【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

22IT0029

利用課題名 / Title

高出力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

田中大基,韓非凡,志村拓海

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)

　0.5-1THzの高周波帯において高出力発生が可能な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、低損失な空洞共振器を集積したデバイスの研究をおこなった。空洞共振器と大面積のAlAs/InGaAs2重障壁RTDを集積した発振器を作製し、0.6THzにおいて0.8mWを超える出力を得た。

実験 / Experimental

　電磁界シミュレーションにより構造解析を行い、空洞共振器形状の最適化を行った。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模式図、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次元的な空洞共振器が形成されていることがわかる。空洞共振器は低インダクタンスのため、大面積のRTDを用いても高周波発振が可能であるが、大電流が流れるため熱破壊が頻繁に起こっていた。そのため、厚膜の金属蒸着と半導体導電層に熱伝導率の高いInPを採用することで放熱を改善し熱破壊の無い動作を達成した。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発振特性を評価したところ、0.6THzにおいて0.8mWを超える高出力発振が得られた。また、理論と実験はよく一致しており、さらなる構造最適化で1mWを超える出力が期待できる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１．デバイスの模式図、電子顕微鏡写真
図２．発振スペクトラム

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

本研究は、総務省SCOPE（JP215003005），NICT委託研究（No. 03001），キヤノン財団の補助を受けた。

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