【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2024.06.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22IT0028

利用課題名 / Title

高周波共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器の研究

利用した実施機関 / Support Institute

東京工業大学 / Tokyo Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

共鳴トンネルダイオード, テラヘルツ

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

鈴木 左文

所属名 / Affiliation

東京工業大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

唐振凌,遠藤匠永,佐藤太一

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

鈴木左文

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

IT-001：電子ビーム露光装置
IT-004：マスクレス露光装置
IT-007：走査型電子顕微鏡
IT-008：3連Eガン蒸着装置
IT-009：高真空Eガン蒸着装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

2THzを超える共鳴トンネルダイオード（RTD）テラヘルツ発振器の実現に向けて、RTDの非線形性を利用した高調波発生デバイスの研究をおこなった。リングスロットアンテナと2つのAlAs/InGaAs2重障壁RTDを集積したプッシュプル型発振器を作製し、1.35THzまでの基本波発振を達成するとともに、2次高調波により約2.7THzの信号発生に成功した。

実験 / Experimental

電磁界シミュレーションにより構造解析を行い、2つのRTDがプッシュプル動作する場合が回路損失が少なく安定であることを示した。この解析に基づき、AlAs/InGaAs2重障壁RTD構造を有するエピウエハを用いてデバイス作製を行った。電極パターニングには電子ビーム露光装置、および、マスクレス露光装置を用い、電極は真空蒸着とリフトオフにより形成した。デバイス間のアイソレーションにはP-CVDによるSiO2マスクとリアクテブイオンエッチングを用いた。形成構造については、触針段差計と電子顕微鏡により観察、評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

作製したデバイスの光学顕微鏡、および、電子顕微鏡写真を図１に示す。多層レジストプロセスにより３次元的なエアブリッジ構造が形成されていることがわかる。フーリエ赤外分光装置と検出器として液体ヘリウム冷却ボロメータを用い基本波発振周波数を観測したところ、1.35THzまでの発振が得られ、発振周波数は理論解析とよく一致した。２次高調波は信号が微弱なため、検出器までの距離を短くした測定系を新たに構築し、フィルターにより基本波成分を除去した後、ファブリーペロー共振器により周波数測定を行った。ファブリーペロー共振器のミラー位置に対する信号強度依存性より、およそ2.7THz付近の信号が発生していることが明らかとなった。これは、単独の発振器からの信号発生では最も高い周波数である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１．デバイスの模式図、光学顕微鏡写真、電子顕微鏡写真
図２．ファブリーペロー共振器のミラー位置に対する信号強度依存性

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は、JSPS科研費補助金（21H04552）およびJST-CREST（JPMJCR21C4）の補助を受けた。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件