット（ＩＭＰＡＴＴ：Ｉｍｐａｃｔ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ）ダイオード、ＧａＡｓ系電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮ系ＦＥＴ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、あるいは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されていてもよい。
能動素子１８を実現するための一例を、図９、図１０を用いて説明する。これらの図に示すように、半導体層９１ａが、半導体基板１１上に配置されている。半導体層９１ａはたとえば上述のようにＧａＩｎＡｓよりなり、ｎ型不純物が高濃度にドープされている。ＧａＩｎＡｓ層９２ａが、ＧａＩｎＡｓ層９１ａに配置され、ｎ型不純物がドープされている。ＧａＩｎＡｓ層９３ａは、ＧａＩｎＡｓ層９２ａにに配置され、不純物がドープされていない。ＡｌＡｓ層９４ａがＧａＩｎＡｓ層９３ａに配置され、ＩｎＧａＡｓ層９５が、ＡｌＡｓ層９４ａに配置され、ＡｌＡｓ層９４ｂがＩｎＧａＡｓ層９５に配置されている。ＡｌＡｓ層９４ａとＩｎＧａＡｓ層９５とＡｌＡｓ層９４ｂはＲＴＤ部を構成する。ＧａＩｎＡｓ層９３ｂは、ＡｌＡｓ層９４ｂに配置され、不純物がドープされていない。ＧａＩｎＡｓ層９２ｂは、ＧａＩｎＡｓ層９３ｂに配置され、ｎ型不純物がドープされている。ＧａＩｎＡｓ層９１ｂがＧａＩｎＡｓ層９２ｂに配置され、ｎ型不純物が高濃度にドープされている。そして、導電路１３９Ａ（より具体的には導電部１３３Ａ）がＧａＩｎＡｓ層９１ｂに配置されている。導電路１３９Ｂ（より具体的には導電部１３３Ｂ）が、ＧａＩｎＡｓ層９１ａに配置されている。
図示は省略するが、図１０とは異なり、ｎ型不純物を高濃度にドープされたＧａＩｎＡｓ層が、ＧａＩｎＡｓ層９１ｂおよび導電路１３９Ａの間に介在していてもよい。これにより、導電路１３９ＡとＧａＩｎＡｓ層９１ｂとのコンタクトが良好になりうる。図１０に示す積層構造の側壁部には、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ3Ｎ4膜、ＳｉＯＮ膜、ＨｆＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜など、若しくはこれらの多層膜からなる絶縁膜を堆積することもできる。
図８Ａに示す本実施形態では、ＭＩＭリフレクタ１７が形成されている。ＭＩＭリフレクタ１７は、金属と、絶縁体と、金属から構成される積層構造を有する。具体的には、ＭＩＭリフレクタ１７は、導電路１３９Ａと、導電路１３９Ｂと、導電路１３９Ａおよび導電路１３９Ｂの間に介在する絶縁層と、により構成される。ＭＩＭリフレクタ１７は、導電路１３９Ａおよび導電路１３９Ｂを高周波的に短絡する。ＭＩＭリフレクタ１７は、直流的には開放（オープン）でありながら、高周波を反射させることができる。ＭＩＭリフレクタ１７の絶縁層は、たとえば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ2、あるいは、Ａｌ2Ｏ3よりなる。ＭＩＭリフレクタ１７の絶縁層は、たとえば、スパッタリング法により形成される。図８Ａに示した例とは異なり、ＭＩＭリフレクタ１７が形成されていなくてもよい。
図８Ａに示す本実施形態では、抵抗（シャント抵抗）１５が形成されている。抵抗１５は、導電路１３９Ａおよび導電路１３９Ｂに導通している。図８Ａに示した例とは異なり、抵抗１５が形成されていなくてもよい。
図８Ｂに示すように、図８Ａに示した構成とは異なり、最も左に形成された１つのＭＩＭリフレクタ１７および１つの抵抗１５以外に、ＭＩＭリフレクタや抵抗が形成されていなくてもよい。このような構成によると、能動素子１８にて発生したテラヘルツ波を面垂直方向に取り出すだけでなく、導電路１３９Ａ、１３９Ｂによって構成されるコプレーナストリップ線路が伝送線路として機能し、方向Ｘ２に伝送させることも可能である。
図８Ｃ、８Ｄに示すように、図８Ａに示した構成とは異なり、導電路１３９Ａおよび能動素子１８をつなぐ導電部１３５Ａと、導電路１３９Ｂおよび能動素子１８をつなぐ導電部１３５Ｂと、が形成されていてもよい。図８Ｃにおいては、導電部１３５Ａ、１３５Ｂは、方向Ｘ３に沿って延びる帯状であり、図８Ｄにおいては、導電部１３５Ａ、１３５Ｂは、三角形状である。
図２に示す例では、複数の能動素子１８は、方向Ｘ１視において互いに異なる位置に配置されている。具体的には、複数の能動素子１８は、マトリクス状に配置され、アレイ化されている。複数の能動素子１８の個数は、たとえば、４個〜１０万個である。上述のように、各テラヘルツ発振構造１９における各部分構造１９１においては、能動素子１８が１つ配置されている。そして、本実施形態では、各テラヘルツ発振構造１９において、複数の能動素子１８は、方向Ｘ２に沿って、等間隔に配列されている。本実施形態とは異なり、テラヘルツ装置Ａ１における能動素子１８の個数が、たとえば、１個や２個や３個であってもよい。
たとえば、複数のテラヘルツ発振構造１９の１つであるテラヘルツ発振構造１９Ａにおいて、複数の第１能動素子１８Ａが、方向Ｘ２に沿って、等間隔に（すなわち等ピッチで）周期的に配列されている。複数のテラヘルツ発振構造１９の１つであるテラヘルツ発振構造１９Ｂにおいて、複数の第２能動素子１８Ｂが、方向Ｘ２に沿って、等間隔に配列されている。複数の第２能動素子１８Ｂは、方向Ｘ３に、複数の第１能動素子１８Ａから離間している。
本実施形態では、各部分構造１９１において、複数の能動素子１８どうしの方向Ｘ２における配列ピッチＬ１は、たとえば、１００〜１０００μｍである。複数の能動素子１８どうしの方向Ｘ３における配列ピッチＬ２は、たとえば、１００〜１０００μｍである。配列ピッチＬ２は、配列ピッチＬ１と同一であってもよいし、異なっていてもよい。配列ピッチＬ１（図２参照）および配列ピッチＬ２（図２参照）は、フォトニック結晶Ｂ１によって生成される二次元定在波の周期の整数倍に一致することが好ましい。
図３は、第１実施形態のテラヘルツユニットの平面図（一部構成を透過）である。図４は、図３から一部構成を省略した図である。図５は、第１実施形態のフォトニック結晶の斜視図である。図６は、第１実施形態のフォトニック結晶の平面図である。図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
図１、図３〜図７等に示すフォトニック結晶Ｂ１には、テラヘルツ装置Ａ１が配置されている。本実施形態のフォトニック結晶Ｂ１は、たとえば、二次元フォトニック結晶スラブと称される。フォトニック結晶Ｂ１は、たとえば、半導体材料により構成される。フォトニック結晶Ｂ１を構成する半導体材料としては、たとえば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、およびＧａＩｎＮ／ＧａＮが挙げられる。本実施形態では、フォトニック結晶Ｂ１の平面視の形状は矩形状である。本実施形態とは異なり、フォトニック結晶Ｂ１の平面視の形状は、台形状や他の形状であってもよい。
図７に示すように、フォトニック結晶Ｂ１は、表面４１および裏面４２を有する。表面４１および裏面４２は互いに反対側を向き、いずれも平坦である。本実施形態では、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１にテラヘルツ装置Ａ１が配置されている。フォトニック結晶Ｂ１の表面４１と、テラヘルツ装置Ａ１の裏面１１２とが対向している。本実施形態では更に、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１と、テラヘルツ装置Ａ１の裏面１１２とが直接接している。フォトニック結晶Ｂ１の表面４１から裏面４２に向かう方向Ｘ１における、表面４１および能動素子１８の距離Ｌ２１（図７参照）は、たとえば、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長以下であることが好ましく、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長の半分以下であることがより好ましい。
図３〜図７に示すように、フォトニック結晶Ｂ１は、複数の格子点３１を含む。複数の格子点３１は、フォトニック結晶Ｂ１のフォトニックバンド構造のフォトニックバンドギャップ帯におけるテラヘルツ波を回折させる。複数の格子点３１は、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１から裏面４２に向かう方向Ｘ１視において、周期的に配置されている。複数の格子点３１は各々、たとえば、孔により構成される。図７に示すように、本実施形態におけるこのような孔は、フォトニック結晶Ｂ１を貫通しており、表面４１から裏面４２に至っている。本実施形態では、孔の形状は円形であるが、本実施形態とは異なり、多角形（図１３に三角形の例を示す）や楕円形であってもよい。
図４に示すように、複数の格子点３１の中心は、基本単位格子形状を規定する（最小の）Ｎ角形Ｓ１のＮ個（Ｎは３以上の整数）の頂点のいずれかに位置している。本実施形態では、基本単位格子は、正方格子であり、Ｎは４である。本実施形態では、基本単位格子形状たる矩形を規定する四角形Ｓ１の４個の頂点のいずれかに位置している。本実施形態とは異なり、基本単位格子が三角格子、長方格子、あるいはハニカム格子であってもよい。これらの場合、基本単位格子形状が、それぞれ、三角形、長方形、あるいは、六角形となる。本実施形態では、複数の格子点３１の格子定数ａ１は、たとえば、１００〜１０００μｍである。
本実施形態では、格子定数ａ１（図３参照）が、配列ピッチＬ１（図２参照）および配列ピッチＬ２（図２参照）に一致する。本実施形態とは異なり、格子定数ａ１の二倍に、配列ピッチＬ１（図２参照）および配列ピッチＬ２（図２参照）に一致してもよい。上述のように、配列ピッチＬ１（図２参照）および配列ピッチＬ２（図２参照）は、フォトニック結晶Ｂ１によって生成される二次元定在波の周期の整数倍に一致することが好ましい。
格子定数ａ１がテラヘルツ波の実効波長λmにおよそ等しくなるよう（ａ１〜λm）に設計すると、回折によって面垂直方向に放射する定在波状態ができる。一方、格子定数ａ１をおよそ実効波長の半分に設計した場合（ａ１〜λm／２）にも定在波状態ができるが、面垂直方向には放射されず面内に閉じ込められる。この場合には、金属の導電路１３９Ａ、１３９Ｂによる伝送線路、もしくは、フォトニックによる閉じ込め効果や屈折率差による導波構造により面内をテラヘルツ波が伝搬していくと考えられる。これを、フォトニック結晶導波路につなげることも可能である。すなわち、必ずしもテラヘルツ波を面垂直方向に取り出すだけではないということである。なお、ａ１〜λmの場合にも、面垂直方向に放射されずらく、面内に伝搬させて取り出せる定在波状態も生成されうる。
図４に示す例においては、方向Ｘ１視において、複数の格子点３１のいずれか１つに、複数の格子点３１の各々が重なっている。図４では、方向Ｘ１視において、複数の格子点３１のいずれか１つの中心３１Ｃに、複数の格子点３１の各々が重なっている。図４に示した例とは異なり、方向Ｘ１視において、複数の格子点３１のいずれか１つの中心３１Ｃに、複数の格子点３１の各々が重なっていなくてもよい。たとえば、方向Ｘ１視において、複数の格子点３１のいずれか１つの中心３１Ｃからずれた位置であり、且つ、複数の格子点３１のいずれか１つに重なる位置に、複数の格子点３１の各々が位置していてもよい。あるいは、方向Ｘ１視において、複数の格子点３１のいずれか１つに、複数の格子点３１の各々が重なっていなくてもよい。
図４に示すように、複数の格子点３１は、Ｎ個の第１格子点３１１を含む。Ｎ個の第１格子点３１１の中心３１Ｃは、基本単位格子形状を規定する同一のＮ角形Ｓ１のＮ個の頂点にそれぞれ位置している。本実施形態では、複数の格子点３１は、４個の第１格子点３１１を含む。４個の第１格子点３１１の中心３１Ｃは、基本単位格子形状を規定する同一の四角形Ｓ１の４個の頂点にそれぞれ位置している。図４に示すように、方向Ｘ１視において、Ｎ個の第１格子点３１１の中心３１Ｃにより構成されるＮ角形Ｓ１領域に、能動素子１８のいずれか１つが重なっている（本実施形態ではＮ＝４）。
次に、図７、図１１を用いて、テラヘルツユニットＣ１の動作について簡単に説明する。
本実施形態では、フォトニック結晶Ｂ１自体が共振器として機能する。図１１に示すように、フォトニック結晶Ｂ１の共振モードに複数の能動素子１８が結合可能である。これにより、複数の能動素子１８によって生成されたテラヘルツ波は、フォトニック結晶Ｂ１により構成された共振器によって、同一周波数で動作し、出力合成される。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態においては、少なくとも１つの能動素子１８のいずれか１つは、方向Ｘ１視において、フォトニック結晶Ｂ１に重なっている。このような構成によると、テラヘルツ装置Ａ１における各能動素子１８と高いＱ値を実現可能なフォトニック結晶Ｂ１の電磁界モードとを、より強く結合させることができる。これにより、高いＱ値が実現されうる。また、高いＱ値が実現されると、位相雑音の低減が期待できる。
本実施形態の構成により、テラヘルツユニットＣ１から発生するテラヘルツ波の発振線福を、フォトニック結晶Ｂ１を用いない場合と比べて、より小さくすることができることがわかった。すなわち、大容量通信可能な位相変調（たとえば、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））へ適用可能な高品質なテラヘルツ波を発生させることが可能となる。
図１２は、発振周波数のバイアス依存性シミュレーションの結果の一例である。同図に示すグラフの横軸はバイアス電圧（ｍＶ）であり、縦軸は発振周波数（ＧＨｚ）を示している。同グラフでは、フォトニック結晶を用いない場合、能動素子１８に印加するバイアス電圧を、４０５ｍＶから４５５ｍＶまで変化させたときには、発振周波数は約３４６ＧＨｚから約３６６ＧＨｚにまで変化している。一方、同グラフでは、フォトニック結晶を用いた場合、能動素子１８に印加するバイアス電圧を、４０５ｍＶから４５５ｍＶまで変化させたときに、発振周波数は、約３５０ＧＨｚ程度で一定のままである。当該グラフからも理解できるように、フォトニック結晶Ｂ１を用いると、テラヘルツユニットＣ１から発生するテラヘルツ波の発振周波数のバイアス電圧依存性を、フォトニック結晶Ｂ１を用いない場合と比べて、抑制できることがわかった。そして、テラヘルツユニットＣ１によると、フォトニック結晶Ｂ１固有の発振周波数のテラヘルツ波を発生させることができる。
本実施形態においては、テラヘルツ装置Ａ１は、方向Ｘ１視において互いに異なる位置に配置された複数の能動素子１８を含む。このような構成によると、フォトニック結晶Ｂ１の共振モードに、複数の能動素子１８を結合させることができる。これにより、複数の能動素子１８の発振周波数を同期させることができる。その結果、フォトニック結晶Ｂ１のモードで周波数の揃った高出力のテラヘルツ波を発生させることが可能となる。たとえば、複数の能動素子１８の個数が１万個である場合には、理論上、１Ｗの高出力のテラヘルツ波を発生させることが可能である。
本実施形態においては、少なくとも１つの能動素子１８のいずれか１つは、方向Ｘ１視において、複数の格子点３１いずれか１つに重なっている。このような構成によると、図３に示した能動素子１８に導通する導電路１３９Ａ、１３９Ｂを、方向Ｘ１視において、フォトニック結晶Ｂ１における格子点３１に重ならせることができる。これにより、フォトニック結晶Ｂ１の格子点３１を除く部位における電磁界に、導電路１３９Ａ、１３９Ｂが与える影響を、抑制することができる。これにより、所望のテラヘルツ波を発生させることができる。
本実施形態においては、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１から裏面４２に向かう方向Ｘ１における、表面４１および能動素子１８の距離Ｌ２１（図７参照）は、たとえば、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長以下であることが好ましい。このことは、フォトニック結晶Ｂ１の共振モードに、複数の能動素子１８をより強く結合させることができる点において好ましい。本実施形態においては更に、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１から裏面４２に向かう方向Ｘ１における、表面４１および能動素子１８の距離Ｌ２１（図７参照）は、たとえば、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長以下であることがより好ましい。このことは、このことは、フォトニック結晶Ｂ１の共振モードに、複数の能動素子１８をより強く結合させることができる点において更に好ましい。フォトニック結晶Ｂ１の共振モードに、複数の能動素子１８をより強く結合させることができると、より高出力のテラヘルツ波を発生させることができる。
＜変形例＞
図１４〜図２８を用いて、本開示の変形例について説明する。
なお、以下の説明では、上記と同一または類似の構成については上記と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
図１４に示す変形例のテラヘルツユニットＣ１１においては、テラヘルツ装置Ａ１における半導体基板１１の表面１１１が、フォトニック結晶Ｂ１における表面４１に対向している。このような構成によると、複数の能動素子１８をフォトニック結晶Ｂ１により近接させることが可能となる。これにより、フォトニック結晶Ｂ１の共振モードに、複数の能動素子１８をより強く結合させることができる。その結果、より高出力のテラヘルツ波を発生させることができる。
図１５に示す変形例のテラヘルツユニットＣ１２は、フォトニック結晶Ｂ１に加え、フォトニック結晶Ｂ２を更に備える点において、テラヘルツユニットＣ１と異なる。本変形例では、フォトニック結晶Ｂ２は、フォトニック結晶Ｂ１と同一の構造を有する。テラヘルツユニットＣ１を上下逆とし、テラヘルツ装置Ａ１における半導体基板１１の表面１１１が、フォトニック結晶Ｂ２における表面４５に対向している。本変形例では、フォトニック結晶Ｂ２における複数の格子点３２は、方向Ｘ１視において、フォトニック結晶Ｂ１における複数の格子点３１と重なっている。本変形例とは異なり、フォトニック結晶Ｂ２における複数の格子点３２は、方向Ｘ１視において、フォトニック結晶Ｂ１における複数の格子点３１と重なっていなくてもよい。また、フォトニック結晶Ｂ２における複数の格子点３２の形状が、フォトニック結晶Ｂ１における複数の格子点３１の形状と異なっていてもよい。
本変形例によると、テラヘルツユニットＣ１に関して述べた利点、および、テラヘルツユニットＣ１１に関して述べた利点のいずれをも享受できる。そして、複数の能動素子１８の図１５における上側および下側にそれぞれ、フォトニック結晶Ｂ１、Ｂ２が配置されているので、能動素子とフォトニック結晶の結合を一層強くできるという点において好ましい。
図１６に示す変形例のテラヘルツユニットＣ１３は、テラヘルツ装置Ａ１とフォトニック結晶Ｂ１との間に、スペーサ５２が介在している点において、テラヘルツユニットＣ１１とは異なる。スペーサ５２は、たとえば絶縁性の材料よりなる。スペーサ５２は、テラヘルツ装置Ａ１とフォトニック結晶Ｂ１とを接着する接着剤に由来していてもよい。
本変形例においても、表面４１および能動素子１８の距離Ｌ２２は、たとえば、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長以下であることが好ましく、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長の半分以下であることがより好ましい。これらのことは、テラヘルツユニットＣ１に関して述べたのと同様に、より高出力のテラヘルツ波を発生させることができる点において好ましい。
図１７に示す変形例のテラヘルツユニットＣ１４は、テラヘルツ装置Ａ１とフォトニック結晶Ｂ２との間に、図１６を参照して説明したスペーサ５２が介在している点において、図１５に示したテラヘルツユニットＣ１２とは異なる。
本変形例においても、フォトニック結晶Ｂ２の表面４１および能動素子１８の距離Ｌ２３は、たとえば、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長以下であることが好ましく、フォトニック結晶Ｂ１により放射される波長の半分以下であることがより好ましい。これらのことは、テラヘルツユニットＣ１に関して述べたのと同様に、より高出力のテラヘルツ波を発生させることができる点において好ましい。
図１８、図１９に示す変形例のテラヘルツユニットＣ１５においては、テラヘルツ装置Ａ１が複数の半導体基板１１を含む。複数の半導体基板１１は、方向Ｘ３において互いに離間している。各半導体基板１１には、図２で示した複数の部分構造１９１を含むテラヘルツ発振構造１９が１つ配置されている。そのため、各半導体基板１１上においては、複数の能動素子１８が方向Ｘ２に沿って一列配列されている。
図１９に示すように、フォトニック結晶Ｂ１には、複数の溝４４が形成されている。溝４４は、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１から凹む形状である。溝４４は、方向Ｘ２に沿って延びている。複数の溝４４の各々には、複数の半導体基板１１のいずれか１つが配置されている。このような構成によっても、テラヘルツユニットＣ１に関して述べた作用効果と同様あるいは類似の作用効果を奏する。
図２０におけるテラヘルツユニットＣ１６においては、テラヘルツ装置Ａ１が上下逆の配置である点において、テラヘルツユニットＣ１５と異なる。本変形例の構成によると、複数の能動素子１８を、フォトニック結晶Ｂ１の方向Ｘ１における中心側に位置させることができる。このことは、電界のより強い位置に能動素子が設置される結果、結合を一層強くできるという点において好ましい。また、本変形例では、半導体基板１１の裏面１１２が、フォトニック結晶Ｂ１の表面４１と面一となっている。このことは、電磁界の影響を抑制しつつ、テラヘルツ波を表面４１側から効率良く放射するのに好適である。
図２１におけるテラヘルツユニットＣ１７においては、支持体５１が、フォトニック結晶Ｂ１の裏面４２に配置されている。溝４４がフォトニック結晶Ｂ１を貫通しており、複数の半導体基板１１が支持体５１に支持されている点において、テラヘルツユニットＣ１５とは異なり、その他の点については略同様である。
図２２におけるテラヘルツユニットＣ１８においては、複数の半導体基板１１の厚さが、テラヘルツユニットＣ１７における半導体基板１１の厚さよりも厚い点において、テラヘルツユニットＣ１７と異なり、その他の点は略同様である。本変形例においては、半導体基板１１の厚さとフォトニック結晶Ｂ１の厚さは、同一である。
図２３に示すテラヘルツユニットＣ１９は、フォトニック結晶Ｂ２がフォトニック結晶Ｂ１の表面４１に配置されている点において、図１９等に示したテラヘルツユニットＣ１５と異なる。フォトニック結晶Ｂ２における格子点３２の（方向Ｘ１視における）位置は、図２３に示すように、フォトニック結晶Ｂ１における格子点３１の位置と一致していてもよく、あるいは、図２４に示すように、異なっていてもよい。
図２５に示すテラヘルツユニットＣ２０は、フォトニック結晶Ｂ２がフォトニック結晶Ｂ１の表面４１に配置されており、支持体５１が設けられていない点において、テラヘルツユニットＣ１８と異なる。図２６に示すテラヘルツユニットＣ２１は、フォトニック結晶Ｂ２がフォトニック結晶Ｂ１の裏面４２に配置されており、溝４４がフォトニック結晶Ｂ１を貫通している点において、テラヘルツユニットＣ１６と異なる。
図２７に示すテラヘルツユニットＣ２２は、スペーサ５２（図１６に関する説明を参照）が溝４４に設けられている点において、テラヘルツユニットＣ１６と異なる。図２８に示すテラヘルツユニットＣ２３は、スペーサ５２（図１６に関する説明を参照）が溝４４に設けられている点において、テラヘルツユニットＣ２１と異なる。
＜第２実施形態＞
図２９Ａ〜図３０を用いて、本開示の第２実施形態について説明する。
図２９Ａに示すテラヘルツユニットＣ３０においては、フォトニック結晶Ｂ１は、一次元フォトニック結晶である。フォトニック結晶Ｂ１は、方向Ｘ１視において、周期的に配置された複数の孔３８を含む。複数の孔３８は、複数の第１孔３８１と複数の第２孔３８２とを含む。複数の第１孔３８１は、方向Ｘ２に沿って配列されており、複数の方向Ｘ２は、方向Ｘ２に沿って配列されている。複数の第１孔３８１の各々および複数の第２孔３８２の各々は、方向Ｘ３に沿って延びている。複数の第１孔３８１の各々は、方向Ｘ３おいて、複数の能動素子１８を挟んで複数の第２孔３８２とは反対側に位置している。
図２９Ｂ〜２９Ｄに示すように、図２９Ａとは異なり、複数の能動素子１８は各々、複数の孔３８のいずれか１つに重なっていてもよい。
図２９Ｂにおいては、格子定数ａ１がテラヘルツ波の実効波長λmにおよそ等しくなるよう（ａ１〜λm）に設計されている。このような構成によると、テラヘルツ波を面垂直方向に放射可能であり、且つ、面内方向の伝送線路への伝搬も可能である。
図２９Ｃにおいては、格子定数ａ１がテラヘルツ波の実効波長λmの半分におよそ等しくなるよう（ａ１〜λm／２）に設計されている。このような構成によると、テラヘルツ波を面内方向の伝送線路に沿って伝搬することが可能である。図２９Ｃは、定在波の実行波長の周期に能動素子１８を設置している例を示しているが、能動素子１８の設置例はこれに限定されない。
図２９Ｄにおいては、格子定数ａ１がテラヘルツ波の実効波長λmにおよそ等しくなるよう（ａ１〜λm）に設計されている。また、半導体基板１１の方向Ｘ３の寸法が、図２９Ｂに示したものよりも大きく、フォトニック結晶Ｂ１の方向Ｘ３の寸法と同一である。図２９Ｃに示す構成は、たとえば、半導体基板１１とフォトニック結晶Ｂ１とを貼り合わせることにより、実現できる。
図３０に示すように、能動素子１８を図２９Ａに示す位置から方向Ｘ２に（たとえば格子定数ａ１の半分以下の距離だけ）シフトさせてもよい。
このような構成によっても、テラヘルツ装置Ａ１における各能動素子１８とフォトニック結晶Ｂ１の電磁界モードとを、より強く結合させることができる。
＜第３実施形態＞
図３１〜図３８を用いて、本開示の第３実施形態について説明する。
図３１は、第３実施形態のテラヘルツユニットの平面図である。
同図に示すテラヘルツユニットＣ４０は、テラヘルツ装置Ａ１およびフォトニック結晶Ｂ１を含む。
図３２は、図３１に示したテラヘルツ装置Ａ１の拡大平面図である。本実施形態のテラヘルツ装置Ａ１は、能動素子１８の個数が１つである点、導電部１３７Ａ、１３７Ｂおよび複数のライン電極１３８が形成されている点、抵抗１５およびＭＩＭリフレクタ１７の位置が、図８Ａに示したテラヘルツ装置Ａ１と主に異なる。本実施形態では、図３３に示すように、テラヘルツ装置Ａ１は、フォトニック結晶Ｂ１に形成された溝４４に配置されており、支持体５１に支持されている。テラヘルツ装置Ａ１のフォトニック結晶Ｂ１に対する配置態様は、図３２に示したものに限定されない。
図３２に示すように、導電部１３７Ａは、導電部１３３Ａつながっており、方向Ｘ３に延びている。導電部１３７Ｂは、導電部１３３Ｂにつながっており、方向Ｘ３に延びている。導電部１３７Ａ、導電部１３７Ｂは、アンテナとして機能しうる。
図３２、図３４Ａに示すように、複数のライン電極１３８は、方向Ｘ２に沿って配列されている。複数のライン電極１３８は各々、方向Ｘ３に延びている。複数のライン電極１３８は、能動素子１８にて発生したテラヘルツ波を、図３４Ａの右方向へ向かわせるための誘導路として機能する。図３４Ａに示す例においては、複数のライン電極１３８の個数は４つであるが、その他の個数であってもよい。
図３４Ｂに示すように、図３４Ａに示した例とは異なり、複数のライン電極１３８の個数が９つであってもよい。図３４Ｂに示す例においては、図３４Ａに示した例と比べて、複数のライン電極１３８どうしの間隔が小さくなっている。また、図３４Ｂにおいては、複数のライン電極１３８どうしの間隔は、一定ではない。
図３１に示すように、フォトニック結晶Ｂ１は、複数の格子点３１と、共振器６１と、第１導波路６３と、第２導波路６４と、第１結合部６５１と、第２結合部６５２と、を含む。本実施形態では、複数の格子点３１の中心３１Ｃは、三角格子上に配置されているが、その他の点については、第１実施形態で述べた説明を適用できる。
図３１、図３５に示すように、第１導波路６３および第２導波路６４は、複数の格子点３１の線欠陥により形成されている。本実施形態では、第１導波路６３および第２導波路６４では、孔が形成されておらず、フォトニック結晶Ｂ１を構成する材料が中実となっている。第１導波路６３および第２導波路６４は、方向Ｘ２に沿って延びている。本実施形態では、テラヘルツ装置Ａ１に第１導波路６３が形成されているので、能動素子１８と、共振器６１とを、空間的に分離することができる。これによりユニット全体としてのＱ値を一層高くできるといった利点を有する。
図３１、図３５に示すように、共振器６１は、第１導波路６３および第２導波路６４をモード結合可能である。本実施形態では、共振器６１は、複数の格子点３１の線欠陥あるいは点欠陥により形成されている。共振器６１は、格子点３１が１または複数個分形成されていない領域により形成されうる。共振器６１と第１導波路６３の間において、方向Ｘ２に沿う複数の格子点３１の列数Ｇ１（図３５等では図示せず）は、３列以下であることが好ましい。本実施形態では、列数Ｇ１は０である。すなわち、共振器６１が第１導波路６３の延長線上に、位置している。本実施形態では、共振器６１は、方向Ｘ１視において、第１導波路６３および第２導波路６４の間に位置している。
第１結合部６５１は、第１導波路６３および共振器６１の間に位置している。図３５に締示す共振器６１を、直線結合を実現可能な直線型共振器と呼んでもよい。第１結合部６５１は、少なくとも１つの孔６５１Ａを含む。少なくとも１つの孔６５１Ａの個数は、たとえば、３つ以下であることが好ましい。図３５では、孔６５１Ａの個数は３つであるが、１つでも２つであってもよい。孔６５１Ａの形状は、格子点３１の形状と同一であってもよい。孔６５１Ａどうしの方向Ｘ２における配列ピッチは、格子点３１の格子定数ａ１と同一であってもよいし（図３５参照）、格子定数ａ１と異なっていてもよい（図３６参照）。図３６に示す共振器６１を、直線結合を実現可能なシフト型共振器と呼んでもよい。
図３１、図３５に示すように、第２結合部６５２は、第２導波路６４および共振器６１の間に位置している。第２結合部６５２は、少なくとも１つの孔６５２Ａを含む。少なくとも１つの孔６５２Ａの個数は、たとえば、３つ以下であることが好ましい。図３５では、孔６５２Ａの個数は３つであるが、１つでも２つであってもよい。孔６５２Ａの形状は、格子点３１の形状と同一であってもよい。孔６５２Ａどうしの方向Ｘ２における配列ピッチは、格子点３１の格子定数ａ１と同一であってもよいし（図３５参照）、格子定数ａ１と異なっていてもよい（図３６参照）。
図３５、図３６に示す例とは異なり、図３７に示すように、共振器６１がヘテロ型共振器であってもよい。図３７に示す例では、領域Ｒ３における孔６１１における配列ピッチａ２は、領域Ｒ１および領域Ｒ２における格子点３１の格子定数ａ１よりも、大きい。領域Ｒ３における孔６１１が、結合部として機能する。領域Ｒ３における方向Ｘ２における孔６１１の個数Ｇ３は、３以下であることが好ましい。図３７では、個数Ｇ３は３であるが、１や２でもよい。
本実施形態においては、図３８に示すように、テラヘルツ装置Ａ１および第１導波路６３、第１導波路６３および共振器６１、並びに、共振器６１および第２導波路６４が、結合可能である。そのため、テラヘルツ装置Ａ１の能動素子１８から放射されたテラヘルツ波は、第１導波路６３を伝搬し、共振器６１にて共振する。そして共振したテラヘルツ波は、第２導波路６４を伝搬し、図３１の右方向へとフォトニック結晶Ｂ１の外部に放射される。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態においては、少なくとも１つの能動素子１８から放射されたテラヘルツ波は、フォトニック結晶Ｂ１に導入される。共振器６１は、第１導波路６３とモード結合可能である。このような構成によると、第１実施形態で述べたのと同様に、高いＱ値、位相雑音の低減、発振振幅の低減、および、バイアス電圧依存性の抑制が実現されうる。
本実施形態においては、共振器６１と第１導波路６３の間において、方向Ｘ２に沿う複数の格子点の列数は、３列以下である。特に、本実施形態では、当該列数は０である。このような構成によると、第１導波路６３および共振器６１をより強く結合できる。このことは、第１導波路６３にて伝搬するテラヘルツ波の電力を、より効率よく共振器６１に伝達できることを意味する。これにより、テラヘルツユニットＣ４０からのテラヘルツ波の出力をより大きくすることができる。
＜変形例＞
図３９Ａ〜図４９を用いて、本実施形態の変形例について説明する。
図３９Ａに示す変形例においては、導電部１３３Ａ、１３３Ｂ（コプレーナストリップ線路）にそれぞれ導通する導電路１３９Ａ，１３９Ｂを備える。導電路１３９Ａ、１３９Ｂは、方向Ｘ２に向かうにつれて方向Ｘ３における寸法が小さくなるテーパ状を呈する。導電路１３９Ａおよび導電路１３９Ｂの先端の離間距離ｗ１は、第１導波路６３を挟んで互いに離間する２つの格子点３１の離間距離Ｗ１よりも小さいことが好ましい。またテーパ形状を構成する導電路１３９Ａ，１３９Ｂの方向Ｘ２の寸法Ｌ３９は、格子定数ａ１よりも大きいことが好ましい。このような構成により、能動素子１８にて発生したテラヘルツ波をより効率よく、第１導波路６３に伝えることができる。また、本変形例に示す構成により、後述の図４０に示す場合と比較して、導電部１３３Ａ、１３３Ｂ、および、導電路１３９Ａ、１３９Ｂの面積が小さいので、導電部１３３Ａ、１３３Ｂ、および、導電路１３９Ａ、１３９Ｂによる電磁界への悪影響を低減できる。
図３９Ｂに示すように、図３９Ａに示した構造と、図２９Ａに示した一次元アレイ構造とを組み合わせることにより、テラヘルツ波を導波路（たとえば図３１の第１導波路６３）に導き、共振器６１と結合させてもよい。
図４０に示す変形例においては導電部１３３Ａ、１３３Ｂを図３９Ａに示す場合と比較して太くすることにより、スロット線路を形成してもよい。
図４１は、斜め結合を実現する共振器の配置例を示しており、共振器６１と第１導波路６３との間に配置された、方向Ｘ２に沿う複数の格子点３１の列数Ｇ１は、３列である。本実施形態では、列数Ｇ１は３である。列数Ｇ１は、３ではなく、１や２であってもよい。共振器６１と第１導波路６３との間に配置された、複数の格子点３１は、結合部を構成する。
図４２は、横結合を実現する共振器の配置例を示しており、共振器６１と第１導波路６３との間に配置された、方向Ｘ２に沿う複数の格子点３１の列数Ｇ１は、３列である。本実施形態では、列数Ｇ１は３である。列数Ｇ１は、３ではなく、１や２であってもよい。図４２に示す例では、第２導波路６４は形成されていない。
図４３は、横結合をする共振器の一例を示しており、孔からなる反射鏡６７１、６７２が形成されている。共振器６１と第１導波路６３との間に配置された、方向Ｘ２に沿う複数の格子点３１の列数Ｇ１は、３列以下であることが好ましく、本変形例では３である。列数Ｇ１は、１や２であってもよい。同様に、共振器６１と第２導波路６４との間に配置された、方向Ｘ２に沿う複数の格子点３１の列数Ｇ２は、３列以下であることが好ましく、本変形例では３である。列数Ｇ２は、１や２であってもよい。第１導波路６３を伝搬してきたテラヘルツ波は、反射鏡６７１によって反射し、共振器６１にて共振する。そして、共振器６１にて共振したテラヘルツ波は、反射鏡６７２にて反射し、第２導波路６４を伝搬し図４３の右方向へと向かい、フォトニック結晶Ｂ１から放射される。
図４４に示す例では、第１導波路６３および第２導波路６４が形成される代わりに、導電部１３３Ａ、１３３Ｂ（コプレーナストリップストリップ線路）が方向Ｘ２に沿って、フォトニック結晶Ｂ１の一端から他端に至っている。導電部１３３Ａ、１３３Ｂの一部は、方向Ｘ２において、共振器６１に重なっている。このような構成によると、金属線路（導電部１３３Ａ、１３３Ｂ）から共振器６１へ、導波路を経由しない結合が実現されうる。
図４５に示す例では、図３７に示したように、共振器６１がヘテロ型共振器である構成を採用している。図４５では、領域Ｒ１に能動素子１８が配置されているが、図４６に示すように、領域Ｒ３に能動素子１８が配置されていてもよい。
図４７に示す例では、フォトニック結晶Ｂ１が、テラヘルツ装置Ａ１上に起立している。共振器６１と能動素子１８との距離は、波長以下であることが好ましい。図４７では、導電部１３７Ａ、１３７Ｂとしてダイポールアンテナを用いる例を示しているが、スロットアンテナ等の別の種類のアンテナを採用してもよい。共振器６１は、１または複数個分の格子点３１の形成されていない領域により構成されている。フォトニック結晶Ｂ１には、導波路６６が形成されている。共振器６１にて共振したテラヘルツ波は、導波路６６を伝搬し、フォトニック結晶Ｂ１の外部に放射される。
図４８に示す例では、テラヘルツ装置Ａ１が複数の能動素子１８を備えている。このような構成によると、発振周波数が異なる能動素子１８が、フォトニック結晶Ｂ１によって、同一周波数で動作し、出力合成されうる。これにより、同一発振周波数の、高出力のテラヘルツ波が実現されうる。テラヘルツ装置Ａ１が能動素子１８を複数備える構成を、図３４Ａ以外の別の変形例（たとえば図３９Ａ、図４０）の構成と組み合わせてもよい。
図４９に示す例では、テラヘルツ装置Ａ１が複数（具体的には２つ）設けられている。また、フォトニック結晶Ｂ１が、分岐構造を有しており、具体的には、追加導波路６６１、６６２を有している。一方のテラヘルツ装置Ａ１の能動素子１８からのテラヘルツ波は、追加導波路６６１から第１導波路６３へと伝搬する。他方のテラヘルツ装置Ａ１の能動素子１８からのテラヘルツ波は、追加導波路６６２から第１導波路６３へと伝搬する。複数の能動素子１８からのテラヘルツ波が、フォトニック結晶Ｂ１の共振器６１によって、同一周波数で動作し、出力合成されうる。これにより、同一発振周波数の、高出力のテラヘルツ波が実現されうる。テラヘルツ装置Ａ１が複数設けられた構成を、図３１以外の別の変形例（たとえば、図３６、図３７等）の構成と組み合わせてもよい。
本開示において、「ある物Ａがある物Ｂに形成されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に形成されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接形成されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに形成されていること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂに配置されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に配置されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接配置されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに配置されていること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂに積層されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に積層されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接積層されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに積層されていること」を含む。
本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本開示は以下の付記に関する実施形態を含む。
［付記１］
表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっている、テラヘルツユニット。
［付記２］
前記複数の格子点は、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）の第１格子点を含み、
前記Ｎ個の第１格子点の中心は、基本単位格子形状を規定する同一のＮ角形のＮ個の頂点にそれぞれ位置しており、
前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記Ｎ個の第１格子点の前記中心により構成される前記Ｎ角形領域に重なっている、付記１に記載のテラヘルツユニット。
［付記３］
前記少なくとも１つの能動素子は、前記第１方向視において互いに異なる位置に配置された複数の能動素子を含む、付記１または付記２に記載のテラヘルツユニット。
［付記４］
前記少なくとも１つの能動素子は、複数の第１能動素子と、複数の第２能動素子と、を含み、
前記複数の第１能動素子は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って、等間隔に配列されており、
前記複数の第２能動素子は、前記第１方向および前記第２方向のいずれにも直交する第３方向に、前記複数の第１能動素子から離間しており、且つ、前記第２方向に沿って、等間隔に配列されている、付記３に記載のテラヘルツユニット。
［付記５］
前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記複数の格子点のいずれか１つに重なっている、付記１ないし付記４のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記６］
前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記複数の格子点のいずれとも重なっていない、付記１ないし付記４のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記７］
前記テラヘルツ装置は、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つが配置された半導体基板を含む、付記１ないし付記６のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記８］
前記テラヘルツ装置は、複数の半導体基板を含み、前記複数の半導体基板の各々には、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つが配置されている、付記１ないし付記６のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記９］
前記フォトニック結晶には、少なくとも１つの溝が形成されており、
前記少なくとも１つの溝には、前記テラヘルツ装置の少なくとも一部が配置されている、付記１ないし付記８のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記１０］
前記少なくとも１つの能動素子は、前記第１方向において、前記フォトニック結晶に重なっている、付記９に記載のテラヘルツユニット。
［付記１１］
前記フォトニック結晶の前記裏面側に配置された支持体を更に備え、
前記テラヘルツ装置は、前記支持体に支持されている、付記１ないし付記１０のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記１２］
前記テラヘルツ装置は、前記第１フォトニック結晶の前記表面と面一である面を有する、付記１に記載のテラヘルツユニット。
［付記１３］
前記テラヘルツ装置は、前記フォトニック結晶の前記表面上に配置されている、付記１に記載のテラヘルツユニット。
［付記１４］
前記少なくとも１つの能動素子の各々と、前記フォトニック結晶の前記表面との前記第１方向における距離は、前記フォトニック結晶により放射される波長の半分以下である、付記１に記載のテラヘルツユニット。
［付記１５］
前記テラヘルツ装置および前記フォトニック結晶の間に介在するスペーサを更に備える、付記１ないし付記１４のいずれかに記載のテラヘルツユニット。
［付記１６］
前記フォトニック結晶を第１フォトニック結晶とし、
表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有する第２フォトニック結晶を更に備え、
前記第２フォトニック結晶の前記裏面は、前記第１フォトニック結晶の前記表面に向かい合っている、付記１に記載のテラヘルツユニット。
［付記１７］
前記第２フォトニック結晶には、少なくとも１つの溝が形成されており、
前記少なくとも１つの溝には、前記テラヘルツ装置の少なくとも一部が配置されている、付記１６に記載のテラヘルツユニット。
［付記１８］
前記テラヘルツ装置は、前記第２フォトニック結晶の前記表面と面一である面を有する、付記１６または付記１７に記載のテラヘルツユニット。
［付記１９］
前記テラヘルツ装置は、前記第２フォトニック結晶の前記裏面と、前記第１フォトニック結晶の前記表面との間に、配置されている、付記１６に記載のテラヘルツユニット。
［付記２０］
表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、
前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の孔を含み、
前記複数の孔は、複数の第１孔と複数の第２孔とを含み、前記複数の第１孔の各々および前記複数の第２孔の各々は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びており、
前記複数の第１孔の各々は、前記第２方向において、前記少なくとも１つの能動素子を挟んで前記複数の第２孔とは反対側に位置している、テラヘルツユニット。
［付記２１］
表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
前記フォトニック結晶は、第１導波路と、共振器と、を含み、
前記第１導波路は各々、前記複数の格子点の線欠陥により形成されており、
前記共振器は、前記第１導波路とモード結合可能であり、
前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子から放射された前記テラヘルツ波は、前記フォトニック結晶に導入される、テラヘルツユニット。
［付記２２］
前記フォトニック結晶は、第２導波路を含み、前記第２導波路は、前記複数の格子点の線欠陥により形成されており、
前記第１導波路は、前記表面から前記裏面に向かう第１方向に直交する第２方向に沿って延びており、
前記共振器は、前記複数の格子点の線欠陥あるいは点欠陥により形成されており、
前記共振器と前記第１導波路の間において、前記第２方向に沿う複数の格子点の列数は、３列以下である、付記２１に記載のテラヘルツユニット。
［付記２３］
前記共振器は、前記第１方向視において、前記第１導波路および第２導波路の間に位置しており、
前記フォトニック結晶は、前記第１導波路および前記共振器の間に位置する第１結合部と、前記第２導波路および前記共振器の間に位置する第２結合部と、を含み、
前記第１結合部および前記第２結合部は各々、少なくとも１つの孔を含む、付記２２に記載のテラヘルツユニット。
［付記２４］
前記第１結合部および前記第２結合部における前記少なくとも１つの孔の個数は、３個以下である、付記２３に記載のテラヘルツユニット。
［付記２５］
表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
前記フォトニック結晶は、共振器を含み、
前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、
前記テラヘルツ装置は、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つの導通する導電部を含み、前記導電部は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びる部位を含み、前記延びる部位の一部は、前記第２方向において、前記共振器に重なっている、テラヘルツユニット。
［付記２６］
前記共振器は、前記複数の格子点の線欠陥あるいは点欠陥により形成されている、付記２５に記載のテラヘルツユニット。
［付記２７］
前記共振器は、ヘテロ型共振器である、付記２５に記載のテラヘルツユニット。
［付記２８］
前少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記ヘテロ型共振器と重なっている、付記２７に記載のテラヘルツユニット。
１１ 半導体基板
１１１ 表面
１１２ 裏面
１１Ａ 第１半導体基板
１１Ｂ 第２半導体基板
１３ 配線層
１３１Ａ、１３１Ｂ 電極
１３２Ａ、１３２Ｂ、１３３Ａ、１３３Ｂ、１３４Ａ、１３４Ｂ、１３５Ａ、１３５Ｂ、１３７Ａ、１３７Ｂ 導電部
１３８ ライン電極
１３９Ａ、１３９Ｂ 導電路
１５ 抵抗
１７ リフレクタ
１８ 能動素子
１８Ａ 第１能動素子
１８Ｂ 第２能動素子
１９ テラヘルツ発振構造
１９１ 部分構造
３１ 格子点
３１１ 第１格子点
３１Ｃ 中心
３２ 格子点
３８ 孔
３８１ 第１孔
３８２ 第２孔
４１ 表面
４２ 裏面
４４ 溝
４５ 表面
４６ 裏面
５１ 支持体
５２ スペーサ
６１ 共振器
６３ 第１導波路
６４ 第２導波路
６５１ 第１結合部
６５１Ａ、６５２Ａ 孔
６５２ 第２結合部
６６ 導波路
６６１ 追加導波路
６６２ 追加導波路
６７１、６７２ 反射鏡
９１ａ ＧａＩｎＡｓ層
９１ｂ ＧａＩｎＡｓ層
９１ｃ ＧａＩｎＡｓ層
９２ａ ＧａＩｎＡｓ層
９２ｂ ＧａＩｎＡｓ層
９３ａ ＧａＩｎＡｓ層
９３ｂ ＧａＩｎＡｓ層
９４ａ ＡｌＡｓ層
９４ｂ ＡｌＡｓ層
９５ ＩｎＧａＡｓ層
Ａ１ テラヘルツ装置
ａ１、ａ２ 格子定数
Ｂ１ フォトニック結晶
Ｂ２ フォトニック結晶
Ｃ１、Ｃ１１〜Ｃ２２、Ｃ３０、Ｃ４０ テラヘルツユニット
Ｌ１、Ｌ２ 配列ピッチ
Ｌ２１ 距離
Ｘ１ 方向
Ｘ２ 方向
Ｘ３ 方向

Claims (26)

  1. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記複数の格子点は、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）の第１格子点を含み、
    前記Ｎ個の第１格子点の中心は、基本単位格子形状を規定する同一のＮ角形のＮ個の頂点にそれぞれ位置しており、
    前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記Ｎ個の第１格子点の前記中心により構成される前記Ｎ角形領域に重なっている、テラヘルツユニット。
  2. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記少なくとも１つの能動素子は、前記第１方向視において互いに異なる位置に配置された複数の能動素子を含む、テラヘルツユニット。
  3. 前記少なくとも１つの能動素子は、複数の第１能動素子と、複数の第２能動素子と、を含み、
    前記複数の第１能動素子は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って、等間隔に配列されており、
    前記複数の第２能動素子は、前記第１方向および前記第２方向のいずれにも直交する第３方向に、前記複数の第１能動素子から離間しており、且つ、前記第２方向に沿って、等間隔に配列されている、請求項２に記載のテラヘルツユニット。
  4. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記複数の格子点のいずれか１つに重なっている、テラヘルツユニット。
  5. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記複数の格子点のいずれとも重なっていない、テラヘルツユニット。
  6. 前記テラヘルツ装置は、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つが配置された半導体基板を含む、請求項１に記載のテラヘルツユニット。
  7. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記テラヘルツ装置は、複数の半導体基板を含み、前記複数の半導体基板の各々には、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つが配置されている、テラヘルツユニット。
  8. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記フォトニック結晶には、少なくとも１つの溝が形成されており、
    前記少なくとも１つの溝には、前記テラヘルツ装置の少なくとも一部が配置されている、テラヘルツユニット。
  9. 前記少なくとも１つの能動素子は、前記第１方向において、前記フォトニック結晶に重なっている、請求項８に記載のテラヘルツユニット。
  10. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記フォトニック結晶の前記裏面側に配置された支持体を更に備え、
    前記テラヘルツ装置は、前記支持体に支持されている、テラヘルツユニット。
  11. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記テラヘルツ装置は、前記フォトニック結晶の前記表面と面一である面を有する、テラヘルツユニット。
  12. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記少なくとも１つの能動素子の各々と、前記フォトニック結晶の前記表面との前記第１方向における距離は、前記フォトニック結晶により放射される波長の半分以下である、テラヘルツユニット。
  13. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記テラヘルツ装置および前記フォトニック結晶の間に介在するスペーサを更に備える、テラヘルツユニット。
  14. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記第１方向視において、前記フォトニック結晶に重なっており、
    前記フォトニック結晶を第１フォトニック結晶とし、
    表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有する第２フォトニック結晶を更に備え、
    前記第２フォトニック結晶の前記裏面は、前記第１フォトニック結晶の前記表面に向かい合っている、テラヘルツユニット。
  15. 前記第２フォトニック結晶には、少なくとも１つの溝が形成されており、
    前記少なくとも１つの溝には、前記テラヘルツ装置の少なくとも一部が配置されている、請求項１４に記載のテラヘルツユニット。
  16. 前記テラヘルツ装置は、前記第２フォトニック結晶の前記表面と面一である面を有する、請求項１４または請求項１５に記載のテラヘルツユニット。
  17. 前記テラヘルツ装置は、前記第２フォトニック結晶の前記裏面と、前記第１フォトニック結晶の前記表面との間に、配置されている、請求項１４に記載のテラヘルツユニット。
  18. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の孔を含み、
    前記複数の孔は、複数の第１孔と複数の第２孔とを含み、前記複数の第１孔の各々および前記複数の第２孔の各々は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びており、
    前記複数の第１孔の各々は、前記第２方向において、前記少なくとも１つの能動素子を挟んで前記複数の第２孔とは反対側に位置している、テラヘルツユニット。
  19. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記フォトニック結晶は、第１導波路と、共振器と、を含み、
    前記第１導波路は各々、前記複数の格子点の線欠陥により形成されており、
    前記共振器は、前記第１導波路とモード結合可能であり、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、前記少なくとも１つの能動素子から放射された前記テラヘルツ波は、前記フォトニック結晶に導入される、テラヘルツユニット。
  20. 前記フォトニック結晶は、第２導波路を含み、前記第２導波路は、前記複数の格子点の線欠陥により形成されており、
    前記第１導波路は、前記表面から前記裏面に向かう第１方向に直交する第２方向に沿って延びており、
    前記共振器は、前記複数の格子点の線欠陥あるいは点欠陥により形成されており、
    前記共振器と前記第１導波路の間において、前記第２方向に沿う複数の格子点の列数は、３列以下である、請求項１９に記載のテラヘルツユニット。
  21. 前記共振器は、前記第１方向視において、前記第１導波路および第２導波路の間に位置しており、
    前記フォトニック結晶は、前記第１導波路および前記共振器の間に位置する第１結合部と、前記第２導波路および前記共振器の間に位置する第２結合部と、を含み、
    前記第１結合部および前記第２結合部は各々、少なくとも１つの孔を含む、請求項２０に記載のテラヘルツユニット。
  22. 前記第１結合部および前記第２結合部における前記少なくとも１つの孔の個数は、３個以下である、請求項２１に記載のテラヘルツユニット。
  23. 表面と前記表面の向く側とは反対側を向く裏面とを有するフォトニック結晶と、
    前記フォトニック結晶に配置されたテラヘルツ装置と、を備え、
    前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶の前記表面から前記裏面に向かう第１方向視において、周期的に配置された複数の格子点を含み、
    前記フォトニック結晶は、共振器を含み、
    前記テラヘルツ装置は、テラヘルツ波を生成し且つ放射する少なくとも１つの能動素子を含み、
    前記テラヘルツ装置は、前記少なくとも１つの能動素子のいずれか１つの導通する導電部を含み、前記導電部は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びる部位を含み、前記延びる部位の一部は、前記第２方向において、前記共振器に重なっている、テラヘルツユニット。
  24. 前記共振器は、前記複数の格子点の線欠陥あるいは点欠陥により形成されている、請求項２３に記載のテラヘルツユニット。
  25. 前記共振器は、ヘテロ型共振器である、請求項２３に記載のテラヘルツユニット。
  26. 前少なくとも１つの能動素子のいずれか１つは、前記ヘテロ型共振器と重なっている、請求項２５に記載のテラヘルツユニット。
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