JP2013030610A - Terahertz wave element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a terahertz wave element for generating or detecting terahertz waves capable of efficiently emitting the terahertz waves with satisfactory monochromatic properties.SOLUTION: The terahertz wave element includes: a first semiconductor layer 102 formed over a substrate 101; a second semiconductor layer 104 formed over the first semiconductor layer 102; a gate electrode 106 formed over the second semiconductor layer 104; a source electrode 107 and a drain electrode 108 formed on the second semiconductor layer 104 facing to each other being interposed by the gate electrode 106; periodic metal films 109A and 109B having a periodic structure in which plural metal films 109 are periodically disposed, and which are formed between the gate electrode 106 and the source electrode 107 and between the gate electrode 106 and the drain electrode 108 on the second semiconductor layer 104; a first mirror 111 disposed above the gate electrode 106 and the plural metal films 109; and a second mirror 112 formed beneath the substrate 101.

Description

本発明は、テラヘルツ（ＴＨｚ）帯の電磁波を発生又は検出するテラヘルツ波素子に関する。   The present invention relates to a terahertz wave element that generates or detects terahertz (THz) band electromagnetic waves.

テラヘルツ帯の電磁波（テラヘルツ波）は、近年注目されている電磁波であり、多岐にわたる応用の可能性が期待されている。現在、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time-Domain Spectroscopy）により、テラヘルツ波の発生又は検出を行うことが一般的である。しかしながら、テラヘルツ時間領域分光装置は、高精度な光学系の調整を必要とするだけでなく、大規模な設備を必要とする。このため、現状では、様々な分野へのテラヘルツ波の応用は困難である。   Terahertz band electromagnetic waves (terahertz waves) have attracted attention in recent years and are expected to have a wide variety of applications. Currently, it is common to generate or detect terahertz waves by Terahertz Time-Domain Spectroscopy (THz-TDS). However, the terahertz time domain spectroscopic device requires not only high-precision optical system adjustment but also large-scale equipment. For this reason, at present, it is difficult to apply terahertz waves to various fields.

そこで、テラヘルツ波を発生又は検出する新たな技術として、電子デバイスを用いた技術が検討されている。例えば、電界効果トランジスタを用い、チャネル電子のプラズモン共鳴を利用して、テラヘルツ波を発生又は検出する技術が報告されている。中でも、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ： High Electron Mobility Transistor）を用い、２次元プラズモン共鳴を利用した技術が提案されている（例えば非特許文献１，２参照）。高電子移動度トランジスタとは、二次元電子ガス（２ＤＥＧ：two-dimensional electron gas）をチャネルとした電界効果トランジスタである。   Therefore, a technique using an electronic device has been studied as a new technique for generating or detecting a terahertz wave. For example, a technique for generating or detecting a terahertz wave using a field effect transistor and utilizing plasmon resonance of channel electrons has been reported. In particular, a technique using a high electron mobility transistor (HEMT) and utilizing two-dimensional plasmon resonance has been proposed (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). The high electron mobility transistor is a field effect transistor using a two-dimensional electron gas (2DEG) as a channel.

以下に、特許文献１に記載の従来のテラヘルツ波素子の構造について、図４を参照しながら説明する。図４は、従来のテラヘルツ波素子の構造を示す断面図である。   Hereinafter, the structure of the conventional terahertz wave device described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional terahertz wave device.

図４に示すように、半絶縁性のバルク層４００の上に、バッファ層４０１及び電子供給層４０３が順次形成されている。バッファ層４０１と電子供給層４０３との界面には、二次元電子チャネル層４０２が形成されている。電子供給層４０３の上には、電極Ｇ１と電極Ｇ２とが交互に配置された２重回折格子型ゲート電極４０４が形成されている。バルク層４００の側面を被覆する低誘電率膜４０５の上には、２重回折格子型ゲート電極４０４を挟んで対向するソース電極４０６及びドレイン電極４０７が形成されている。   As shown in FIG. 4, a buffer layer 401 and an electron supply layer 403 are sequentially formed on the semi-insulating bulk layer 400. A two-dimensional electron channel layer 402 is formed at the interface between the buffer layer 401 and the electron supply layer 403. On the electron supply layer 403, a double diffraction grating gate electrode 404 in which electrodes G1 and G2 are alternately arranged is formed. On the low dielectric constant film 405 covering the side surface of the bulk layer 400, a source electrode 406 and a drain electrode 407 that are opposed to each other with the double diffraction grating gate electrode 404 interposed therebetween are formed.

従来のテラヘルツ波素子では、２重回折格子型ゲート電極４０４によって、チャネル電子のプラズモン共鳴により発生した非放射場であるテラヘルツ帯のプラズマ波を、電磁波と結合させて、放射場であるテラヘルツ帯の電磁波（テラヘルツ波）に変換して放射する。   In a conventional terahertz wave element, a double diffraction grating gate electrode 404 couples a terahertz band plasma wave, which is a non-radiation field generated by plasmon resonance of channel electrons, with an electromagnetic wave, thereby generating a terahertz band, which is a radiation field. Converted to electromagnetic waves (terahertz waves) and radiated.

国際特許公開公報ＷＯ２００６／０３０６０８号International Patent Publication No. WO 2006/030608

Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，７１，２４６５（１９９３）Physical Review Letters, 71, 2465 (1993) ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳ．ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ，ＶＯＬ．４３，ＮＯ．３，ｐｐ．３８０（１９９６）IEEE TRANS. ON ELECTRON DEVICES, VOL. 43, NO. 3, pp. 380 (1996)

しかしながら、従来のテラヘルツ波素子では、以下に示す問題がある。   However, the conventional terahertz wave device has the following problems.

従来のテラヘルツ波素子は、図４に示すように、２重回折格子型ゲート電極４０４、言い換えれば、電極Ｇ１及び電極Ｇ２が周期的に配置された周期構造（グレーティング，Grating）を有している。テラヘルツ波とグレーティングの偏波との関係を考慮すると、周期構造（グレーティング）の長手方向と直交する偏波のテラヘルツ波が発生する。発生したテラヘルツ波は、周期構造（グレーティング）に反射されることなく、ほぼ全透過され、外部に出射される。このため、テラヘルツ波のスペクトル幅は広帯域化され、単色性が悪いという問題がある。   As shown in FIG. 4, the conventional terahertz wave element has a double diffraction grating gate electrode 404, in other words, a periodic structure (grating) in which the electrodes G1 and G2 are periodically arranged. Yes. Considering the relationship between the terahertz wave and the polarization of the grating, a terahertz wave having a polarization orthogonal to the longitudinal direction of the periodic structure (grating) is generated. The generated terahertz wave is almost totally transmitted without being reflected by the periodic structure (grating) and is emitted to the outside. For this reason, there is a problem that the spectrum width of the terahertz wave is widened and the monochromaticity is poor.

前記に鑑み、本発明の目的は、テラヘルツ波を発生又は検出するテラヘルツ波素子において、単色性が良いテラヘルツ波を効率良く出射することである。   In view of the above, an object of the present invention is to efficiently emit a terahertz wave with good monochromaticity in a terahertz wave element that generates or detects a terahertz wave.

前記の目的を達成するため、本発明に係るテラヘルツ波素子は、基板の上に形成された第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、第２の半導体層の上に形成されたゲート電極と、第２の半導体層の上にゲート電極を挟んで対向するように形成されたソース電極及びドレイン電極と、第２の半導体層の上におけるゲート電極とソース電極との間及びゲート電極とドレイン電極との間に形成され、複数の金属膜が周期的に配置された周期構造を有する周期金属膜と、ゲート電極及び複数の金属膜の上方に配置された第１のミラーと、基板の下に形成された第２のミラーとを備えている。   To achieve the above object, a terahertz wave device according to the present invention includes a first semiconductor layer formed on a substrate, a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, A gate electrode formed on the second semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode formed on the second semiconductor layer so as to face each other with the gate electrode interposed therebetween, and a gate on the second semiconductor layer A periodic metal film formed between the electrode and the source electrode and between the gate electrode and the drain electrode and having a periodic structure in which a plurality of metal films are periodically arranged, and above the gate electrode and the plurality of metal films A first mirror arranged and a second mirror formed under the substrate are provided.

本発明に係るテラヘルツ波素子によると、ソース電極とゲート電極との間及びゲート電極とドレイン電極との間に、複数の金属膜が周期的に配置されている。言い換えれば、ソース電極、ゲート電極及びドレイン電極の各々と金属膜との間、並びに互いに隣り合う金属膜同士の間に、底面に第２の半導体層を露出させる開口部が周期的に配置されている。これにより、テラヘルツ波を効率良く出射させることができる。従って、高効率なテラヘルツ波素子を実現できる。   According to the terahertz wave device according to the present invention, a plurality of metal films are periodically arranged between the source electrode and the gate electrode and between the gate electrode and the drain electrode. In other words, openings that expose the second semiconductor layer on the bottom surface are periodically arranged between each of the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode and the metal film, and between adjacent metal films. Yes. Thereby, a terahertz wave can be emitted efficiently. Therefore, a highly efficient terahertz wave device can be realized.

さらに、ゲート電極及び周期金属膜の上方に、第１のミラーを配置する一方、基板の下に第２のミラーを形成する。これにより、対向する第１のミラー及び第２のミラーを有する共振器構造を形成することができる。共振器構造によってテラヘルツ波（特に、第１のミラー又は第２のミラーの鏡面に向かって放射されたテラヘルツ波）を光学的に閉じ込めることができ、共振モードによって決定される周波数を持つテラヘルツ波が増強される。従って、テラヘルツ波素子から出射されるテラヘルツ波のスペクトル幅を狭帯域化し、単色性を良くすることができる。   Further, a first mirror is disposed above the gate electrode and the periodic metal film, and a second mirror is formed under the substrate. Thereby, a resonator structure having the first mirror and the second mirror facing each other can be formed. A terahertz wave (particularly, a terahertz wave emitted toward the mirror surface of the first mirror or the second mirror) can be optically confined by the resonator structure, and a terahertz wave having a frequency determined by the resonance mode is generated. Be enhanced. Therefore, the spectrum width of the terahertz wave emitted from the terahertz wave element can be narrowed to improve the monochromaticity.

以上のように、本発明に係るテラヘルツ波素子は、単色性が良いテラヘルツ波を効率良く出射することができる。   As described above, the terahertz wave device according to the present invention can efficiently emit a terahertz wave with good monochromaticity.

本発明に係るテラヘルツ波素子において、第１のミラーと第２のミラーとの間隔が、光学半波長の整数倍であることが好ましい。   In the terahertz wave device according to the present invention, the distance between the first mirror and the second mirror is preferably an integral multiple of the optical half wavelength.

第１のミラーと第２のミラーとの間隔Ｌを、光学半波長（λ／２）の整数倍にする（Ｌ＝ｎλ／２，但しｎは１以上の整数、λは光学波長）ことにより、第１のミラーと第２のミラーとの間、即ち、共振器構造内に、テラヘルツ波の定在波を発生させることができ、共振器構造内に存在し得るテラヘルツ波の波長が限定される。従って、テラヘルツ波素子から出射されるテラヘルツ波の単色性をより良くすることができる。   By setting the distance L between the first mirror and the second mirror to an integral multiple of the optical half wavelength (λ / 2) (L = nλ / 2, where n is an integer of 1 or more and λ is the optical wavelength) The standing wave of the terahertz wave can be generated between the first mirror and the second mirror, that is, in the resonator structure, and the wavelength of the terahertz wave that can exist in the resonator structure is limited. The Therefore, the monochromaticity of the terahertz wave emitted from the terahertz wave element can be improved.

本発明に係るテラヘルツ波素子において、第１のミラーは、格子状に配置された複数のミラー部を有し、ミラー部は、金属膜であることが好ましい。   In the terahertz wave device according to the present invention, the first mirror preferably has a plurality of mirror portions arranged in a lattice shape, and the mirror portion is preferably a metal film.

このように金属膜である複数のミラー部を格子状に配置することにより、第１のミラーの反射率を自在に制御することができ、より高効率なテラヘルツ波素子を実現できる。   Thus, by arranging the plurality of mirror portions, which are metal films, in a lattice shape, the reflectance of the first mirror can be freely controlled, and a more efficient terahertz wave element can be realized.

本発明に係るテラヘルツ波素子において、第２の半導体層及び第１の半導体層を貫通して基板中に到達し、且つ、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に形成される２次元電子チャネル層を囲むように形成された側壁膜をさらに備え、側壁膜は、金属膜であることが好ましい。   In the terahertz wave device according to the present invention, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are penetrated to reach the substrate and are formed at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. A side wall film formed so as to surround the two-dimensional electron channel layer is further provided, and the side wall film is preferably a metal film.

このようにすると、２次元電子チャネル層を囲む側壁膜を形成することができる。これにより、テラヘルツ波素子の側面に向かって放射されたテラヘルツ波を閉じ込める閉じ込め構造を形成することができ、より高効率なテラヘルツ波素子を実現できる。   In this way, a sidewall film surrounding the two-dimensional electron channel layer can be formed. Thereby, a confinement structure for confining the terahertz wave emitted toward the side surface of the terahertz wave element can be formed, and a more efficient terahertz wave element can be realized.

本発明に係るテラヘルツ波素子において、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に形成される２次元電子チャネル層を囲むように、第２の半導体層及び第１の半導体層を貫通して基板中に到達する側壁孔が形成されていることが好ましい。   In the terahertz wave device according to the present invention, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are penetrated so as to surround the two-dimensional electron channel layer formed at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Thus, it is preferable that a side wall hole reaching the substrate is formed.

このようにすると、２次元電子チャネル層を囲む側壁孔を配置することができる。これにより、テラヘルツ波素子の側面に向かって放射されたテラヘルツ波を閉じ込める閉じ込め構造を形成することができ、より高効率なテラヘルツ波素子を実現できる。   If it does in this way, the side wall hole which surrounds a two-dimensional electron channel layer can be arranged. Thereby, a confinement structure for confining the terahertz wave emitted toward the side surface of the terahertz wave element can be formed, and a more efficient terahertz wave element can be realized.

本発明に係るテラヘルツ波素子によると、単色性が良いテラヘルツ波を効率良く出射することができる。   The terahertz wave device according to the present invention can efficiently emit a terahertz wave with good monochromaticity.

図１(a) 及び(b) は、本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波素子の構造を示す図であり、図１(a) は平面図であり、図１(b) は図１(a) に示すIb-Ib線における断面図である。1 (a) and 1 (b) are diagrams showing the structure of a terahertz wave device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is FIG. It is sectional drawing in the Ib-Ib line | wire shown to a). 図２(a) 及び(b) は、本発明の一実施形態の第１の変形例に係るテラヘルツ波素子の構造を示す図であり、図２(a) は平面図であり、図２(b) は図２(a) に示すIIb-IIb線における断面図である。2 (a) and 2 (b) are diagrams showing the structure of a terahertz wave device according to a first modification of one embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. b) is a sectional view taken along line IIb-IIb shown in FIG. 図３(a) 及び(b) は、本発明の一実施形態の第２の変形例に係るテラヘルツ波素子の構造を示す図であり、図３(a) は平面図であり、図３(b) は図３(a) に示すIIIb-IIIb線における断面図である。3 (a) and 3 (b) are diagrams showing the structure of a terahertz wave device according to a second modification of one embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. b) is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb shown in FIG. 従来のテラヘルツ波素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional terahertz wave element.

以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態は、本発明の単なる例示形態に過ぎず、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変形又は変更が可能であり、該変形例及び該変更例も本発明の範囲内に含まれる。図面において、各構成要素は、図示に適した寸法比率で図示されており、図示した寸法比率は、実際の寸法比率とは異なる場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, each following embodiment is only a mere illustration form of this invention, and this invention is not limited to these. The present invention can be variously modified or changed without departing from the gist of the present invention, and such modified examples and modified examples are also included in the scope of the present invention. In the drawings, each component is illustrated in a dimensional ratio suitable for illustration, and the illustrated dimensional ratio may be different from the actual dimensional ratio.

（一実施形態）
以下に、本発明の一実施形態に係るテラヘルツ波素子について、図１(a) 及び(b) を参照しながら説明する。図１(a) 及び(b) は、本実施形態に係るテラヘルツ波素子の構造を示す図であり、図１(a) は平面図であり、図１(b) は図１(a) に示すIb-Ib線における断面図である。なお、図１(a) において、樹脂膜１１０の図示を省略している。 (One embodiment)
Hereinafter, a terahertz wave device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). 1 (a) and 1 (b) are diagrams showing the structure of the terahertz wave device according to the present embodiment, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is shown in FIG. 1 (a). It is sectional drawing in the Ib-Ib line shown. In FIG. 1A, illustration of the resin film 110 is omitted.

本実施形態に係るテラヘルツ波素子１００は、電界効果トランジスタを備え、チャネル電子のプラズモン共鳴を利用して、テラヘルツ波を発生又は検出することができる。電界効果トランジスタは、バッファ層１０２と電子供給層１０４との界面に形成される２次元電子チャネル層１０３、ゲート絶縁膜１０５、ゲート電極１０６、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８を有している。   The terahertz wave device 100 according to the present embodiment includes a field effect transistor, and can generate or detect terahertz waves using plasmon resonance of channel electrons. The field effect transistor has a two-dimensional electron channel layer 103, a gate insulating film 105, a gate electrode 106, a source electrode 107, and a drain electrode 108 formed at the interface between the buffer layer 102 and the electron supply layer 104.

図１に示すように、高抵抗な基板１０１の上には、バッファ層１０２及び電子供給層１０４が順次形成されている。例えば、基板１０１はサファイア基板であり、バッファ層１０２はＧａＮからなり、電子供給層１０４はＡｌ0.40Ｇａ0.60Ｎからなる。 As shown in FIG. 1, a buffer layer 102 and an electron supply layer 104 are sequentially formed on a high resistance substrate 101. For example, the substrate 101 is a sapphire substrate, the buffer layer 102 is made of GaN, and the electron supply layer 104 is made of Al 0.40 Ga 0.60 N.

バッファ層１０２と電子供給層１０４との界面には、２次元電子チャネル層１０３が形成されている。２次元電子チャネル層１０３は、次のようにして形成される。例えばエピタキシャル成長により、バッファ層１０２及び電子供給層１０４を順次形成すると、バッファ層１０２と電子供給層１１０との界面に、自発分極又はピエゾ分極によって高濃度の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。この二次元電子ガスの周縁部を、例えばイオン注入により、選択的に高抵抗化（不活性化）する。これにより、図１(a) 及び(b) に示すような２次元電子チャネル層１０３が形成される。即ち、電界効果トランジスタ領域に、２次元電子チャネル層１０３が形成される。「電界効果トランジスタ領域」とは、電界効果トランジスタとして機能する領域をいう。   A two-dimensional electron channel layer 103 is formed at the interface between the buffer layer 102 and the electron supply layer 104. The two-dimensional electron channel layer 103 is formed as follows. For example, when the buffer layer 102 and the electron supply layer 104 are sequentially formed by epitaxial growth, a high concentration two-dimensional electron gas (2DEG) is generated at the interface between the buffer layer 102 and the electron supply layer 110 by spontaneous polarization or piezoelectric polarization. The peripheral portion of the two-dimensional electron gas is selectively increased in resistance (inactivated), for example, by ion implantation. As a result, a two-dimensional electron channel layer 103 as shown in FIGS. 1A and 1B is formed. That is, the two-dimensional electron channel layer 103 is formed in the field effect transistor region. “Field effect transistor region” refers to a region functioning as a field effect transistor.

電子供給層１０４の上には、ゲート絶縁膜１０５を介して、ゲート電極１０６が形成されている。電子供給層１０４の上には、ゲート電極１０６を挟んで対向するように、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８が形成されている。ゲート電極１０６とソース電極１０７との間隔とゲート電極１０６とドレイン電極１０８との間隔とは、例えば、互いに同一である。ゲート電極１０６、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、それぞれ、図１(a) に示すように、第１の方向（図１(a) の紙面の縦方向）に沿って延びている。   A gate electrode 106 is formed on the electron supply layer 104 with a gate insulating film 105 interposed therebetween. A source electrode 107 and a drain electrode 108 are formed on the electron supply layer 104 so as to face each other with the gate electrode 106 interposed therebetween. The distance between the gate electrode 106 and the source electrode 107 and the distance between the gate electrode 106 and the drain electrode 108 are, for example, the same. As shown in FIG. 1A, the gate electrode 106, the source electrode 107, and the drain electrode 108 each extend along the first direction (the vertical direction of the paper surface of FIG. 1A).

ゲート電極１０６は、例えばチタン（Ｔｉ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜及びＴｉ膜が順次積層された積層構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）を有している。   The gate electrode 106 has, for example, a stacked structure (Ti / Al / Ti) in which a titanium (Ti) film, an aluminum (Al) film, and a Ti film are sequentially stacked.

ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、それぞれ、Ｔｉ膜、Ａｌ膜及びＴｉ膜が順次積層された積層構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）を有している。ソース電極１０７及びドレイン電極１０８は、次のようにして形成される。例えばスパッタリングにより、電子供給層１０４の上に、Ｔｉ膜、Ａｌ膜及びＴｉ膜を順次形成した後、熱処理により、電子供給層１０４とＴｉ膜との界面に、オーミック接合を形成する。これにより、電子供給層１０４とソース電極１０７及びドレイン電極１０８とをオーミック接触させる。   The source electrode 107 and the drain electrode 108 each have a laminated structure (Ti / Al / Ti) in which a Ti film, an Al film, and a Ti film are sequentially laminated. The source electrode 107 and the drain electrode 108 are formed as follows. For example, a Ti film, an Al film, and a Ti film are sequentially formed on the electron supply layer 104 by sputtering, and then an ohmic junction is formed at the interface between the electron supply layer 104 and the Ti film by heat treatment. As a result, the electron supply layer 104 is brought into ohmic contact with the source electrode 107 and the drain electrode 108.

電子供給層１０４の上におけるゲート電極１０６とソース電極１０７との間には、ゲート絶縁膜１０５を介して、複数（例えば４つ）の金属膜１０９が周期的に配置された周期構造を有する周期金属膜１０９Ａが形成されている。電子供給層１０４の上におけるゲート電極１０６とドレイン電極１０８との間には、ゲート絶縁膜１０５を介して、複数（例えば４つ）の金属膜１０９が周期的に配置された周期構造を有する周期金属膜１０９Ｂが形成されている。   A period having a periodic structure in which a plurality of (for example, four) metal films 109 are periodically arranged between the gate electrode 106 and the source electrode 107 on the electron supply layer 104 with the gate insulating film 105 interposed therebetween. A metal film 109A is formed. A period having a periodic structure in which a plurality of (for example, four) metal films 109 are periodically arranged between the gate electrode 106 and the drain electrode 108 on the electron supply layer 104 with the gate insulating film 105 interposed therebetween. A metal film 109B is formed.

複数（例えば８つ）の金属膜１０９は、それぞれ、図１(a) に示すように、第１の方向（図１(a) の紙面の縦方向）、即ち、ゲート電極１０６、ソース電極１０７及びドレイン電極１０８のそれぞれが延びる方向に沿って延びている。   As shown in FIG. 1A, the plurality of (for example, eight) metal films 109 are each in the first direction (the vertical direction of the paper surface in FIG. 1A), that is, the gate electrode 106 and the source electrode 107. And the drain electrode 108 extends along the extending direction.

ゲート絶縁膜１０５の上には、ゲート電極１０６及び複数の金属膜１０９を覆うように、樹脂膜１１０が形成されている。樹脂膜１１０の上には、上面ミラー１１１が形成されている。基板１０１の下には、下面ミラー１１２が形成されている。   A resin film 110 is formed on the gate insulating film 105 so as to cover the gate electrode 106 and the plurality of metal films 109. A top mirror 111 is formed on the resin film 110. A bottom mirror 112 is formed under the substrate 101.

上面ミラー１１１は、図１(a) に示すように、格子状（例えば４×４）に配置された複数のミラー部１１１ｘを有している。ミラー部１１１ｘは、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は白金（Ｐｔ）等の金属からなる金属膜であることが好ましい。金属膜である複数のミラー部１１１ｘを格子状に配置することにより、上面ミラー１１１の反射率を自在に制御することができる。   As shown in FIG. 1A, the upper surface mirror 111 has a plurality of mirror portions 111x arranged in a lattice shape (for example, 4 × 4). The mirror part 111x is preferably a metal film made of a metal such as gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), or platinum (Pt). By arranging a plurality of mirror portions 111x that are metal films in a lattice shape, the reflectance of the top mirror 111 can be freely controlled.

下面ミラー１１２は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属からなる金属膜であることが好ましい。これにより、下面ミラー１１２を、高反射率のミラーとして機能させることができる。   The lower mirror 112 is preferably a metal film made of a metal such as Au, Ag, Al, Pt or the like. Thereby, the lower surface mirror 112 can be made to function as a mirror with a high reflectance.

上面ミラー１１１と下面ミラー１１２との間隔Ｌは、光学半波長の整数倍である（Ｌ＝ｎλ／２，但し、ｎは１以上の整数、λは光学波長である）ことが好ましい。光学波長は、例えば、放射されるテラヘルツ波の波長に応じて設定される。   The distance L between the upper surface mirror 111 and the lower surface mirror 112 is preferably an integral multiple of the optical half wavelength (L = nλ / 2, where n is an integer of 1 or more and λ is the optical wavelength). The optical wavelength is set according to the wavelength of the radiated terahertz wave, for example.

基板１０１は、テラヘルツ波の吸収係数が小さい基板であることが好ましい。テラヘルツ波の吸収係数が小さい基板として、例えば、シリコン基板が挙げられる。テラヘルツ波の吸収係数が小さい基板１０１を用いることにより、放射されたテラヘルツ波を減衰させることなく、テラヘルツ波素子１００から出射させることができる。さらに、テラヘルツ波を基板１０１側から出射させることも可能である。   The substrate 101 is preferably a substrate having a small terahertz wave absorption coefficient. An example of a substrate having a small terahertz wave absorption coefficient is a silicon substrate. By using the substrate 101 having a small terahertz wave absorption coefficient, the emitted terahertz wave can be emitted from the terahertz wave element 100 without being attenuated. Further, it is possible to emit terahertz waves from the substrate 101 side.

以下に、本実施形態に係るテラヘルツ波素子１００の基本的な動作について説明する。   The basic operation of the terahertz wave device 100 according to this embodiment will be described below.

ソース電極１０７とドレイン電極１０８との間に電圧を印加すると、２次元電子チャネル層１０３を介して電流が流れる。２次元電子チャネル層１０３に電流が流れると、プラズマ波が電流に重畳するように誘起される。ゲート電極１０６の両側面でのプラズマ波の反射により、プラズマ波の不安定性が生じ、テラヘルツ帯のプラズモン共鳴が誘起される。このプラズマ波は、２次元電子チャネル層１０３中を伝搬する縦波であり、プラズマ波自体は、外部に放射されない非放射場である。なお、「ゲート電極１０６の両側面」とは、ゲート電極１０６のゲート長方向の両側面、言い換えれば、ゲート電極１０６におけるソース電極１０７と対向する側面及びゲート電極１０６におけるドレイン電極１０８と対向する側面をいう。   When a voltage is applied between the source electrode 107 and the drain electrode 108, a current flows through the two-dimensional electron channel layer 103. When a current flows through the two-dimensional electron channel layer 103, a plasma wave is induced to be superimposed on the current. Reflection of plasma waves on both sides of the gate electrode 106 causes instability of the plasma waves and induces plasmon resonance in the terahertz band. This plasma wave is a longitudinal wave propagating through the two-dimensional electron channel layer 103, and the plasma wave itself is a non-radiating field that is not emitted to the outside. Note that “both side surfaces of the gate electrode 106” means both side surfaces of the gate electrode 106 in the gate length direction, in other words, side surfaces of the gate electrode 106 facing the source electrode 107 and side surfaces of the gate electrode 106 facing the drain electrode 108. Say.

本実施形態に係るテラヘルツ波素子１００では、図１(a) 及び(b) に示すように、ゲート電極１０６とソース電極１０７との間に、周期構造を有する周期金属膜１０９Ａが形成され、且つ、ゲート電極１０６とドレイン電極１０８との間に、周期構造を有する周期金属膜１０９Ｂが形成されている。これにより、非放射場であるテラヘルツ帯のプラズマ波を、空間を伝搬することが可能な電磁波と結合し、放射場であるテラヘルツ帯の電磁波（テラヘルツ波）に変換して放射することができる。   In the terahertz wave device 100 according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, a periodic metal film 109A having a periodic structure is formed between the gate electrode 106 and the source electrode 107, and A periodic metal film 109B having a periodic structure is formed between the gate electrode 106 and the drain electrode 108. As a result, the plasma wave in the terahertz band that is a non-radiation field can be combined with an electromagnetic wave that can propagate in space, and can be radiated by being converted into an electromagnetic wave in the terahertz band that is a radiation field (terahertz wave).

プラズモン共鳴の周波数ｆｒは、ゲート長をＬｇ、ゲート補正係数をβ、プラズマ波の速度をｓ、２次元電子チャネル層１０３における電子の有効質量をｍ＊、スイング電圧をＶｓ（＝Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）とすると、下記に示す[数式１]で表される。   The frequency fr of the plasmon resonance is that the gate length is Lg, the gate correction coefficient is β, the plasma wave velocity is s, the effective mass of electrons in the two-dimensional electron channel layer 103 is m *, and the swing voltage is Vs (= Vgs−Vth). Then, it is expressed by the following [Formula 1].

Figure 2013030610
Figure 2013030610

上記に示す[数式１]から判るように、プラズモン共鳴の周波数ｆｒは、ゲート長Ｌｇによって決定される。よって、ゲート電極１０６のゲート長Ｌｇは、テラヘルツ帯に、プラズモン共鳴の周波数ｆｒを有するように設定される。言い換えれば、ゲート電極１０６のゲート長Ｌｇは、テラヘルツ帯で、プラズモン共鳴が発生するように設定される。   As can be seen from [Equation 1] shown above, the frequency fr of plasmon resonance is determined by the gate length Lg. Therefore, the gate length Lg of the gate electrode 106 is set to have a plasmon resonance frequency fr in the terahertz band. In other words, the gate length Lg of the gate electrode 106 is set so that plasmon resonance occurs in the terahertz band.

周期金属膜１０９Ａ，１０９Ｂの周期Λは、下記の[数式２]で表される。   The period Λ of the periodic metal films 109A and 109B is expressed by the following [Formula 2].

Figure 2013030610
Figure 2013030610

但し、ｓはプラズマ波の速度、ｆは電磁波の周波数、ｍは次数である。   Where s is the velocity of the plasma wave, f is the frequency of the electromagnetic wave, and m is the order.

複数の金属膜１０９が配置される周期Λが、上記に示す[数式２]を満たすことにより、所望の周波数ｆを持つ電磁波を放射させることが可能となる。具体的には例えば、周期金属膜１０９Ａ，１０９Ｂの周期Λを１μｍ、プラズマ波の速度ｓを１×１０6ｍ／ｓ、次数ｍを１とすると、周波数ｆは１ＴＨｚとなる。よって、周期金属膜１０９Ａ，１０９Ｂの周期Λを１μｍ以下にすることで、１ＴＨｚ以上の電磁波、即ち、テラヘルツ波を放射させることが可能となる。 When the period Λ in which the plurality of metal films 109 are arranged satisfies the above [Equation 2], it is possible to emit an electromagnetic wave having a desired frequency f. Specifically, for example, when the period Λ of the periodic metal films 109A and 109B is 1 μm, the plasma wave velocity s is 1 × 10 6 m / s, and the order m is 1, the frequency f is 1 THz. Therefore, by setting the period Λ of the periodic metal films 109A and 109B to 1 μm or less, it is possible to emit an electromagnetic wave of 1 THz or more, that is, a terahertz wave.

なお、本実施形態では、１次モード（基本モード，次数ｍ＝１）とし、１ＴＨｚのテラヘルツ波を放射する例を示したが、高次モード（次数ｍ＝２以上の自然数）としてもよい。この場合、周期金属膜１０９Ａ，１０９Ｂの周期Λを１μｍ、プラズマ波の速度ｓを１×１０6ｍ／ｓとすると、周波数ｆは２ＴＨｚとなり、２ＴＨｚのテラヘルツ波を放射することができる。しかしながら、高次モードの場合、基本モードの場合に比べて、テラヘルツ帯のプラズマ波と電磁波との結合効率が低いため、テラヘルツ波の放射効率が低くなる。 In the present embodiment, an example in which the primary mode (basic mode, order m = 1) is emitted and a 1 THz terahertz wave is radiated is shown, but a higher order mode (natural number of order m = 2 or more) may be used. In this case, if the period Λ of the periodic metal films 109A and 109B is 1 μm and the velocity s of the plasma wave is 1 × 10 6 m / s, the frequency f is 2 THz and a 2 THz terahertz wave can be emitted. However, in the higher-order mode, since the coupling efficiency between the plasma wave in the terahertz band and the electromagnetic wave is lower than in the fundamental mode, the radiation efficiency of the terahertz wave is lowered.

なお、ゲート電極１０６の電圧を変化させることにより、二次元電子ガスの密度を変化させて、プラズマ波の速度ｓを制御して、テラヘルツ波の周波数ｆを制御することができる。   Note that the frequency f of the terahertz wave can be controlled by changing the voltage of the gate electrode 106 to change the density of the two-dimensional electron gas, thereby controlling the velocity s of the plasma wave.

本実施形態に係るテラヘルツ波素子１００によると、ソース電極１０７とゲート電極１０６との間及びゲート電極１０６とドレイン電極１０８との間に、複数の金属膜１０９が周期的に配置されている。言い換えれば、ソース電極１０７、ゲート電極１０６及びドレイン電極１０８の各々と金属膜１０９との間、並びに互いに隣り合う金属膜１０９同士の間に、底面に電子供給層１０４を露出させる開口部が周期的に配置されている。これにより、テラヘルツ波を効率良く出射させることができる。従って、高効率なテラヘルツ波素子１００を実現できる。   According to the terahertz wave device 100 according to the present embodiment, the plurality of metal films 109 are periodically arranged between the source electrode 107 and the gate electrode 106 and between the gate electrode 106 and the drain electrode 108. In other words, an opening that exposes the electron supply layer 104 on the bottom surface is periodically formed between each of the source electrode 107, the gate electrode 106, and the drain electrode 108 and the metal film 109, and between the metal films 109 adjacent to each other. Is arranged. Thereby, a terahertz wave can be emitted efficiently. Therefore, a highly efficient terahertz wave device 100 can be realized.

さらに、ゲート電極１０６及び周期金属膜１０９Ａ，１０９Ｂの上方に、上面ミラー１１１を配置する一方、基板１０１の下に下面ミラー１１２を形成する。これにより、対向する上面ミラー１１１及び下面ミラー１１２を有する共振器構造を形成することができる。共振器構造によってテラヘルツ波（特に、上面ミラー１１１又は下面ミラー１１２の鏡面に向かって放射されたテラヘルツ波）を光学的に閉じ込めることができ、共振モードによって決定される周波数を持つテラヘルツ波が増強される。従って、テラヘルツ波素子１００から出射されるテラヘルツ波のスペクトル幅を狭帯域化し、単色性を良くすることができる。   Further, the upper surface mirror 111 is disposed above the gate electrode 106 and the periodic metal films 109 </ b> A and 109 </ b> B, and the lower surface mirror 112 is formed below the substrate 101. Thereby, a resonator structure having the upper surface mirror 111 and the lower surface mirror 112 facing each other can be formed. The terahertz wave (particularly, the terahertz wave emitted toward the mirror surface of the upper surface mirror 111 or the lower surface mirror 112) can be optically confined by the resonator structure, and the terahertz wave having a frequency determined by the resonance mode is enhanced. The Therefore, the spectral width of the terahertz wave emitted from the terahertz wave element 100 can be narrowed to improve the monochromaticity.

さらに、上面ミラー１１１と下面ミラー１１２との間隔Ｌを、光学半波長の整数倍にする（Ｌ＝ｎλ／２，但しｎは１以上の整数、λは光学波長）。これにより、上面ミラー１１１と下面ミラー１１２との間、即ち、共振器構造内に、テラヘルツ波の定在波を発生させることができ、共振器構造内に存在し得るテラヘルツ波の波長が限定される。従って、テラヘルツ波素子１００から出射されるテラヘルツ波の単色性をより良くすることができる。   Further, the distance L between the upper surface mirror 111 and the lower surface mirror 112 is set to an integral multiple of the optical half wavelength (L = nλ / 2, where n is an integer of 1 or more and λ is the optical wavelength). Thereby, a standing wave of the terahertz wave can be generated between the upper surface mirror 111 and the lower surface mirror 112, that is, in the resonator structure, and the wavelength of the terahertz wave that can exist in the resonator structure is limited. The Therefore, the monochromaticity of the terahertz wave emitted from the terahertz wave element 100 can be improved.

以上説明したように、本実施形態に係るテラヘルツ波素子１００は、単色性が良いテラヘルツ波を効率良く出射することができる。よって、テラヘルツ波素子１００を、残留物質分析装置及び非破壊検査装置等のセンシング装置、イメージング装置並びに通信装置等に利用可能である。具体的には例えば、電界効果トランジスタを２次元的に並列に配置することによって、テラヘルツ波を利用したイメージング装置等の小型化及び低コスト化が可能となる。   As described above, the terahertz wave device 100 according to the present embodiment can efficiently emit a terahertz wave with good monochromaticity. Therefore, the terahertz wave element 100 can be used for sensing devices such as residual material analysis devices and nondestructive inspection devices, imaging devices, communication devices, and the like. Specifically, for example, by arranging the field effect transistors two-dimensionally in parallel, it is possible to reduce the size and cost of an imaging apparatus or the like using a terahertz wave.

（一実施形態の第１の変形例）
以下に、本発明の一実施形態の第１の変形例に係るテラヘルツ波素子について、図２(a) 及び(b) を参照しながら説明する。図２(a) 及び(b) は、本変形例に係るテラヘルツ波素子の構造を示す図であり、図２(a) は平面図であり、図２(b) は図２(a) に示すIIb-IIb線における断面図である。図２(a) 及び(b) において、一実施形態と同様の構成要素には、図１(a) 及び(b) に示す符号と同一の符号を付す。従って、本変形例では、一実施形態と共通する説明を適宜省略する。なお、図２(a) において、樹脂膜１１０の図示を省略している。 (First Modification of One Embodiment)
Hereinafter, a terahertz wave device according to a first modification of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2 (a) and 2 (b) are diagrams showing the structure of the terahertz wave device according to the present modification, FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. 2 (b) is shown in FIG. 2 (a). It is sectional drawing in the IIb-IIb line shown. 2A and 2B, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1A and 1B are attached to the same components as those in the embodiment. Therefore, in this modification, the description common to one embodiment is omitted as appropriate. In FIG. 2A, illustration of the resin film 110 is omitted.

本変形例と一実施形態との相違点は、次の点である。本変形例に係るテラヘルツ波素子２００は、図２(a) 及び(b) に示すように、一実施形態と同様の構成要素を備え、さらに、側壁膜２１３を備えている。側壁膜２１３は、図２(a) に示すように、電子供給層１０４及びバッファ層１０２を貫通し、基板１０１中に到達している。側壁膜２１３は、図２(a) に示すように、平面形状が環状であり、２次元電子チャネル層１０３を囲むように形成されている。側壁膜２１３は、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は白金（Ｐｔ）等の金属からなる。   The difference between this modification and one embodiment is as follows. As shown in FIGS. 2A and 2B, the terahertz wave device 200 according to this modification includes the same components as those of the embodiment, and further includes a sidewall film 213. The sidewall film 213 penetrates the electron supply layer 104 and the buffer layer 102 and reaches the substrate 101 as shown in FIG. As shown in FIG. 2A, the side wall film 213 has an annular planar shape and is formed so as to surround the two-dimensional electron channel layer 103. The sidewall film 213 is made of a metal such as gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), or platinum (Pt).

本変形例に係るテラヘルツ波素子２００によると、一実施形態と同様の効果を得ることができる。   According to the terahertz wave device 200 according to this modification, the same effect as that of the embodiment can be obtained.

さらに、２次元電子チャネル層１０３を囲む側壁膜２１３を形成する。これにより、テラヘルツ波素子２００の側面に向かって放射されたテラヘルツ波を閉じ込める閉じ込め構造を形成することができ、より高効率なテラヘルツ波素子２００を実現できる。   Further, a sidewall film 213 surrounding the two-dimensional electron channel layer 103 is formed. Thereby, the confinement structure which confine | seals the terahertz wave radiated | emitted toward the side surface of the terahertz wave element 200 can be formed, and the more highly efficient terahertz wave element 200 is realizable.

（一実施形態の第２の変形例）
以下に、本発明の一実施形態の第２の変形例に係るテラヘルツ波素子について、図３(a) 及び(b) を参照しながら説明する。図３(a) 及び(b) は、本変形例に係るテラヘルツ波素子の構造を示す図であり、図３(a) は平面図であり、図３(b) は図３(a) に示すIIIb-IIIb線における断面図である。図３(a) 及び(b) において、一実施形態と同様の構成要素には、図１(a) 及び(b) に示す符号と同一の符号を付す。従って、本変形例では、一実施形態と共通する説明を適宜省略する。なお、図３(a) において、樹脂膜１１０の図示を省略している。 (Second Modification of One Embodiment)
Hereinafter, a terahertz wave device according to a second modification of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing the structure of the terahertz wave device according to this modification, FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. 3 (b) is shown in FIG. 3 (a). It is sectional drawing in the IIIb-IIIb line shown. 3 (a) and 3 (b), the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) are attached to the same components as those in the embodiment. Therefore, in this modification, the description common to one embodiment is omitted as appropriate. In FIG. 3A, the resin film 110 is not shown.

本変形例と一実施形態との相違点は、次の点である。本変形例に係るテラヘルツ波素子３００は、図３(a) 及び(b) に示すように、一実施形態と同様の構成要素を備え、さらに、電子供給層１０４及びバッファ層１０２を貫通し基板１０１中に到達する側壁孔３１３が形成されている。側壁孔３１３は、図３(a) に示すように、２次元電子チャネル層１０３を囲むように形成されている。   The difference between this modification and one embodiment is as follows. As shown in FIGS. 3A and 3B, the terahertz wave device 300 according to the present modification includes the same components as those in the embodiment, and further penetrates the electron supply layer 104 and the buffer layer 102 to form a substrate. A side wall hole 313 that reaches the inside 101 is formed. The side wall hole 313 is formed so as to surround the two-dimensional electron channel layer 103 as shown in FIG.

本変形例に係るテラヘルツ波素子３００によると、一実施形態と同様の効果を得ることができる。   According to the terahertz wave device 300 according to this modification, the same effect as that of the embodiment can be obtained.

さらに、２次元電子チャネル層１０３を囲む側壁孔３１３を配置する。これにより、テラヘルツ波素子３００の側面に向かって放射されたテラヘルツ波を閉じ込める閉じ込め構造を形成することができ、より高効率なテラヘルツ波素子３００を実現できる。   Further, a side wall hole 313 surrounding the two-dimensional electron channel layer 103 is disposed. As a result, a confinement structure for confining the terahertz wave emitted toward the side surface of the terahertz wave element 300 can be formed, and a more efficient terahertz wave element 300 can be realized.

なお、一実施形態及びその第１，第２の変形例では、バッファ層１０２及び電子供給層１０４の材料が、ＧａＮ系材料である場合、具体的には、バッファ層１０２がＧａＮからなり、電子供給層１０４がＡｌ0.40Ｇａ0.60Ｎからなる場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バッファ層１０２及び電子供給層１０４の材料が、ＩｎＧａＡｓ系材料又はＩｎＰ系材料であってもよい。この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。 In one embodiment and the first and second modifications thereof, when the material of the buffer layer 102 and the electron supply layer 104 is a GaN-based material, specifically, the buffer layer 102 is made of GaN, and the electron The case where the supply layer 104 is made of Al 0.40 Ga 0.60 N has been described as a specific example, but the present invention is not limited to this. For example, the material of the buffer layer 102 and the electron supply layer 104 may be an InGaAs-based material or an InP-based material. In this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

なお、一実施形態及びその第１，第２の変形例では、電界効果トランジスタが、ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor）である場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor ）であってもよい。この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the embodiment and the first and second modifications thereof, the case where the field effect transistor is a MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor) has been described as a specific example. It is not limited to. For example, a MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) may be used. In this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

なお、一実施形態及びその第１，第２の変形例では、周期金属膜１０９Ａ，１０９Ｂの周期が、１μｍである場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。   In the embodiment and the first and second modifications thereof, the case where the period of the periodic metal films 109A and 109B is 1 μm has been described as a specific example. However, the present invention is not limited to this. is not.

本発明は、単色性が良いテラヘルツ波を効率良く出射することができ、テラヘルツ波を発生又は検出するテラヘルツ波素子に有用であり、該テラヘルツ波素子を、センシング装置、イメージング装置又は通信装置等に利用可能である。   The present invention can efficiently emit a monochromatic terahertz wave, and is useful for a terahertz wave element that generates or detects a terahertz wave. The terahertz wave element is applied to a sensing device, an imaging device, a communication device, or the like. Is available.

１００，２００，３００ テラヘルツ波素子
１０１ 基板
１０２ バッファ層
１０３ ２次元電子チャネル層
１０４ 電子供給層
１０５ ゲート絶縁膜
１０６ ゲート電極
１０７ ソース電極
１０８ ドレイン電極
１０９ 金属膜
１０９Ａ，１０９Ｂ 周期金属膜
１１０ 樹脂膜
１１１ 上面ミラー
１１２ 下面ミラー
２１３ 側壁膜
３１３ 側壁孔 100, 200, 300 Terahertz wave device 101 Substrate 102 Buffer layer 103 Two-dimensional electron channel layer 104 Electron supply layer 105 Gate insulating film 106 Gate electrode 107 Source electrode 108 Drain electrode 109 Metal film 109A, 109B Periodic metal film 110 Resin film 111 Upper surface Mirror 112 Bottom mirror 213 Side wall film 313 Side wall hole

Claims (5)

基板の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成されたゲート電極と、
前記第２の半導体層の上に前記ゲート電極を挟んで対向するように形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第２の半導体層の上における前記ゲート電極と前記ソース電極との間及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に形成され、複数の金属膜が周期的に配置された周期構造を有する周期金属膜と、
前記ゲート電極及び複数の前記金属膜の上方に配置された第１のミラーと、
前記基板の下に形成された第２のミラーとを備えていることを特徴とするテラヘルツ波素子。 A first semiconductor layer formed on the substrate;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer;
A gate electrode formed on the second semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the second semiconductor layer so as to face each other with the gate electrode interposed therebetween;
A period having a periodic structure formed between the gate electrode and the source electrode on the second semiconductor layer and between the gate electrode and the drain electrode, and having a plurality of metal films periodically arranged. A metal film,
A first mirror disposed above the gate electrode and the plurality of metal films;
A terahertz wave device comprising: a second mirror formed under the substrate. 前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間隔が、光学半波長の整数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波素子。   The terahertz wave device according to claim 1, wherein a distance between the first mirror and the second mirror is an integral multiple of an optical half wavelength. 前記第１のミラーは、格子状に配置された複数のミラー部を有し、
前記ミラー部は、金属膜であることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波素子。 The first mirror has a plurality of mirror portions arranged in a lattice pattern,
The terahertz wave device according to claim 1, wherein the mirror portion is a metal film. 前記第２の半導体層及び前記第１の半導体層を貫通して前記基板中に到達し、且つ、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との界面に形成される２次元電子チャネル層を囲むように形成された側壁膜をさらに備え、
前記側壁膜は、金属膜であることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波素子。 A two-dimensional electron channel that penetrates through the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to reach the substrate and is formed at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer A sidewall film formed so as to surround the layer;
The terahertz wave device according to claim 1, wherein the sidewall film is a metal film. 前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との界面に形成される２次元電子チャネル層を囲むように、前記第２の半導体層及び前記第１の半導体層を貫通して前記基板中に到達する側壁孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波素子。   The second semiconductor layer and the first semiconductor layer are penetrated through the second semiconductor layer and the first semiconductor layer so as to surround a two-dimensional electron channel layer formed at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. 2. The terahertz wave device according to claim 1, wherein a side wall hole reaching the first side is formed.
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