WO2023228965A1 - テラヘルツ装置 - Google Patents

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WO2023228965A1
WO2023228965A1 PCT/JP2023/019264 JP2023019264W WO2023228965A1 WO 2023228965 A1 WO2023228965 A1 WO 2023228965A1 JP 2023019264 W JP2023019264 W JP 2023019264W WO 2023228965 A1 WO2023228965 A1 WO 2023228965A1
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semiconductor substrate
semiconductor
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terahertz
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PCT/JP2023/019264
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寛武 蒲生
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ローム株式会社
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    • H01L29/88—Tunnel-effect diodes
    • H—ELECTRICITY
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    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a terahertz device.
  • the terahertz band which has a frequency of 0.1 THz to 10 THz, for high-capacity communication, information processing, imaging, measurement, etc.
  • This frequency range has the characteristics of both light and radio waves, and if devices that operate in this frequency band are realized, it will be useful not only for imaging, high-capacity communication, and information processing, but also for physical properties, astronomy, biology, etc. It can be used for many purposes, such as measurement in various fields.
  • a terahertz device having a structure in which a resonant tunnel diode and a fine slot antenna are integrated is known (for example, see Patent Document 1).
  • a terahertz device includes: a semiconductor substrate having a front surface of the substrate and a back surface of the substrate opposite to the front surface of the substrate; an active element provided on the front surface of the substrate that oscillates or detects electromagnetic waves; an insulating substrate disposed on a side of the back surface of the substrate among the substrates and supporting the semiconductor substrate; and a metal layer disposed between the semiconductor substrate and the insulating substrate and in contact with the back surface of the substrate;
  • the substrate has a thickness less than the wavelength of the electromagnetic wave.
  • the terahertz device of the present disclosure it is possible to suppress the generation of electromagnetic waves of a different frequency from the electromagnetic waves of a desired frequency.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a terahertz device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic side view of the terahertz device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the active element and its surroundings of the terahertz device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the terahertz device shown in FIG. 3 taken along line F4-F4.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the terahertz device of FIG. 3 taken along line F5-F5.
  • FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of the active element and its surroundings of the terahertz device shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a schematic circuit diagram showing the circuit configuration of the terahertz device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the terahertz device.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 9.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 10.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 11.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a terahertz unit of a first application example of the terahertz device.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a terahertz unit as a second application example of the terahertz device.
  • FIG. 15 is a schematic plan view of a terahertz unit as a third application example of the terahertz device.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a modified terahertz device.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a modified example of a terahertz device.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a modified terahertz device.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a modified terahertz device.
  • FIG. 20 is a schematic side view of a modified example of a terahertz device.
  • FIG. 2 is a diagram in which the configuration of the terahertz device 10 is simplified for convenience of explanation. Therefore, the side view of the terahertz device 10 shown in FIG. 2 differs from the perspective view of the terahertz device 10 shown in FIG. 1 in the thickness relationship of each component.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of a semiconductor element 20 and its surroundings in the terahertz device 10, which will be described later.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a capacitor 91, which will be described later, of the semiconductor element 20.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a semiconductor substrate 50 and its surroundings, which will be described later, of the semiconductor element 20.
  • FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional structure of an active element 60 and its surroundings, which will be described later, in FIG. In FIG. 6, for convenience, an insulating layer 53, which will be described later, is omitted.
  • the terahertz device 10 is formed in the shape of a rectangular parallelepiped.
  • the terahertz device 10 includes a device front surface 11, a device back surface 12 opposite to the device surface 11, and device side surfaces 13 to 16 extending between the device front surface 11 and the device back surface 12.
  • the direction perpendicular to the device surface 11 is defined as the "z direction.”
  • the directions orthogonal to the z direction two mutually orthogonal directions are respectively referred to as the "x direction” and the "y direction.”
  • the device side surface 13 and the device side surface 14 are spaced apart from each other in the x direction. Both device side 13 and device side 14 extend along the yz plane.
  • the device side surface 15 and the device side surface 16 are spaced apart from each other in the y direction. Both device side 15 and device side 16 extend along the xz plane.
  • the terahertz device 10 includes a semiconductor element 20, an insulating substrate 30 as a support substrate that supports the semiconductor element 20, and a metal layer 40 disposed between the semiconductor element 20 and the insulating substrate 30. , is provided.
  • the semiconductor element 20 is an element that converts electromagnetic waves and electrical energy. Note that the term “electromagnetic waves” includes the concepts of light and/or radio waves.
  • the semiconductor element 20 is a functional device that oscillates and radiates electromagnetic waves (terahertz waves) in a predetermined frequency band, for example, a terahertz band.
  • the semiconductor element 20 can be said to be a terahertz element that oscillates and emits terahertz waves.
  • the semiconductor element 20 is a functional device that receives and detects electromagnetic waves (terahertz waves) in a predetermined frequency band, for example, a terahertz band.
  • the semiconductor element 20 can be said to be a terahertz element that receives and detects terahertz waves.
  • the frequency band of the terahertz wave is, for example, 0.1 THz or more and 10 THz or less.
  • the semiconductor element 20 converts the supplied electrical energy into electromagnetic waves by oscillating the supplied electrical energy. Thereby, the semiconductor element 20 emits electromagnetic waves in a desired frequency band. Further, the semiconductor element 20 receives electromagnetic waves and converts the electromagnetic waves into electrical energy. Thereby, the semiconductor element 20 detects electromagnetic waves in a desired frequency band.
  • the semiconductor element 20 is formed into a flat plate shape.
  • the shape of the semiconductor element 20 when viewed from the z direction is rectangular. Note that the shape of the semiconductor element 20 when viewed from the z direction is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape.
  • Semiconductor element 20 includes a semiconductor substrate 50.
  • the semiconductor substrate 50 is formed into a flat plate shape.
  • the semiconductor substrate 50 is supported by the insulating substrate 30.
  • the shape of the semiconductor substrate 50 when viewed from the z direction is rectangular. Note that the shape of the semiconductor substrate 50 viewed from the z direction is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape.
  • the semiconductor substrate 50 is made of InP (indium phosphide), GaAs (gallium arsenide), AlGaAs (aluminum gallium arsenide), InGaAs (indium gallium arsenide), InGaAsP (indium gallium arsenide phosphide), Si (silicon), or SiC (silicon carbide). , GaN (gallium nitride), GaN 2 , and single crystal AlN (aluminum nitride). In this embodiment, the semiconductor substrate 50 is made of a material containing InP.
  • the semiconductor substrate 50 includes a substrate surface 51 and a substrate back surface 52 opposite to the substrate surface 51.
  • the front surface 51 of the substrate faces the same side as the front surface 11 of the device, and the back surface 52 of the substrate faces the same side as the back surface 12 of the device. Note that the detailed configuration of the semiconductor element 20 will be described later.
  • the substrate surface 51 constitutes the device surface 11 of the terahertz device 10.
  • the insulating substrate 30 is placed on the substrate back surface 52 side of the semiconductor substrate 50.
  • Insulating substrate 30 has a front surface 31 and a back surface 32 opposite to front surface 31 .
  • the front surface 31 faces the same side as the device front surface 11, and the back surface 32 faces the same side as the device back surface 12.
  • the back surface 32 constitutes the device back surface 12 of the terahertz device 10.
  • the shape of the insulating substrate 30 when viewed from the z direction is rectangular.
  • the dimensions of the front surface 31 of the insulating substrate 30 in the x direction and the y direction are equal to the dimensions of the semiconductor substrate 50 in the x direction and the y direction.
  • the side surface of the insulating substrate 30 and the side surface of the semiconductor substrate 50 are flush with each other.
  • the metal layer 40 is in contact with the substrate back surface 52 of the semiconductor substrate 50. Metal layer 40 is in contact with surface 31 of insulating substrate 30 . In this embodiment, the metal layer 40 is formed over the entire back surface 52 of the semiconductor substrate 50. Metal layer 40 is formed over the entire surface 31 of insulating substrate 30 .
  • the metal layer 40 is a bonding layer that bonds the semiconductor substrate 50 and the insulating substrate 30. In other words, it can be said that the semiconductor substrate 50 and the insulating substrate 30 are joined by the metal layer 40.
  • the metal layer 40 is electrically insulated from the semiconductor element 20. The metal layer 40 is in an electrically floating state.
  • the metal layer 40 has a laminated structure of a plurality of metal layers.
  • the metal layer 40 includes a first metal layer 41 and a second metal layer 42 .
  • the first metal layer 41 is provided on the insulating substrate 30.
  • the second metal layer 42 is provided on the back surface 52 of the semiconductor substrate 50. Therefore, the second metal layer 42 is provided on the first metal layer 41.
  • the first metal layer 41 and the second metal layer 42 are formed by sputtering, for example.
  • the first metal layer 41 includes a first metal film 41A provided on the surface 31 of the insulating substrate 30, and a second metal film 41B provided on the first metal film 41A.
  • the second metal layer 42 includes a third metal film 42A provided on the back surface 52 of the semiconductor substrate 50, and a fourth metal film 42B provided on the third metal film 42A.
  • the fourth metal film 42B is in contact with the second metal film 41B.
  • Each of the first metal film 41A, second metal film 41B, third metal film 42A, and fourth metal film 42B includes titanium (Ti), titanium nitride (TiN), gold (Au), silver (Ag), and copper. (Cu), aluminum (Al), and platinum (Pt).
  • both the first metal film 41A and the third metal film 42A are formed of a material containing Ti.
  • Both the second metal film 41B and the fourth metal film 42B are formed of a material containing Au.
  • semiconductor element 20 includes an insulating layer 53 provided on substrate surface 51 of semiconductor substrate 50. As shown in FIG. Insulating layer 53 is arranged at the center of substrate surface 51 in the x and y directions. The shape of the insulating layer 53 when viewed from the z direction is rectangular.
  • the insulating layer 53 is made of a material containing, for example, SiO 2 .
  • the semiconductor element 20 includes an active element 60, a first electrode 70, and a second electrode 80 provided on the substrate surface 51.
  • First electrode 70 and second electrode 80 include an antenna structure 90 .
  • the active element 60 exchanges electromagnetic waves in a predetermined frequency band with electrical energy.
  • Active element 60 is provided, for example, at the center of substrate surface 51 in the x and y directions.
  • the active element 60 converts the supplied electrical energy into electromagnetic waves by being connected to the antenna structure 90.
  • the semiconductor element 20 emits electromagnetic waves in a predetermined frequency band. Therefore, as shown in FIG. 3, the active element 60 can be said to be an oscillation point P1 that oscillates electromagnetic waves, and the antenna structure 90 can be said to be a radiating point P2 that radiates electromagnetic waves.
  • the semiconductor element 20 has a radiation point P2 and an oscillation point P1 at the same position. Note that the position of the oscillation point P1 is not limited to the same position as the radiation point P2, and can be arbitrarily changed. Further, the position of the oscillation point P1 can be set to any position on the substrate surface 51.
  • the active element 60 is, for example, a resonant tunneling diode (RTD).
  • RTD tunnel injection Transit Time
  • IMPATT Impact Ionization Avalanche Transit Time
  • FET GaAs field effect transistor
  • HBT heterojunction bipolar transistor
  • the active element 60 is provided between the first conductive portion 71 of the first electrode 70 and the semiconductor substrate 50 in the z direction. Active element 60 is in contact with both first conductive portion 71 and substrate surface 51 of semiconductor substrate 50 .
  • the first conductive portion 71 includes a connecting portion 71a that overlaps the active element 60 when viewed from the z direction. Further, the active element 60 is provided within the insulating layer 53.
  • a semiconductor layer 61a is provided on the substrate surface 51 of the semiconductor substrate 50. As shown in FIG. 3, the semiconductor layer 61a has a rectangular shape when viewed from the z direction.
  • the semiconductor layer 61a is made of GaInAs, for example.
  • the semiconductor layer 61a is doped with n-type impurities at a high concentration.
  • a GaInAs layer 62a is stacked on the semiconductor layer 61a.
  • the GaInAs layer 62a is doped with n-type impurities.
  • the n-type impurity concentration of the GaInAs layer 62a is lower than the n-type impurity concentration of the semiconductor layer 61a.
  • a GaInAs layer 63a is stacked on the GaInAs layer 62a.
  • the GaInAs layer 63a is not doped with impurities.
  • An AlAs layer 64a is stacked on the GaInAs layer 63a.
  • An InGaAs layer 65 is stacked on the AlAs layer 64a.
  • the InGaAs layer 65 is not doped with impurities.
  • An AlAs layer 64b is stacked on the InGaAs layer 65.
  • the AlAs layer 64a, the InGaAs layer 65, and the AlAs layer 64b constitute a resonant tunnel section.
  • a GaInAs layer 63b not doped with impurities is laminated on the AlAs layer 64b.
  • a GaInAs layer 62b doped with n-type impurities is laminated on the GaInAs layer 63b.
  • a GaInAs layer 61b doped with n-type impurities at a high concentration is laminated on the GaInAs layer 62b. Therefore, the n-type impurity concentration of the GaInAs layer 61b is higher than the n-type impurity concentration of the GaInAs layer 62b.
  • the connecting portion 71a of the first conductive portion 71 is located on the GaInAs layer 61b and is in contact with the GaInAs layer 61b.
  • the specific configuration of the active element 60 can be arbitrarily changed as long as it is capable of generating (or detecting, or both) electromagnetic waves.
  • the active element 60 may be one that performs at least one of oscillation and detection of electromagnetic waves in the terahertz band.
  • the semiconductor element 20 includes a first conductive part 71 and a second conductive part 81 that function as an antenna structure 90.
  • the first conductive part 71 is formed integrally with the first electrode 70
  • the second conductive part 81 is formed integrally with the second electrode 80. That is, the first conductive part 71 is a part of the first electrode 70 and the second conductive part 81 is a part of the second electrode 80.
  • the active element 60 is provided between the first conductive part 71 and the second conductive part 81.
  • the antenna structure 90 of this embodiment is a dipole antenna.
  • the first conductive part 71 and the second conductive part 81 extend from the active element 60 in mutually opposite directions.
  • the length of the antenna structure 90 that is, the length from the tip of the first conductive part 71 to the tip of the second conductive part 81, is, for example, 1/2 wavelength ( ⁇ / 2) is set.
  • the antenna structure 90 is not limited to a dipole antenna, and may be other antenna structures such as a bow tie antenna, a slot antenna, a patch antenna, or a ring antenna.
  • the length of antenna structure 90 may vary depending on the configuration of antenna structure 90.
  • the first conductive part 71 and the second conductive part 81 are arranged on both sides of the active element 60 in the x direction. Each of the first conductive part 71 and the second conductive part 81 extends in the x direction. As shown in FIG. 5, the connecting portion 71a of the first conductive portion 71 is provided on the insulating layer 53. The second conductive portion 81 is provided in the opening 53A of the insulating layer 53. The second conductive portion 81 is provided on the substrate surface 51 of the semiconductor substrate 50.
  • the first electrode 70 includes a first wiring part 72 connected to the first conductive part 71, a first electrode plate 73 connected to the first wiring part 72, and a first electrode plate 73 connected to the first wiring part 72. a first electrode pad 74 connected to the first electrode pad 74;
  • the first conductive part 71, the first wiring part 72, and the first electrode plate 73 are provided at a position overlapping with the insulating layer 53 when viewed from the z direction.
  • the first electrode pad 74 is arranged closer to the side surface 16 of the device than the insulating layer 53 is.
  • the first wiring section 72 is formed in a band shape extending along the y direction.
  • the shape of the first electrode plate 73 when viewed from the z direction is rectangular.
  • the first electrode plate 73 is arranged at a position overlapping a part of the second electrode 80 when viewed from the y direction.
  • the first electrode pad 74 is arranged closer to the device side surface 14 (see FIG. 1) than the second electrode 80 is.
  • the first electrode pad 74 has a rectangular shape when viewed from the z direction.
  • the first electrode pad 74 is formed on the substrate surface 51 of the semiconductor substrate 50.
  • the second electrode 80 includes a second wiring part 82 connected to the second conductive part 81, a second electrode plate 83 connected to the second wiring part 82, and a second electrode connected to the second electrode plate 83. pad 84.
  • the second conductive part 81, the second wiring part 82, and the second electrode plate 83 are provided at positions overlapping with the insulating layer 53 when viewed from the z direction.
  • the second electrode pad 84 is arranged closer to the side surface 16 of the device than the insulating layer 53 is.
  • the second wiring portion 82 is formed in a band shape extending along the y direction.
  • the shape of the second electrode plate 83 when viewed from the z direction is rectangular.
  • the second electrode plate 83 is arranged at a position overlapping a part of the first electrode 70 when viewed from the y direction.
  • the second electrode pad 84 is arranged closer to the device side surface 13 (see FIG. 1) than the first electrode 70 is.
  • the shape of the second electrode pad 84 when viewed from the z direction is rectangular.
  • the second electrode pad 84 is formed on the substrate surface 51 of the semiconductor substrate 50.
  • the first electrode pad 74 constitutes the main electrode
  • the second electrode pad 84 constitutes the ground electrode.
  • the second electrode plate 83 is provided on the substrate surface 51 of the semiconductor substrate 50.
  • the second electrode plate 83 is covered with the insulating layer 53.
  • the first electrode plate 73 is provided on the insulating layer 53.
  • the first electrode plate 73 and the second electrode plate 83 are arranged to face each other with the insulating layer 53 in between in the z direction.
  • the semiconductor element 20 includes an MIM (Metal Insulator Metal) capacitor (hereinafter referred to as "capacitor 91").
  • the capacitor 91 short-circuits the first electrode 70 and the second electrode 80 at high frequency. Capacitor 91 can reflect high-frequency electromagnetic waves, so it functions as a low-pass filter. Note that the capacitor 91 may be omitted. That is, the first electrode plate 73 may be omitted from the first electrode 70 and the second electrode plate 83 may be omitted from the second electrode 80.
  • the second electrode plate 83 includes a protrusion 83a that protrudes closer to the antenna structure 90 than the first electrode plate 73 in the y direction.
  • a contact portion 85 is provided between the protrusion 83a and the second wiring portion 82 to connect the protrusion 83a and the second wiring portion 82. Thereby, the second electrode plate 83 and the second wiring section 82 are electrically connected.
  • the semiconductor substrate 50 has a thickness that is less than the wavelength ⁇ of the electromagnetic waves oscillated by the semiconductor element 20.
  • ⁇ _0 is the wavelength in free space
  • ⁇ _r is the relative dielectric constant of the semiconductor substrate 50.
  • the free space is a space in which no dielectric exists, such as a vacuum.
  • the semiconductor substrate 50 is made of InP. Therefore, the dielectric constant ⁇ _r of the semiconductor substrate 50 is 12.47.
  • the thickness of the semiconductor substrate 50 is defined as "thickness Ts1".
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 can be defined by the distance between the front surface 51 of the substrate and the back surface 52 of the substrate in the z direction.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 1/2 or less of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave oscillated by the semiconductor element 20. In one example, the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 1 ⁇ 3 or less of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave oscillated by the semiconductor element 20. In this embodiment, the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is less than 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave oscillated by the semiconductor element 20. Further, in one example, the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 1 ⁇ 5 or more of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave oscillated by the semiconductor element 20.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is set according to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave oscillated by the semiconductor element 20. That is, the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is set according to the set frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20. The thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is set to become thinner as the frequency of the electromagnetic waves from the semiconductor element 20 becomes higher.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 in the case where the frequency band of electromagnetic waves is 0.1 THz (100 GHz) or more and 10 THz or less, which is the frequency band of terahertz waves, will be described below.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is set to be less than the thickness at least when the frequency of electromagnetic waves is 100 GHz.
  • the wavelength ⁇ _0 of the electromagnetic waves is 1500 ⁇ m or more and less than 3000 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave is 425 ⁇ m or more and less than 850 ⁇ m.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 425 ⁇ m and less than 850 ⁇ m, which corresponds to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 212.5 ⁇ m and less than or equal to 425 ⁇ m, which corresponds to 1/2 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. In one example, the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 141.7 ⁇ m and less than or equal to 283.3 ⁇ m, which corresponds to 1 ⁇ 3 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. In one example, the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 106.3 ⁇ m and less than 212.5 ⁇ m, which corresponds to 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. Note that when the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 is in the 100 GHz band (100 GHz or more and less than 200 GHz), the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 may be less than 106.3 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ _0 of the electromagnetic wave is 750 ⁇ m or more and less than 1000 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave is 212.4 ⁇ m or more and less than 283.2 ⁇ m.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 212.4 ⁇ m and less than 283.2 ⁇ m, which corresponds to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 106.2 ⁇ m and less than or equal to 141.6 ⁇ m, which corresponds to 1/2 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 70.8 ⁇ m and less than or equal to 94.4 ⁇ m, which corresponds to 1 ⁇ 3 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. In one example, the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 53.1 ⁇ m and less than or equal to 70.8 ⁇ m, which corresponds to 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. Note that when the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 is in the 300 GHz band (300 GHz or more and less than 400 GHz), the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 may be less than 53.1 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ _0 of the electromagnetic wave is 500 ⁇ m or more and less than 600 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave is 141.6 ⁇ m or more and less than 169.9 ⁇ m.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 141.6 ⁇ m and less than 169.9 ⁇ m, which corresponds to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is 70.8 ⁇ m or more and 85 ⁇ m or less, which corresponds to 1/2 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 47.2 ⁇ m and less than or equal to 56.6 ⁇ m, which corresponds to 1 ⁇ 3 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. In one example, the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 35.4 ⁇ m and less than or equal to 42.5 ⁇ m, which corresponds to 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. Note that when the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 is in the 500 GHz band (500 GHz or more and less than 600 GHz), the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 may be less than 35.4 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ _0 of the electromagnetic wave is 150 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave is 42.5 ⁇ m or more and 85 ⁇ m or less.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 42.5 ⁇ m and less than or equal to 85 ⁇ m, which corresponds to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is greater than or equal to 21.3 ⁇ m and less than or equal to 42.5 ⁇ m, which corresponds to 1/2 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is 14.2 ⁇ m or more and 28.3 ⁇ m or less, which corresponds to 1/3 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. In one example, the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 is 10.6 ⁇ m or more and less than 21.3 ⁇ m, which corresponds to 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. In addition, when the frequency of the electromagnetic wave of the semiconductor element 20 is 1 THz or more and 2 THz or less, the thickness Ts1 of the semiconductor element 20 may be less than 10.6 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ _0 of the electromagnetic wave is 30 ⁇ m.
  • the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave is 8.5 ⁇ m.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is less than 8.5 ⁇ m, which corresponds to the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 4.3 ⁇ m or less, which corresponds to 1/2 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 2.8 ⁇ m or less, which corresponds to 1 ⁇ 3 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 2.1 ⁇ m or less, which corresponds to 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is set according to the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 used. For example, by setting the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 to 20 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, the use of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 is reduced. Applicable to most frequencies. That is, when the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 is 100 GHz or more and 1 THz or less, the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 may be set to 20 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. When the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 is higher than 1 THz, the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 may be set according to the frequency.
  • the insulating substrate 30 is made of at least one material selected from the group of AlN, SiC, alumina (Al 2 O 3 ), Si, and silicon oxide (SiO 2 ).
  • the insulating substrate 30 has higher rigidity than the semiconductor substrate 50.
  • the thickness Ts2 of the insulating substrate 30 is thicker than the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50.
  • the thickness Ts2 of the insulating substrate 30 can be defined by the distance between the front surface 31 and the back surface 32 of the insulating substrate 30 in the z direction.
  • the insulating substrate 30 is formed of a material having a Young's modulus higher than that of the semiconductor substrate 50, such as AlN, SiC, Al2O3 , etc., in the range where the insulating substrate 30 has higher rigidity than the semiconductor substrate 50,
  • the thickness Ts2 of the insulating substrate 30 may be less than or equal to the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50.
  • the insulating substrate 30 is formed of a material having a Young's modulus that is approximately the same as that of the semiconductor substrate 50, such as Si or SiO 2 , the insulating substrate 30 is The thickness Ts2 of the semiconductor substrate 50 is made thicker than the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is thicker than the thickness Tm of the metal layer 40.
  • the thickness Tm of the metal layer 40 is, for example, 10 nm or more and 300 nm or less.
  • the thickness Tm of the metal layer 40 can be defined, for example, by the distance between the substrate back surface 52 of the semiconductor substrate 50 and the front surface 31 of the insulating substrate 30 in the z direction.
  • the thickness Ts2 of the insulating substrate 30 is approximately 520 ⁇ m. Therefore, in this embodiment, the thickness Ts2 of the insulating substrate 30 is thicker than the thickness Ts1 (20 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less) of the semiconductor substrate 50.
  • a resonant tunneling diode RTD as an active element 60 is electrically connected by a first electrode 70 and a second electrode 80. More specifically, the resonant tunneling diode RTD is electrically connected via the first wiring section 72 of the first electrode 70 and the second wiring section 82 of the second electrode 80.
  • An antenna structure 90 configured by the first conductive part 71 of the first electrode 70 and the second conductive part 81 of the second electrode 80 is electrically connected in parallel with the resonant tunnel diode RTD.
  • a capacitor 91 configured by the first electrode plate 73 of the first electrode 70 and the second electrode plate 83 of the second electrode 80 is electrically connected in parallel with the resonant tunnel diode RTD.
  • the first wiring section 72 includes an inductor L1 and a wiring resistance R1.
  • the second wiring section 82 includes an inductor L2 and a wiring resistance R2.
  • the first wiring section 72, the second wiring section 82, and the capacitor 91 form an LC resonant circuit.
  • the semiconductor element 20 oscillates electromagnetic waves by LC resonance.
  • FIGS. 8 to 12 are schematic cross-sectional views showing an example of the manufacturing process of the terahertz device 10. Note that hatched lines are omitted in FIGS. 8 to 12 for convenience.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes preparing a semiconductor substrate 850.
  • Semiconductor substrate 850 is supported by support substrate 900.
  • Support substrate 900 is made of sapphire, for example.
  • the semiconductor substrate 850 is a semiconductor wafer on which a plurality of semiconductor substrates 50 (see FIG. 2) can be manufactured, and is thicker than the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 (see FIG. 2).
  • the semiconductor substrate 850 is made of a material containing, for example, InP.
  • the semiconductor substrate 850 has a substrate surface 851 and a substrate back surface 852 opposite to the substrate surface 851.
  • Support substrate 900 is bonded to substrate surface 851.
  • the back surface 852 of the substrate is exposed.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes grinding the semiconductor substrate 850 to reduce its thickness.
  • the thickness of the semiconductor substrate 850 is made equal to the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50. That is, the amount of grinding of the semiconductor substrate 850 is set according to the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20. The amount of grinding of the semiconductor substrate 850 increases as the frequency of the electromagnetic waves of the semiconductor element 20 increases.
  • Grinding to reduce the thickness of the semiconductor substrate 850 includes mirror polishing the back surface 52 of the substrate.
  • Mirror polishing is performed by a known method such as chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the back surface 52 of the substrate is mirror polished so that the arithmetic mean roughness Ra of the back surface 52 of the substrate after mirror polishing is 10 nm or less. Note that the arithmetic mean roughness Ra of the back surface 52 of the substrate may be 5 nm or less.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes forming a second metal layer 842 on the back surface 852 of the semiconductor substrate 850. More specifically, first, the third metal film 842A is formed on the back surface 852 of the semiconductor substrate 850. Subsequently, a fourth metal film 842B is formed on the third metal film 842A.
  • the third metal film 842A and the fourth metal film 842B are formed by sputtering, for example.
  • the third metal film 842A is formed of a material containing Ti, for example.
  • the fourth metal film 842B is formed of a material containing Au, for example.
  • the second metal layer 842 is configured by the third metal film 842A and the fourth metal film 842B. Note that in FIG.
  • the thickness of the second metal layer 842 is thicker than the thickness of the semiconductor substrate 850 in order to clearly show the laminated structure of the second metal layer 842, but in reality, the thickness of the second metal layer 842 is The thickness is thinner than the thickness of the semiconductor substrate 850.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes preparing an insulating substrate 830.
  • the insulating substrate 830 is a substrate on which a plurality of insulating substrates 30 can be manufactured, and has the same thickness as the thickness Ts2 of the insulating substrate 30.
  • the insulating substrate 830 is made of a material containing AlN, for example.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes forming a first metal layer 841 on the surface 831 of the insulating substrate 830. More specifically, first, a first metal film 841A is formed on the surface 831 of the insulating substrate 830. Subsequently, a second metal film 841B is formed on the first metal film 841A. The first metal film 841A and the second metal film 841B are formed by sputtering, for example. The first metal film 841A is formed of a material containing Ti, for example. The second metal film 841B is formed of a material containing Au, for example. The first metal layer 841 is configured by the first metal film 841A and the second metal film 841B.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes bonding a first metal layer 841 and a second metal layer 842.
  • the first metal layer 841 and the second metal layer 842 are diffusion bonded.
  • a metal layer 840 is formed.
  • the metal layer 840 becomes a bonding layer that bonds the semiconductor substrate 850 and the insulating substrate 830.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes removing the support substrate 900.
  • the support substrate 900 is removed from the semiconductor substrate 850 by grinding the support substrate 900.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes forming an insulating layer 53, an active element 60, a first electrode 70, and a second electrode 80 (see FIG. 3) on a substrate surface 851 of a semiconductor substrate 850. Including.
  • the method for manufacturing the terahertz device 10 includes cutting it into pieces. More specifically, the semiconductor substrate 850, metal layer 840, and insulating substrate 830 are cut by the dicing blade. Through the above steps, the terahertz device 10 is manufactured.
  • Electromagnetic waves (terahertz waves) emitted or detected by the active element 60 propagate through a plurality of paths around the active element 60, for example between the first electrode 70 and the second electrode 80.
  • the electromagnetic waves propagate, for example, in the thickness direction of the semiconductor substrate 50.
  • a standing wave is generated within the semiconductor substrate 50. This standing wave causes the substrate mode of the semiconductor substrate 50.
  • an electromagnetic wave having a frequency different from the desired frequency is generated in the terahertz device 10.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is less than the wavelength ⁇ of the electromagnetic waves, the electromagnetic waves propagating in the thickness direction of the semiconductor substrate 50 reach the wavelength ⁇ . It is blocked by layer 40. Thereby, the generation of standing waves within the semiconductor substrate 50 can be suppressed. Therefore, the occurrence of substrate mode in the semiconductor substrate 50 can be suppressed. Therefore, generation of electromagnetic waves of a frequency different from the desired frequency of electromagnetic waves in the terahertz device 10 can be suppressed.
  • the support substrate 900 is removed to form the first electrode 70 and the like.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 850 is reduced, the rigidity of the semiconductor substrate 850 is reduced. Therefore, when the semiconductor substrate 850 is transported alone after the support substrate 900 is removed, the semiconductor substrate 850 is deformed because the rigidity of the semiconductor substrate 850 is low. This may cause damage to the semiconductor substrate 850. Therefore, it is difficult to transport the semiconductor substrate 850 alone.
  • the insulating substrate 830 is bonded to the semiconductor substrate 850 via the metal layer 840. Since the semiconductor substrate 850 is reinforced by the insulating substrate 830, deformation of the semiconductor substrate 850 can be suppressed when the semiconductor substrate 850 is transported. Therefore, the semiconductor substrate 850 can be transported.
  • the terahertz device 10 includes a semiconductor substrate 50 having a substrate surface 51 and a substrate back surface 52 opposite to the substrate surface 51, and an active element 60 provided on the substrate surface 51 to oscillate or detect electromagnetic waves.
  • An insulating substrate 30 disposed on the side of the substrate back surface 52 of the semiconductor substrate 50 and supporting the semiconductor substrate, and a metal layer 40 disposed between the semiconductor substrate 50 and the insulating substrate 30 and in contact with the substrate back surface 52.
  • the semiconductor substrate 50 has a thickness that is less than the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave of the active element 60.
  • the semiconductor substrate 50 is supported by the insulating substrate 30, deformation of the semiconductor substrate 50 can be suppressed. Therefore, when manufacturing the terahertz device 10, it is possible to suppress the occurrence of damage to the semiconductor substrate 850 constituting the semiconductor substrate 50, and it is possible to suitably transport the semiconductor substrate 850.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is 1/2 or less of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. According to this configuration, it is possible to further suppress the occurrence of a substrate mode caused by electromagnetic waves propagating within the semiconductor substrate 50, and therefore to further suppress the generation of electromagnetic waves of a frequency different from the electromagnetic waves of a desired frequency in the terahertz device 10. can.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is less than 1/4 of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. According to this configuration, it is possible to further suppress the occurrence of a substrate mode caused by electromagnetic waves propagating within the semiconductor substrate 50, and therefore to further suppress the generation of electromagnetic waves of a frequency different from the electromagnetic waves of a desired frequency in the terahertz device 10. can.
  • the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 is thicker than the thickness Tm of the metal layer 40. According to this configuration, since the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50 does not become excessively thin, the semiconductor substrate 50 can be manufactured easily.
  • the insulating substrate 30 has higher rigidity than the semiconductor substrate 50. According to this configuration, the insulating substrate 30 is less likely to deform than the semiconductor substrate 50. Therefore, deformation of the semiconductor substrate 50 can be suppressed by the insulating substrate 30.
  • the thickness Ts2 of the insulating substrate 30 is thicker than the thickness Ts1 of the semiconductor substrate 50. According to this configuration, the insulating substrate 30 has higher rigidity than the semiconductor substrate 50 even if the same material as that of the semiconductor substrate 50 is used, for example. Therefore, deformation of the semiconductor substrate 50 can be suppressed by the insulating substrate 30. Therefore, it is possible to expand the selection of materials for forming the insulating substrate 30.
  • FIG. 13 shows a schematic cross-sectional structure of a terahertz unit 100, which is a first application example of the terahertz device 10.
  • FIG. 14 shows a schematic cross-sectional structure of a terahertz unit 200, which is a second application example of the terahertz device 10.
  • FIG. 15 shows a schematic cross-sectional structure of a terahertz unit 300, which is a third application example of the terahertz device 10. Note that the terahertz device 10 shown in FIGS. 13 and 14 is shown to be thicker than the actual thickness from the viewpoint of ease of understanding the drawings.
  • the terahertz unit 100 includes a terahertz device 10, a dielectric 110, an antenna base 120, a reflective film 130 as a reflecting section, and a gas space 140.
  • the gas in the gas space 140 is, for example, air.
  • the dielectric 110 is made of a dielectric material through which electromagnetic waves generated from the semiconductor element 20 of the terahertz device 10 pass.
  • the dielectric 110 is made of a resin material.
  • An example of the resin material used is epoxy resin (eg, glass epoxy resin).
  • Dielectric 110 has insulating properties.
  • the dielectric refractive index n2, which is the refractive index (absolute refractive index) of the dielectric 110, is lower than the element refractive index n1, which is the refractive index of the semiconductor element 20.
  • the element refractive index n1 is higher than the gas refractive index n3, which is the refractive index of the gas in the gas space 140.
  • the dielectric refractive index n2 is higher than the gas refractive index n3.
  • the dielectric refractive index n2 is 1.55 and the element refractive index n1 is 3.4.
  • the element refractive index n1 is the refractive index of the semiconductor substrate 50.
  • the semiconductor substrate 50 is made of a material containing InP.
  • a dielectric 110 surrounds the terahertz device 10.
  • dielectric 110 surrounds the entire terahertz device 10 . It can also be said that the dielectric 110 seals the terahertz device 10.
  • the dielectric 110 is formed into a rectangular plate shape, for example.
  • the antenna base 120 has a rectangular parallelepiped shape as a whole.
  • Antenna base 120 is made of, for example, an insulating material.
  • the antenna base 120 is made of a dielectric material, for example, a synthetic resin such as epoxy resin. Note that the material constituting the antenna base 120 is arbitrary, and may be, for example, Si or glass.
  • a dielectric material 110 is laminated on the base surface 121 of the antenna base 120.
  • the dielectric 110 is formed so as to protrude from the antenna base 120 when viewed from the z direction.
  • the antenna base 120 has an antenna recess 122 recessed from the base surface 121.
  • Antenna recess 122 is recessed from base surface 121 in a direction away from dielectric 110 .
  • the antenna recess 122 is formed into a hemispherical shape as a whole.
  • the antenna recess 122 is open toward the dielectric 110.
  • the opening of the antenna recess 122 is circular when viewed from the z direction.
  • the antenna recess 122 has an antenna surface 123 that faces the terahertz device 10 via the dielectric 110 and the gas space 140.
  • the antenna surface 123 is the inner surface of the antenna recess 122.
  • the antenna surface 123 is formed to correspond to the shape of the antenna. In one example, the antenna surface 123 is curved so as to be concave in a direction away from the terahertz device 10.
  • the antenna surface 123 is curved, for example, in the shape of a mortar. In one example, antenna surface 123 is curved to form a parabolic antenna shape.
  • the reflective film 130 reflects electromagnetic waves emitted from the semiconductor element 20 in one direction.
  • a reflective film 130 is formed on the antenna surface 123. Therefore, the reflective film 130 has an antenna shape.
  • the reflective film 130 is a parabolic mirror of revolution.
  • the reflective film 130 is made of a material that reflects electromagnetic waves emitted from the semiconductor element 20, and is made of a metal such as Cu or an alloy.
  • the reflective film 130 may have a single layer structure or a multilayer structure. Electromagnetic waves emitted from the semiconductor element 20 are reflected upward by the reflective film 130. Therefore, the terahertz unit 100 is configured to radiate electromagnetic waves upward.
  • the terahertz unit 100 includes external electrodes 151 and 152 used for electrical connection with the outside, and conductive parts 161 and 162 that are electrically connected to the terahertz device 10.
  • External electrodes 151 and 152 and conductive parts 161 and 162 are each provided on dielectric 110.
  • External electrodes 151 and 152 are provided so as to be exposed from dielectric 110.
  • the conductive parts 161 and 162 are provided within the dielectric 110.
  • the external electrodes 151 and 152 are arranged at positions that do not overlap the reflective film 130 when viewed from the z direction. Specifically, the external electrodes 151 and 152 are provided on a portion of the dielectric 110 that protrudes from the antenna base 120.
  • the conductive parts 161 and 162 connect the external electrodes 151 and 152 to the terahertz device 10. More specifically, the conductive part 161 electrically connects the external electrode 151 and the first electrode 70 of the terahertz device 10. The conductive portion 162 electrically connects the external electrode 152 and the second electrode 80 of the terahertz device 10 .
  • the terahertz device 10 is flip-chip mounted to the conductive parts 161 and 162. Specifically, the conductive portion 161 is connected to the first electrode pad 74 via the bump 171. The conductive portion 162 is connected to the second electrode pad 84 via a bump 172.
  • the bumps 171 and 172 have a laminated structure of, for example, a metal layer containing Cu, a metal layer containing Ti, and a metal layer containing tin (Sn). Note that the bumps 171 and 172 may have a single layer structure.
  • the terahertz unit 200 includes a terahertz device 10, a support substrate 210, and a waveguide 220.
  • the support substrate 210 is formed into a rectangular plate shape.
  • Support substrate 210 is made of an insulating material.
  • An example of an insulating material is epoxy resin.
  • Support substrate 210 has a substrate surface 211 and a substrate back surface 212 opposite to substrate surface 211 .
  • the substrate surface 211 corresponds to the "support substrate surface.”
  • Two power supply lines 213 are formed on the substrate surface 211.
  • Two external electrodes 214 are provided on the back surface 212 of the substrate.
  • Two connection conductors 215 are provided in the support substrate 210 to individually connect the two power supply lines 213 and the two external electrodes 214.
  • Terahertz device 10 is mounted on substrate surface 211.
  • the first electrode pad 74 of the first electrode 70 and the second electrode pad 84 of the second electrode 80 of the terahertz device 10 are individually electrically connected to the two power supply lines 213 by wires W.
  • the waveguide 220 is a hollow metal tube that transmits electromagnetic waves.
  • the waveguide 220 is made of a material that is non-transparent to electromagnetic waves emitted or detected by the semiconductor element 20. As this material, a metal material such as Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, etc. is used.
  • Waveguide 220 is laminated on substrate surface 211.
  • the waveguide 220 includes a through hole 221 that passes through the waveguide 220 in the z direction.
  • the waveguide 220 is formed into a rectangular parallelepiped shape.
  • the support substrate 210 covers one end of the through hole 221 in the z direction.
  • Waveguide 220 houses terahertz device 10 . That is, the terahertz device 10 is disposed within the through hole 221 when viewed from the z direction.
  • the through hole 221 functions as a transmission region 222 that transmits electromagnetic waves.
  • the transmission region 222 is defined by the tapered surface of the through hole 221. It can also be said that the ter
  • the shape of the through hole 221 when viewed from the z direction is circular.
  • the through hole 221 is formed in a tapered shape whose diameter increases as it moves away from the support substrate 210 in the z direction.
  • the through hole 221 is formed in a tapered shape whose diameter increases as it moves away from the terahertz device 10 in the z direction.
  • the shape of the through hole 221 can be changed arbitrarily.
  • the shape of the through hole 221 viewed from the z direction may be a polygon such as a quadrangle.
  • the terahertz unit 300 includes two semiconductor elements 20 and one insulating substrate 310 that supports these semiconductor elements 20.
  • the insulating substrate 310 has the same configuration as the insulating substrate 30 of the above embodiment.
  • the insulating substrate 310 has larger dimensions in the x direction and in the y direction than the insulating substrate 30 of the above embodiment.
  • the two semiconductor elements 20 include a semiconductor element 20 that oscillates electromagnetic waves and a semiconductor element 20 that detects electromagnetic waves.
  • the two semiconductor elements 20 are arranged side by side on an insulating substrate 310 and spaced apart from each other.
  • the semiconductor element 20 that oscillates electromagnetic waves will be referred to as a first semiconductor element 20A
  • the semiconductor element 20 that detects electromagnetic waves will be referred to as a second semiconductor element 20B.
  • the first semiconductor element 20A includes a first semiconductor substrate 50A, a first active element, a first electrode 70, and a second electrode 80.
  • the first semiconductor substrate 50A, the first active element, the first electrode 70, and the second electrode 80 have the same configuration as the semiconductor substrate 50, the active element 60, the first electrode 70, and the second electrode 80 of the above embodiment.
  • the first active element is an element that oscillates electromagnetic waves.
  • the second semiconductor element 20B includes a second semiconductor substrate 50B, a second active element, a first electrode 70, and a second electrode 80.
  • the second semiconductor substrate 50B, the second active element, the first electrode 70, and the second electrode 80 have the same configuration as the semiconductor substrate 50, the active element 60, the first electrode 70, and the second electrode 80 of the above embodiment.
  • the second active element is an element that detects electromagnetic waves.
  • a metal layer 40 is interposed between the first semiconductor substrate 50A and the insulating substrate 310.
  • a metal layer 40 is interposed between the second semiconductor substrate 50B and the insulating substrate 310.
  • the metal layer 40 between the first semiconductor substrate 50A and the insulating substrate 310 corresponds to a "first substrate side metal layer”
  • the metal layer 40 between the second semiconductor substrate 50B and the insulating substrate 310 corresponds to a "first substrate side metal layer”. This corresponds to the second substrate side metal layer.
  • a first metal layer is interposed between the first semiconductor element 20A and the insulating substrate 310.
  • a second metal layer is interposed between the second semiconductor element 20B and the insulating substrate 310.
  • the first metal layer and the second metal layer have the same configuration as the metal layer 40 (see FIG. 2) of the above embodiment.
  • the terahertz unit 300 may include three or more semiconductor elements 20. That is, the terahertz unit 300 includes a plurality of semiconductor elements 20. All of the plurality of semiconductor elements 20 may be semiconductor elements that oscillate electromagnetic waves. Furthermore, all of the plurality of semiconductor elements 20 may be semiconductor elements that detect electromagnetic waves. Further, among the plurality of semiconductor elements 20, the number of first semiconductor elements 20A and the number of second semiconductor elements 20B may be different from each other.
  • Example of change The above embodiment can be modified and implemented as follows. Further, the above embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range. Note that in FIGS. 16 to 19, the first electrode 70 and the second electrode 80 are omitted for convenience of explanation. Further, in FIGS. 16 to 19, for convenience of explanation, the thickness of the semiconductor substrate 50 is shown to be approximately equal to the thickness of the insulating substrate 30. Further, in FIGS. 16 to 19, hatched lines are omitted for convenience of explanation.
  • the terahertz device 10 may include a through hole 17.
  • the through hole 17 penetrates each of the semiconductor substrate 50, the metal layer 40, and the insulating substrate 30 in the z direction.
  • the metal layer 40 may be formed to be recessed in the direction orthogonal to the z direction relative to the inner surfaces of the semiconductor substrate 50 and the insulating substrate 30 that constitute the through hole 17. Note that the number of through holes 17 can be changed arbitrarily.
  • the terahertz device 10 may have a configuration in which a via 18 is embedded in the through hole 17.
  • the vias 18 are exposed from both the device front surface 11 and the device back surface 12.
  • Via 18 may be in contact with metal layer 40 .
  • Via 18 may be electrically connected to, for example, a ground electrode (not shown). Further, the via 18 may be electrically connected to the second electrode 80. Thereby, the metal layer 40 is grounded. Note that the number of through holes 17 and vias 18 can be changed arbitrarily.
  • a through hole 54 may be formed in a part of the semiconductor substrate 50.
  • the through hole 54 penetrates the semiconductor substrate 50 in the z direction. Therefore, the through hole 54 exposes the metal layer 40.
  • a through hole may be formed in a part of the insulating substrate 30 instead of the semiconductor substrate 50. This through hole penetrates the insulating substrate 30 in the z direction. Therefore, the through hole of the insulating substrate 30 exposes the metal layer 40.
  • the number of through holes 54 in the semiconductor substrate 50 can be changed arbitrarily. Further, the number of through holes in the insulating substrate 30 can be changed arbitrarily.
  • a via may be provided in the through hole 54 or the through hole of the insulating substrate 30. The via may be in contact with the second electrode 80, for example. Thereby, the metal layer 40 is electrically connected to the second electrode 80.
  • the semiconductor substrate 50 may include a plurality of slits 55.
  • Each slit 55 extends from the substrate surface 51 of the semiconductor substrate 50 toward the substrate back surface 52.
  • the bottom surface of each slit 55 is provided at a position separated from the substrate back surface 52 in the z direction.
  • the insulating substrate 30 may include a plurality of slits 33.
  • Each slit 33 extends from the back surface 32 of the insulating substrate 30 toward the front surface 31.
  • the bottom surface of each slit 33 is provided at a position separated from the surface 31 in the z direction.
  • the number of slits 33 and 55 can be changed arbitrarily. In one example, there may be one slit 55. Further, the number of slits 33 may be one. Further, one of the slit 33 and the slit 55 may be omitted.
  • the side surface 43 of the metal layer 40 may be located more inward than both the substrate side surface 56 of the semiconductor substrate 50 and the side surface 34 of the insulating substrate 30.
  • the dicing blade can cut both the semiconductor substrate 850 and the insulating substrate 830 without cutting the metal layer 40, thereby achieving the singulation.
  • an insulating bonding material may be interposed between the metal layer 40 and the surface 31 of the insulating substrate 30.
  • the metal layer 40 is provided on the back surface 52 of the semiconductor substrate 50. In this way, the metal layer 40 does not need to also serve as a bonding layer.
  • an insulating bonding material may be interposed between the metal layer 40 and the back surface 52 of the semiconductor substrate 50.
  • the metal layer 40 is provided on the surface 31 of the insulating substrate 30. In this way, the metal layer 40 does not need to also serve as a bonding layer.
  • the term “on” includes the meanings of “on” and “over” unless the context clearly dictates otherwise. Therefore, the expression “A is formed on B” means that in each of the above embodiments, A can be placed directly on B by contacting B, but as a modification, A can be placed directly on B without contacting B. It is contemplated that it may be placed above the. That is, the term “on” does not exclude structures in which other members are formed between A and B.
  • the z direction used in this disclosure does not necessarily have to be the vertical direction, nor does it need to completely coincide with the vertical direction. Therefore, various structures according to the present disclosure are not limited to "up” and “down” in the z direction described herein to be “up” and “down” in the vertical direction.
  • the x direction may be a vertical direction
  • the y direction may be a vertical direction.
  • (Appendix A1) a semiconductor substrate (50) having a substrate surface (51) and a substrate back surface (52) opposite to the substrate surface (51); an active element (60) that is provided on the substrate surface (51) and that oscillates or detects electromagnetic waves; an insulating substrate (30) disposed on the back surface (52) side of the semiconductor substrate (50) and supporting the semiconductor substrate (50); a metal layer (40) disposed between the semiconductor substrate (50) and the insulating substrate (30) and in contact with the substrate back surface (52);
  • the semiconductor substrate (50) has a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Terahertz device (10) Terahertz device (10).
  • Appendix A2 The terahertz device according to appendix A1, wherein the thickness (Ts1) of the semiconductor substrate (50) is 1/2 or less of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Appendix A3 The terahertz device according to appendix A2, wherein the thickness (Ts1) of the semiconductor substrate (50) is less than 1/4 of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Appendix A4 The terahertz device according to any one of appendices A1 to A3, wherein the thickness (Ts1) of the semiconductor substrate (50) is thicker than the thickness (Tm) of the metal layer (40).
  • Appendix A5 The terahertz device according to any one of appendices A1 to A4, wherein the insulating substrate (30) has higher rigidity than the semiconductor substrate (50).
  • Appendix A6 The terahertz device according to any one of appendices A1 to A5, wherein the thickness (Ts2) of the insulating substrate (30) is thicker than the thickness (Ts1) of the semiconductor substrate (50).
  • the metal layer (40) is a first metal layer (41) provided on the insulating substrate (30); A second metal layer (42) provided on the back surface (52) of the substrate, the terahertz device according to any one of appendices A1 to A6.
  • Appendix A8 The terahertz device according to any one of appendices A1 to A7, wherein the metal layer (40) is in an electrically floating state.
  • Appendix A9 The terahertz device according to any one of Appendices A1 to A8, wherein the semiconductor substrate (50) includes any one of InP, GaAs, and Si.
  • Appendix A10 The terahertz device according to any one of appendixes A1 to A9, wherein the insulating substrate (30) includes any one of AlN, SiC, Al 2 O 3 , Si, and SiO 2 .
  • (Appendix A12) comprising a first electrode (70) and a second electrode (80),
  • the active element (60) is electrically connected to the first electrode (70) and the second electrode (80),
  • the first electrode (70) and the second electrode (80) are a first electrode plate (73) and a second electrode plate (83) arranged to face each other so as to form a capacitor (91) electrically connected in parallel with the active element (60);
  • the terahertz device according to any one of appendices A1 to A11, comprising an antenna structure (90) that radiates or detects the electromagnetic waves.
  • a terahertz device (10) according to any one of Appendices A1 to A12, a dielectric (110) formed of a dielectric material and surrounding the terahertz device (10); a gas space (140) in which gas exists; It has a portion facing the terahertz device (10) via the dielectric (110) and the gas space (140), and has a portion that faces the terahertz device (10) through the dielectric (110) and the gas space.
  • a terahertz unit (100) comprising: a reflecting section (130) that reflects the electromagnetic waves propagated through the terahertz (140) in one direction.
  • a terahertz unit (200) comprising: a terahertz device (10) according to any one of appendices A1 to A12 mounted on the support substrate surface (211) within the transmission region (222).
  • (Appendix B1) providing a semiconductor substrate (850) having a substrate surface (851) and a substrate back surface (852) opposite to the substrate surface (851); cutting the semiconductor substrate (850) to reduce its thickness; Providing an active element (60) that oscillates or detects electromagnetic waves on the substrate surface (851); providing an insulating substrate (830) having a surface (831); forming a first metal layer (841) in contact with the surface (831); forming a second metal layer (842) in contact with the back surface (852) of the substrate; bonding the first metal layer (841) and the second metal layer (842), A method for manufacturing a terahertz device, wherein the cutting to reduce the thickness of the semiconductor substrate (850) involves cutting the semiconductor substrate (850) to a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • the semiconductor substrate (850) In cutting the semiconductor substrate (850) so as to reduce its thickness, the semiconductor substrate (850) is cut to a thickness of 1/2 or less of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave. Method of manufacturing the device.
  • Appendix B3 Terahertz according to appendix B2, in which the semiconductor substrate (850) is cut to a thickness that is less than 1/4 of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave, in cutting the semiconductor substrate (850) so as to reduce its thickness.
  • a support substrate (900) is provided in contact with the substrate surface (851), The method for manufacturing a terahertz device according to any one of appendices B1 to B3, wherein the support substrate (900) is removed after the first metal layer (841) and the second metal layer (842) are bonded.
  • Appendix B5 The method for manufacturing a terahertz device according to any one of appendices B1 to B4, wherein cutting the semiconductor substrate (850) to reduce its thickness includes mirror polishing the back surface of the substrate (852).
  • a terahertz device (10) that emits or detects electromagnetic waves; a dielectric (110) formed of a dielectric material and surrounding the terahertz device (10); a gas space (140) in which gas exists; It has a portion that faces the terahertz device (10) via the dielectric (110) and the gas space (140), and has a portion that is generated from the terahertz device (10) and is connected to the dielectric (110) and the gas space.
  • the terahertz device (10) includes: a semiconductor substrate (50) having a substrate surface (51) and a substrate back surface (52) opposite to the substrate surface (51); an active element (60) that is provided on the substrate surface (51) and that oscillates or detects the electromagnetic wave; an insulating substrate (30) disposed on the back surface (52) side of the semiconductor substrate (50) and supporting the semiconductor substrate (50); a metal layer (40) disposed between the semiconductor substrate (50) and the insulating substrate (30) and in contact with the substrate back surface (52);
  • the semiconductor substrate (50) has a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Terahertz unit (100) has a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • the terahertz device (10) includes: a semiconductor substrate (50) having a substrate surface (51) and a substrate back surface (52) opposite to the substrate surface (51); an active element (60) that is provided on the substrate surface (51) and that oscillates or detects the electromagnetic wave; an insulating substrate (30) disposed on the back side (52) of the semiconductor substrate (50) and facing the support substrate surface (211); a metal layer (40) disposed between the semiconductor substrate (50) and the insulating substrate (30) and in contact with the substrate back surface (52);
  • the semiconductor substrate (50) has a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Terahertz unit (200) has a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Appendix C3 The terahertz unit according to appendix C1 or C2, wherein the thickness (Ts1) of the semiconductor substrate (50) is 1/2 or less of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Appendix C4 The terahertz unit according to appendix C3, wherein the thickness (Ts1) of the semiconductor substrate (50) is less than 1/4 of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • first substrate side metal layer (40) disposed between the first semiconductor substrate (50A) and the insulating substrate (30) and in contact with the first substrate back surface (52); a second substrate side metal layer (40) disposed between the second semiconductor substrate (50B) and the insulating substrate (30) and in contact with the second substrate back surface (52); Both the first semiconductor substrate (50A) and the second semiconductor substrate (50B) have a thickness less than the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave. Terahertz unit.
  • Appendix C6 The terahertz unit according to appendix C5, wherein the thickness of both the first semiconductor substrate (50A) and the second semiconductor substrate (50B) is 1/2 or less of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • Appendix C7 The terahertz unit according to appendix C6, wherein the thickness of both the first semiconductor substrate (50A) and the second semiconductor substrate (50B) is less than 1/4 of the wavelength ( ⁇ ) of the electromagnetic wave.
  • First electrode plate 74 First electrode pad 80...Second electrode 81...Second conductive part 82...Second wiring part 83...Second electrode plate 83a...Protrusion part 84...Second electrode pad 85...Contact part 90...Antenna structure 91...Capacitor DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Terahertz unit 110... Dielectric material 120... Antenna base 121... Base surface 122... Antenna recessed part 123... Antenna surface 130... Reflection film 140... Gas space 151, 152... External electrode 161, 162... Conductive part 171, 172...
  • Bump 200 ...Terahertz unit 210...Support substrate 211...Substrate surface 212...Board back surface 213...Power supply line 214...External electrode 215...Connection conductor 220...Waveguide 221...Through hole 222...Transmission area 300
  • 310 ...Insulating substrate 830 ...Insulating substrate 831...Surface 840...Metal layer 841...First metal layer 841A...First metal film 841B...Second metal film 842...Second metal layer 842A...Third metal film 842B...Fourth metal film 850...Semiconductor substrate 851...Substrate surface 852...Substrate back surface 900...Support substrate W...Wire RTD...Resonant tunnel diode P1...Oscillation point P2...Radiation point Ts1...Thickness of semiconductor substrate Ts2...Thickness of insulating substrate Tm...Thickness of metal layer L

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Abstract

テラヘルツ装置は、基板表面、および基板表面とは反対側の基板裏面を有する半導体基板と、基板表面上に設けられ、電磁波を発振または検出する能動素子と、半導体基板のうち基板裏面の側に配置され、半導体基板を支持する絶縁基板と、半導体基板と絶縁基板との間に配置され、基板裏面と接する金属層と、を備える。半導体基板は、電磁波の波長未満の厚さを有する。

Description

テラヘルツ装置
　本開示は、テラヘルツ装置に関する。
　近年、トランジスタなどの電子デバイスの微細化が進み、電子デバイス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、周波数が０．１ＴＨｚ～１０ＴＨｚであるテラヘルツ帯と呼ばれる周波数領域の電磁波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、光と電波との両方の特性を兼ね備えており、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、生物などの様々な分野における計測など、多くの用途に利用され得る。
　テラヘルツ帯の周波数の電磁波を発する素子または受信する素子としては、たとえば共鳴トンネルダイオードと微細スロットアンテナを集積する構造のテラヘルツ装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。
特開２０２０－１１５５００号公報
　ところで、電磁波がテラヘルツ装置の共鳴トンネルダイオードの周囲に構成された部品を介して伝播すると、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波が発生するおそれがある。
　本開示の一態様によるテラヘルツ装置は、基板表面、および前記基板表面とは反対側の基板裏面を有する半導体基板と、前記基板表面上に設けられ、電磁波を発振または検出する能動素子と、前記半導体基板のうち前記基板裏面の側に配置され、前記半導体基板を支持する絶縁基板と、前記半導体基板と前記絶縁基板との間に配置され、前記基板裏面と接する金属層と、を備え、前記半導体基板は、前記電磁波の波長未満の厚さを有する。
　本開示のテラヘルツ装置によれば、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波の発生を抑制できる。
図１は、一実施形態のテラヘルツ装置の概略斜視図である。 図２は、図１のテラヘルツ装置の概略側面図である。 図３は、図１のテラヘルツ装置の能動素子およびその周辺の概略平面図である。 図４は、図３のテラヘルツ装置のＦ４－Ｆ４線で切断した概略断面図である。 図５は、図３のテラヘルツ装置のＦ５－Ｆ５線で切断した概略断面図である。 図６は、図５のテラヘルツ装置の能動素子およびその周辺を拡大した概略断面図である。 図７は、図１のテラヘルツ装置の回路構成を示した概略回路図である。 図８は、テラヘルツ装置の製造工程を示す概略断面図である。 図９は、図８に続く製造工程を示す概略断面図である。 図１０は、図９に続く製造工程を示す概略断面図である。 図１１は、図１０に続く製造工程を示す概略断面図である。 図１２は、図１１に続く製造工程を示す概略断面図である。 図１３は、テラヘルツ装置の第１適用例のテラヘルツユニットの概略断面図である。 図１４は、テラヘルツ装置の第２適用例のテラヘルツユニットの概略断面図である。 図１５は、テラヘルツ装置の第３適用例のテラヘルツユニットの概略平面図である。 図１６は、変更例のテラヘルツ装置の概略断面図である。 図１７は、変更例のテラヘルツ装置の概略断面図である。 図１８は、変更例のテラヘルツ装置の概略断面図である。 図１９は、変更例のテラヘルツ装置の概略断面図である。 図２０は、変更例のテラヘルツ装置の概略側面図である。
　以下、添付図面を参照して本開示におけるテラヘルツ装置の実施形態を説明する。なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
　以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図していない。
　（テラヘルツ装置の概略構成）
　図１～図７を参照して、本実施形態のテラヘルツ装置１０の概略構成について説明する。なお、図２に示すテラヘルツ装置１０の側面図は、説明の便宜上、テラヘルツ装置１０の構成を簡略化した図である。このため、図２に示すテラヘルツ装置１０の側面図は、図１に示すテラヘルツ装置１０の斜視図の各構成要素の厚さ関係が異なる。図３は、テラヘルツ装置１０における後述する半導体素子２０およびその周辺を拡大した平面図である。図４は、半導体素子２０のうち後述するキャパシタ９１の断面構造を示している。図５は、半導体素子２０のうち後述する半導体基板５０およびその周辺の断面構造を示している。図６は、図５のうち後述する能動素子６０およびその周辺を拡大した断面構造を示している。図６では、便宜上、後述する絶縁層５３を省略している。
　図１に示すように、テラヘルツ装置１０は、直方体状に形成されている。テラヘルツ装置１０は、装置表面１１と、装置表面１１とは反対側の装置裏面１２と、装置表面１１と装置裏面１２との間に延設された装置側面１３～１６と、を含む。ここで、本実施形態では、装置表面１１と直交する方向を「ｚ方向」とする。ｚ方向と直交する方向のうち互いに直交する２方向をそれぞれ「ｘ方向」および「ｙ方向」とする。
　装置側面１３と装置側面１４とは、ｘ方向において互いに離隔して配置されている。装置側面１３および装置側面１４の双方は、ｙｚ平面に沿って延びている。装置側面１５と装置側面１６とは、ｙ方向において互いに離隔して配置されている。装置側面１５および装置側面１６の双方は、ｘｚ平面に沿って延びている。
　図２に示すように、テラヘルツ装置１０は、半導体素子２０と、半導体素子２０を支持する支持基板としての絶縁基板３０と、半導体素子２０と絶縁基板３０との間に配置された金属層４０と、を備える。
　半導体素子２０は、電磁波と電気エネルギーとの変換を行う素子である。なお、電磁波とは、光および電波のいずれか一方あるいは両方の概念を含むものである。半導体素子２０は、所定の周波数帯、たとえばテラヘルツ帯の電磁波（テラヘルツ波）を発振および放射する機能デバイスである。たとえば、半導体素子２０は、テラヘルツ波を発振および放射するテラヘルツ素子であるといえる。またたとえば、半導体素子２０は、所定の周波数帯、たとえばテラヘルツ帯の電磁波（テラヘルツ波）を受信および検出する機能デバイスである。たとえば、半導体素子２０は、テラヘルツ波を受信および検出するテラヘルツ素子であるといえる。ここで、テラヘルツ波の周波数帯は、たとえば０．１ＴＨｚ以上１０ＴＨｚ以下である。
　半導体素子２０は、供給される電気エネルギーによる発振によって、供給される電気エネルギーを電磁波に変換する。これにより、半導体素子２０は、所望の周波数帯の電磁波を放射する。また、半導体素子２０は、電磁波を受信し、その電磁波を電気エネルギーに変換する。これにより、半導体素子２０は、所望の周波数帯の電磁波を検出する。
　半導体素子２０は、平板状に形成されている。ｚ方向から視た半導体素子２０の形状は、矩形状である。なお、ｚ方向から視た半導体素子２０の形状は、矩形状に限定されず、円形状、楕円形状、多角形状であってもよい。
　半導体素子２０は、半導体基板５０を含む。半導体基板５０は、平板状に形成されている。半導体基板５０は、絶縁基板３０によって支持されている。ｚ方向から視た半導体基板５０の形状は、矩形状である。なお、ｚ方向から視た半導体基板５０の形状は、矩形状に限定されず、円形状、楕円形状、多角形状であってもよい。半導体基板５０は、ＩｎＰ（インジウムリン）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＮ２、および単結晶ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の群から選択される少なくとも一種の半導体材料によって形成されている。本実施形態では、半導体基板５０は、ＩｎＰを含む材料によって形成されている。
　半導体基板５０は、基板表面５１、および基板表面５１とは反対側の基板裏面５２を含む。基板表面５１は装置表面１１と同じ側を向き、基板裏面５２は装置裏面１２と同じ側を向いている。なお、半導体素子２０の詳細な構成については後述する。基板表面５１は、テラヘルツ装置１０の装置表面１１を構成している。
　図２に示すように、絶縁基板３０は、半導体基板５０の基板裏面５２の側に配置されている。絶縁基板３０は、表面３１、および表面３１とは反対側の裏面３２を有する。表面３１は装置表面１１と同じ側を向き、裏面３２は装置裏面１２と同じ側を向いている。裏面３２は、テラヘルツ装置１０の装置裏面１２を構成している。
　ｚ方向から視た絶縁基板３０の形状は矩形状である。本実施形態では、絶縁基板３０の表面３１のｘ方向の寸法およびｙ方向の寸法は、半導体基板５０のｘ方向の寸法とｙ方向の寸法と等しい。つまり、絶縁基板３０の側面と半導体基板５０の側面とは面一となっている。
　金属層４０は、半導体基板５０の基板裏面５２に接している。金属層４０は、絶縁基板３０の表面３１に接している。本実施形態では、金属層４０は、半導体基板５０の基板裏面５２の全体にわたり形成されている。金属層４０は、絶縁基板３０の表面３１の全体にわたり形成されている。金属層４０は、半導体基板５０と絶縁基板３０とを接合する接合層である。つまり、半導体基板５０と絶縁基板３０とは、金属層４０によって接合されているともいえる。本実施形態では、金属層４０は、半導体素子２０と電気的に絶縁されている。金属層４０は、電気的にフローティング状態である。
　金属層４０は、複数の金属層の積層構造によって構成されている。本実施形態では、金属層４０は、第１金属層４１および第２金属層４２を含む。第１金属層４１は、絶縁基板３０上に設けられている。第２金属層４２は、半導体基板５０の基板裏面５２に設けられている。このため、第２金属層４２は、第１金属層４１上に設けられている。第１金属層４１および第２金属層４２は、たとえばスパッタリングによって形成されている。
　第１金属層４１は、絶縁基板３０の表面３１に設けられた第１金属膜４１Ａと、第１金属膜４１Ａ上に設けられた第２金属膜４１Ｂと、を含む。
　第２金属層４２は、半導体基板５０の基板裏面５２に設けられた第３金属膜４２Ａと、第３金属膜４２Ａに設けられた第４金属膜４２Ｂと、を含む。第４金属膜４２Ｂは、第２金属膜４１Ｂと接している。
　第１金属膜４１Ａ、第２金属膜４１Ｂ、第３金属膜４２Ａ、および第４金属膜４２Ｂの各々は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、プラチナ（Ｐｔ）の群から選択される少なくとも一種を含む材料によって形成されている。本実施形態では、第１金属膜４１Ａおよび第３金属膜４２Ａの双方は、Ｔｉを含む材料によって形成されている。第２金属膜４１Ｂおよび第４金属膜４２Ｂの双方は、Ａｕを含む材料によって形成されている。
　（半導体素子の詳細な構成）
　半導体素子２０の詳細な構成について説明する。
　図１に示すように、半導体素子２０は、半導体基板５０の基板表面５１上に設けられた絶縁層５３を含む。絶縁層５３は、基板表面５１のｘ方向およびｙ方向の中央部に配置されている。ｚ方向から視た絶縁層５３の形状は、矩形状である。絶縁層５３は、たとえばＳｉＯ２を含む材料によって形成されている。
　図１および図３に示すように、半導体素子２０は、基板表面５１に設けられた能動素子６０、第１電極７０、および第２電極８０を含む。第１電極７０および第２電極８０は、アンテナ構造９０を含む。
　能動素子６０は、所定の周波数帯の電磁波と電気エネルギーとの交換を行う。能動素子６０は、たとえば基板表面５１のｘ方向およびｙ方向の中心に設けられている。能動素子６０は、アンテナ構造９０と接続されることによって、供給される電気エネルギーを電磁波に変換する。これにより、半導体素子２０は、所定の周波数帯の電磁波を放射する。したがって、図３に示すように、能動素子６０は、電磁波を発振する発振点Ｐ１ということができ、アンテナ構造９０は、電磁波を放射する放射点Ｐ２ということができる。本実施形態では、半導体素子２０は、放射点Ｐ２と発振点Ｐ１とを同一位置に有する。なお、発振点Ｐ１の位置は、放射点Ｐ２の位置と同一に限られず任意に変更可能である。また、発振点Ｐ１の位置は、基板表面５１において任意の位置とすることができる。
　能動素子６０は、たとえば共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）である。能動素子６０としては、たとえば、タンネット（ＴＵＮＮＥＴＴ：Tunnel injection 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：Hetero junction Bipolar Transistor）であってもよい。
　能動素子６０を実現するための構成の一例を説明する。
　図５に示すように、能動素子６０は、第１電極７０の第１導電部７１と半導体基板５０とのｚ方向の間に設けられている。能動素子６０は、第１導電部７１と半導体基板５０の基板表面５１との双方に接している。第１導電部７１は、ｚ方向から視て能動素子６０と重なる接続部７１ａを含む。また、能動素子６０は、絶縁層５３内に設けられている。
　図５および図６に示すように、半導体基板５０の基板表面５１上には、半導体層６１ａが設けられている。図３に示すように、ｚ方向から視た半導体層６１ａは矩形状である。半導体層６１ａは、たとえばＧａＩｎＡｓによって形成されている。半導体層６１ａには、ｎ型不純物が高濃度にドープされている。
　図６に示すように、半導体層６１ａ上には、ＧａＩｎＡｓ層６２ａが積層されている。ＧａＩｎＡｓ層６２ａには、ｎ型不純物がドープされている。ＧａＩｎＡｓ層６２ａのｎ型不純物濃度は、半導体層６１ａのｎ型不純物濃度よりも低い。
　ＧａＩｎＡｓ層６２ａ上には、ＧａＩｎＡｓ層６３ａが積層されている。ＧａＩｎＡｓ層６３ａには、不純物がドープされていない。
　ＧａＩｎＡｓ層６３ａ上には、ＡｌＡｓ層６４ａが積層されている。ＡｌＡｓ層６４ａ上には、ＩｎＧａＡｓ層６５が積層されている。ＩｎＧａＡｓ層６５には、不純物がドープされていない。ＩｎＧａＡｓ層６５上にはＡｌＡｓ層６４ｂが積層されている。これらＡｌＡｓ層６４ａとＩｎＧａＡｓ層６５とＡｌＡｓ層６４ｂとによって共鳴トンネル部が構成されている。
　ＡｌＡｓ層６４ｂ上には、不純物がドープされていないＧａＩｎＡｓ層６３ｂが積層されている。ＧａＩｎＡｓ層６３ｂ上には、ｎ型不純物がドープされているＧａＩｎＡｓ層６２ｂが積層されている。ＧａＩｎＡｓ層６２ｂ上には、ｎ型不純物が高濃度にドープされているＧａＩｎＡｓ層６１ｂが積層されている。このため、ＧａＩｎＡｓ層６１ｂのｎ型不純物濃度は、ＧａＩｎＡｓ層６２ｂのｎ型不純物濃度よりも高い。第１導電部７１の接続部７１ａは、ＧａＩｎＡｓ層６１ｂ上に位置した状態でＧａＩｎＡｓ層６１ｂと接している。
　なお、能動素子６０の具体的な構成は、電磁波を発生（あるいは検出およびその両方）可能なものであれば任意に変更可能である。換言すれば、能動素子６０は、テラヘルツ帯の電磁波に対して発振および検出の少なくとも一方を行うものであればよいともいえる。
　図３に示すように、半導体素子２０は、アンテナ構造９０として機能する第１導電部７１および第２導電部８１を含む。第１導電部７１は第１電極７０と一体に形成され、第２導電部８１は第２電極８０と一体に形成されている。つまり、第１導電部７１は第１電極７０の一部であり、第２導電部８１は第２電極８０の一部である。
　能動素子６０は、第１導電部７１と第２導電部８１との間に設けられている。本実施形態のアンテナ構造９０は、ダイポールアンテナである。第１導電部７１および第２導電部８１は、能動素子６０から互いに反対方向に延びている。アンテナ構造９０の長さ、つまり第１導電部７１の先端から第２導電部８１の先端までの長さは、たとえば半導体素子２０が放射する電磁波の波長λに対して１／２波長（λ／２）に設定されている。なお、アンテナ構造９０は、ダイポールアンテナに限定されず、ボータイアンテナ、スロットアンテナ、パッチアンテナ、リングアンテナ等の他のアンテナ構造であってもよい。アンテナ構造９０の長さは、アンテナ構造９０の構成によって変更されてもよい。
　第１導電部７１および第２導電部８１は、能動素子６０に対してｘ方向の両側に配置されている。第１導電部７１および第２導電部８１の各々は、ｘ方向に延びている。図５に示すように、第１導電部７１の接続部７１ａは、絶縁層５３上に設けられている。第２導電部８１は、絶縁層５３の開口部５３Ａに設けられている。第２導電部８１は、半導体基板５０の基板表面５１に設けられている。
　図３に示すように、第１電極７０は、第１導電部７１に接続された第１配線部７２と、第１配線部７２に接続された第１電極板７３と、第１電極板７３に接続された第１電極パッド７４と、を含む。第１導電部７１、第１配線部７２、および第１電極板７３は、ｚ方向から視て、絶縁層５３と重なる位置に設けられている。第１電極パッド７４は、絶縁層５３よりも装置側面１６寄りに配置されている。
　第１配線部７２は、ｙ方向に沿って延びる帯状に形成されている。ｚ方向から視た第１電極板７３の形状は、矩形状である。第１電極板７３は、ｙ方向から視て、第２電極８０の一部と重なる位置に配置されている。第１電極パッド７４は、第２電極８０よりも装置側面１４（図１参照）寄りに配置されている。ｚ方向から視た第１電極パッド７４の形状は、矩形状である。第１電極パッド７４は、半導体基板５０の基板表面５１に形成されている。
　第２電極８０は、第２導電部８１に接続された第２配線部８２と、第２配線部８２に接続された第２電極板８３と、第２電極板８３に接続された第２電極パッド８４と、を含む。第２導電部８１、第２配線部８２、および第２電極板８３は、ｚ方向から視て、絶縁層５３と重なる位置に設けられている。第２電極パッド８４は、絶縁層５３よりも装置側面１６寄りに配置されている。
　第２配線部８２は、ｙ方向に沿って延びる帯状に形成されている。ｚ方向から視た第２電極板８３の形状は、矩形状である。第２電極板８３は、ｙ方向から視て、第１電極７０の一部と重なる位置に配置されている。第２電極パッド８４は、第１電極７０よりも装置側面１３（図１参照）寄りに配置されている。ｚ方向から視た第２電極パッド８４の形状は、矩形状である。第２電極パッド８４は、半導体基板５０の基板表面５１に形成されている。本実施形態では、第１電極パッド７４が主電極を構成し、第２電極パッド８４が接地電極を構成している。
　図４に示すように、第２電極板８３は、半導体基板５０の基板表面５１に設けられている。第２電極板８３は、絶縁層５３によって覆われている。第１電極板７３は、絶縁層５３上に設けられている。このように、第１電極板７３と第２電極板８３とは、ｚ方向において絶縁層５３を挟んで対向配置されている。これにより、半導体素子２０は、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）キャパシタ（以下、「キャパシタ９１」）を含むといえる。キャパシタ９１は、第１電極７０と第２電極８０とを高周波的に短絡させるものである。キャパシタ９１は、高周波の電磁波を反射させることができるため、低域通過フィルタとして機能する。なお、キャパシタ９１は省略してもよい。つまり、第１電極７０から第１電極板７３を省略し、第２電極８０から第２電極板８３を省略してもよい。
　図３に示すように、第２電極板８３は、ｙ方向において第１電極板７３よりもアンテナ構造９０寄りにはみ出す突出部８３ａを含む。突出部８３ａと第２配線部８２との間には、突出部８３ａと第２配線部８２とを接続するコンタクト部８５が設けられている。これにより、第２電極板８３と第２配線部８２とが電気的に接続されている。
　（テラヘルツ装置の寸法関係）
　図２を参照して、テラヘルツ装置１０の寸法関係について説明する。
　半導体基板５０は、半導体素子２０が発振する電磁波の波長λ未満の厚さを有する。ここで、波長λは、半導体基板５０中の実効波長であり、λ＝λ_０×（１／√ε_ｒ）によって定義できる。λ_０は、自由空間での波長であり、ε_ｒは、半導体基板５０の比誘電率である。ここで、自由空間は、誘電体が存在しない空間であり、たとえば真空である。本実施形態では、半導体基板５０はＩｎＰによって構成されている。このため、半導体基板５０の比誘電率ε_ｒは、１２．４７である。また、半導体基板５０の厚さを「厚さＴｓ１」とする。半導体基板５０の厚さＴｓ１は、基板表面５１と基板裏面５２とのｚ方向の間の距離によって定義できる。
　一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、半導体素子２０が発振する電磁波の波長λの１／２以下である。一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、半導体素子２０が発振する電磁波の波長λの１／３以下である。本実施形態では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、半導体素子２０が発振する電磁波の波長λの１／４未満である。また一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、半導体素子２０が発振する電磁波の波長λの１／５以上である。
　このように、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、半導体素子２０が発振する電磁波の波長λに応じて設定される。つまり、半導体素子２０の設定された電磁波の周波数に応じて、半導体基板５０の厚さＴｓ１は設定される。半導体素子２０の電磁波の周波数が高くなるにつれて半導体基板５０の厚さＴｓ１は薄くなるように設定される。以下では、電磁波の周波数帯がテラヘルツ波の周波数帯である０．１ＴＨｚ（１００ＧＨｚ）以上１０ＴＨｚ以下の場合における半導体基板５０の厚さＴｓ１について説明する。
　半導体基板５０の厚さＴｓ１は、少なくとも電磁波の周波数が１００ＧＨｚにおける厚さ未満となるように設定される。たとえば、半導体素子２０の電磁波の周波数が１００ＧＨｚ帯（１００ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ未満）の場合、電磁波の波長λ_０は、１５００μｍ以上３０００μｍ未満である。これにより、電磁波の波長λは、４２５μｍ以上８５０μｍ未満である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λに相当する４２５μｍ以上８５０μｍ未満である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／２に相当する２１２．５μｍ以上４２５μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／３に相当する１４１．７μｍ以上２８３．３μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／４に相当する１０６．３μｍ以上２１２．５μｍ未満である。なお、半導体素子２０の電磁波の周波数が１００ＧＨｚ帯（１００ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ未満）の場合、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、１０６．３μｍ未満であってもよい。
　たとえば、半導体素子２０の電磁波の周波数が３００ＧＨｚ帯（３００ＧＨｚ以上４００ＧＨｚ未満）の場合、電磁波の波長λ_０は、７５０μｍ以上１０００μｍ未満である。これにより、電磁波の波長λは、２１２．４μｍ以上２８３．２μｍ未満である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λに相当する２１２．４μｍ以上２８３．２μｍ未満である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／２に相当する１０６．２μｍ以上１４１．６μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／３に相当する７０．８μｍ以上９４．４μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／４に相当する５３．１μｍ以上７０．８μｍ以下である。なお、半導体素子２０の電磁波の周波数が３００ＧＨｚ帯（３００ＧＨｚ以上４００ＧＨｚ未満）の場合、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、５３．１μｍ未満であってもよい。
　たとえば、半導体素子２０の電磁波の周波数が５００ＧＨｚ帯（５００ＧＨｚ以上６００ＧＨｚ未満）の場合、電磁波の波長λ_０は、５００μｍ以上６００μｍ未満である。これにより、電磁波の波長λは、１４１．６μｍ以上１６９．９未満である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λに相当する１４１．６μｍ以上１６９．９μｍ未満である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／２に相当する７０．８μｍ以上８５μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／３に相当する４７．２μｍ以上５６．６μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／４に相当する３５．４μｍ以上４２．５μｍ以下である。なお、半導体素子２０の電磁波の周波数が５００ＧＨｚ帯（５００ＧＨｚ以上６００ＧＨｚ未満）の場合、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、３５．４μｍ未満であってもよい。
　たとえば、半導体素子２０の電磁波の周波数が１ＴＨｚ以上２ＴＨｚ以下の場合、電磁波の波長λ_０は、１５０μｍ以上３００μｍ以下である。これにより、電磁波の波長λは、４２．５μｍ以上８５μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λに相当する４２．５μｍ以上８５μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／２に相当する２１．３μｍ以上４２．５μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／３に相当する１４．２μｍ以上２８．３μｍ以下である。一例では、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／４に相当する１０．６μｍ以上２１．３μｍ未満である。なお、半導体素子２０の電磁波の周波数が１ＴＨｚ以上２ＴＨｚ以下の場合、半導体素子２０の厚さＴｓ１は、１０．６μｍ未満であってもよい。
　たとえば、半導体素子２０の電磁波の周波数が１０ＴＨｚの場合、電磁波の波長λ_０は、３０μｍである。これにより、電磁波の波長λは、８．５μｍである。一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λに相当する８．５μｍ未満である。一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／２に相当する４．３μｍ以下である。一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／３に相当する２．８μｍ以下である。一例では、半導体基板５０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／４に相当する２．１μｍ以下である。
　半導体基板５０の厚さＴｓ１は使用する半導体素子２０の電磁波の周波数に応じて設定されるが、たとえば半導体基板５０の厚さＴｓ１を２０μｍ以上３００μｍ以下とすることによって、半導体素子２０の電磁波の使用される周波数に対して概ね適用できる。つまり、半導体素子２０の電磁波の周波数が１００ＧＨｚ以上１ＴＨｚ以下の場合、半導体基板５０の厚さＴｓ１を２０μｍ以上３００μｍ以下とすればよい。そして、半導体素子２０の電磁波の周波数が１ＴＨｚよりも高い場合、その周波数に応じて半導体基板５０の厚さＴｓ１を設定すればよい。
　絶縁基板３０は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ、および酸化シリコン（ＳｉＯ２）の群から選択される少なくとも一種の材料によって形成されている。絶縁基板３０は、半導体基板５０よりも高い剛性を有する。たとえば、絶縁基板３０の厚さＴｓ２は、半導体基板５０の厚さＴｓ１よりも厚い。ここで、絶縁基板３０の厚さＴｓ２は、絶縁基板３０の表面３１と裏面３２とのｚ方向の間の距離によって定義できる。
　絶縁基板３０がＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等の半導体基板５０のヤング率よりも高いヤング率を有する材料によって形成される場合、絶縁基板３０が半導体基板５０よりも高い剛性を有する範囲において、絶縁基板３０の厚さＴｓ２は半導体基板５０の厚さＴｓ１以下であってもよい。
　絶縁基板３０がＳｉ、ＳｉＯ２等の半導体基板５０のヤング率と概ね同等のヤング率を有する材料によって形成される場合、絶縁基板３０が半導体基板５０よりも高い剛性を有するように、絶縁基板３０の厚さＴｓ２は半導体基板５０の厚さＴｓ１よりも厚くする。
　半導体基板５０の厚さＴｓ１は、金属層４０の厚さＴｍよりも厚い。金属層４０の厚さＴｍは、たとえば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。金属層４０の厚さＴｍは、たとえば半導体基板５０の基板裏面５２と絶縁基板３０の表面３１とのｚ方向の間の距離によって定義できる。
　本実施形態では、絶縁基板３０の厚さＴｓ２は５２０μｍ程度である。このため、本実施形態では、絶縁基板３０の厚さＴｓ２は半導体基板５０の厚さＴｓ１（２０μｍ以上３００μｍ以下）よりも厚い。
　（テラヘルツ装置の回路構成）
　図７を参照して、テラヘルツ装置１０の回路構成について説明する。
　テラヘルツ装置１０においては、能動素子６０としての共鳴トンネルダイオードＲＴＤが第１電極７０および第２電極８０によって電気的に接続されている。より詳細には、共鳴トンネルダイオードＲＴＤは、第１電極７０の第１配線部７２および第２電極８０の第２配線部８２を介して電気的に接続されている。第１電極７０の第１導電部７１および第２電極８０の第２導電部８１によって構成されたアンテナ構造９０は、共鳴トンネルダイオードＲＴＤと電気的に並列接続されている。第１電極７０の第１電極板７３および第２電極８０の第２電極板８３によって構成されたキャパシタ９１は、共鳴トンネルダイオードＲＴＤと電気的に並列接続されている。
　第１配線部７２はインダクタＬ１および配線抵抗Ｒ１を含む。第２配線部８２はインダクタＬ２および配線抵抗Ｒ２を含む。第１配線部７２、第２配線部８２、およびキャパシタ９１によってＬＣ共振回路が形成されている。半導体素子２０は、ＬＣ共振によって電磁波を発振する。
　（テラヘルツ装置の製造方法）
　図８～図１２を参照して、テラヘルツ装置１０の製造方法の一例について説明する。図８～図１２の各々は、テラヘルツ装置１０の製造工程の一例を示す概略断面図である。なお、図８～図１２では、便宜上、ハッチング線を省略している。
　図８に示すように、テラヘルツ装置１０の製造方法は、半導体基板８５０を用意することを含む。半導体基板８５０は、サポート基板９００によって支持されている。サポート基板９００は、たとえばサファイアによって形成されている。半導体基板８５０は、複数の半導体基板５０（図２参照）を製造可能とした半導体ウエハであり、半導体基板５０の厚さＴｓ１（図２参照）よりも厚い。半導体基板８５０は、たとえばＩｎＰを含む材料によって形成されている。
　半導体基板８５０は、基板表面８５１と、基板表面８５１とは反対側の基板裏面８５２と、を有する。サポート基板９００は、基板表面８５１に接合されている。基板裏面８５２は、露出している。
　図９に示すように、テラヘルツ装置１０の製造方法は、半導体基板８５０の厚さを薄くするように研削することを含む。半導体基板８５０を研削することによって、半導体基板８５０の厚さを半導体基板５０の厚さＴｓ１と等しくする。つまり、半導体基板８５０の研削量は、半導体素子２０の電磁波の周波数に応じて設定される。半導体基板８５０の研削量は、半導体素子２０の電磁波の周波数が高くなるにつれて多くなる。
　半導体基板８５０の厚さを薄くするように研削することは、基板裏面５２を鏡面研磨することを含む。鏡面研磨は、たとえば化学的機械的研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）などの既知の方法によって行われる。鏡面研磨後の基板裏面５２の算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下になるように、基板裏面５２が鏡面研磨される。なお、基板裏面５２の算術平均粗さＲａは５ｎｍ以下であってもよい。
　図１０に示すように、テラヘルツ装置１０の製造方法は、半導体基板８５０の基板裏面８５２に第２金属層８４２を形成することを含む。より詳細には、まず半導体基板８５０の基板裏面８５２に第３金属膜８４２Ａが形成される。続いて、第３金属膜８４２Ａ上に第４金属膜８４２Ｂが形成される。第３金属膜８４２Ａおよび第４金属膜８４２Ｂは、たとえばスパッタリングによって形成される。第３金属膜８４２ＡはたとえばＴｉを含む材料によって形成される。第４金属膜８４２ＢはたとえばＡｕを含む材料によって形成される。第３金属膜８４２Ａおよび第４金属膜８４２Ｂによって第２金属層８４２が構成されている。なお、図１０では、第２金属層８４２の積層構造を明示するため、第２金属層８４２の厚さが半導体基板８５０の厚さよりも厚くなっているが、実際は、第２金属層８４２の厚さは、半導体基板８５０の厚さよりも薄い。
　図１１に示すように、テラヘルツ装置１０の製造方法は、絶縁基板８３０を用意することを含む。絶縁基板８３０は、複数の絶縁基板３０を製造可能とした基板であり、絶縁基板３０の厚さＴｓ２と同じ厚さを有する。絶縁基板８３０は、たとえばＡｌＮを含む材料によって形成されている。
　テラヘルツ装置１０の製造方法は、絶縁基板８３０の表面８３１に第１金属層８４１を形成することを含む。より詳細には、まず絶縁基板８３０の表面８３１に第１金属膜８４１Ａが形成される。続いて、第１金属膜８４１Ａ上に第２金属膜８４１Ｂが形成される。第１金属膜８４１Ａおよび第２金属膜８４１Ｂは、たとえばスパッタリングによって形成される。第１金属膜８４１ＡはたとえばＴｉを含む材料によって形成される。第２金属膜８４１ＢはたとえばＡｕを含む材料によって形成される。第１金属膜８４１Ａおよび第２金属膜８４１Ｂによって第１金属層８４１が構成されている。
　図１２に示すように、テラヘルツ装置１０の製造方法は、第１金属層８４１と第２金属層８４２とを接合することを含む。一例では、第１金属層８４１と第２金属層８４２とは拡散接合される。これにより、金属層８４０が形成される。金属層８４０は、半導体基板８５０と絶縁基板８３０とを接合する接合層となる。
　テラヘルツ装置１０の製造方法は、サポート基板９００を削除することを含む。たとえばサポート基板９００を研削することによって半導体基板８５０からサポート基板９００が削除される。
　図示していないが、テラヘルツ装置１０の製造方法は、半導体基板８５０の基板表面８５１に、絶縁層５３、能動素子６０、第１電極７０、および第２電極８０（ともに図３参照）を形成することを含む。
　図示していないが、テラヘルツ装置１０の製造方法は、個片化することを含む。より詳細には、ダイシングブレードによって、半導体基板８５０、金属層８４０、絶縁基板８３０を切断する。以上の工程を経て、テラヘルツ装置１０が製造される。
　（作用）
　本実施形態のテラヘルツ装置１０の作用について説明する。
　能動素子６０が発振または検出する電磁波（テラヘルツ波）は、能動素子６０の周囲、たとえば第１電極７０と第２電極８０との間の複数の経路を介して伝搬する。
　電磁波の伝搬経路の１つとして、半導体基板５０内を伝播する経路が挙げられる。電磁波は、たとえば半導体基板５０の厚さ方向に伝播する。ここで、たとえば半導体基板５０の厚さＴｓ１が電磁波の波長λ以上の場合、半導体基板５０内において定在波が発生する。この定在波が半導体基板５０の基板モードの原因となる。そして、半導体基板５０の基板モードに起因して、テラヘルツ装置１０に、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波が発生してしまう。
　この点、本実施形態のテラヘルツ装置１０では、半導体基板５０の厚さＴｓ１が電磁波の波長λ未満であるため、半導体基板５０の厚さ方向に伝播する電磁波は、その波長λに達する前に金属層４０によって遮られる。これにより、半導体基板５０内における定在波の発生を抑制できる。このため、半導体基板５０の基板モードの発生を抑制できる。したがって、テラヘルツ装置１０に、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波が発生することを抑制できる。
　絶縁基板３０を備えていないと仮定したテラヘルツ装置においては、そのテラヘルツ装置の製造時において、半導体基板５０を構成する半導体ウエハである半導体基板８５０を半導体基板５０の厚さＴｓ１にまで研削した後、第１電極７０等を形成するためにサポート基板９００が除去される。ここで、半導体基板８５０の厚さＴｓ１を薄くすると、半導体基板８５０の剛性が低くなる。したがって、サポート基板９００を除去した後、半導体基板８５０を単独で搬送する場合、半導体基板８５０の剛性が低いため、半導体基板８５０が変形してしまう。これにより、半導体基板８５０が破損するおそれがある。したがって、半導体基板８５０を単独で搬送することは困難である。
　そこで、本実施形態では、金属層８４０を介して絶縁基板８３０を半導体基板８５０に接合する。絶縁基板８３０によって半導体基板８５０が補強されるため、半導体基板８５０を搬送する際に半導体基板８５０が変形することを抑制できる。したがって、半導体基板８５０を搬送できる。
　（効果）
　本実施形態のテラヘルツ装置１０によれば、以下の効果が得られる。
　（１）テラヘルツ装置１０は、基板表面５１、および基板表面５１とは反対側の基板裏面５２を有する半導体基板５０と、基板表面５１上に設けられ、電磁波を発振または検出する能動素子６０と、半導体基板５０のうち基板裏面５２の側に配置され、前記半導体基板を支持する絶縁基板３０と、半導体基板５０と絶縁基板３０との間に配置され、基板裏面５２と接する金属層４０と、を備える。半導体基板５０は、能動素子６０の電磁波の波長λ未満の厚さを有する。
　この構成によれば、半導体基板５０内を伝播する電磁波に起因する基板モードの発生を抑制できるため、テラヘルツ装置１０に、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波が発生することを抑制できる。
　加えて、半導体基板５０が絶縁基板３０によって支持されることによって、半導体基板５０の変形を抑制できる。したがって、テラヘルツ装置１０の製造時において、半導体基板５０を構成する半導体基板８５０の破損の発生を抑制でき、半導体基板８５０を好適に搬送できる。
　（２）半導体基板５０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／２以下である。
　この構成によれば、半導体基板５０内を伝播する電磁波に起因する基板モードの発生をさらに抑制できるため、テラヘルツ装置１０に、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波が発生することをさらに抑制できる。
　（３）半導体基板５０の厚さＴｓ１は、電磁波の波長λの１／４未満である。
　この構成によれば、半導体基板５０内を伝播する電磁波に起因する基板モードの発生をさらに抑制できるため、テラヘルツ装置１０に、所望の周波数の電磁波とは異なる周波数の電磁波が発生することをさらに抑制できる。
　（４）半導体基板５０の厚さＴｓ１は、金属層４０の厚さＴｍよりも厚い。
　この構成によれば、半導体基板５０の厚さＴｓ１が過度に薄くならないため、半導体基板５０を容易に製造できる。
　（５）絶縁基板３０は、半導体基板５０よりも高い剛性を有する。
　この構成によれば、絶縁基板３０は、半導体基板５０よりも変形しにくい。したがって、絶縁基板３０によって半導体基板５０の変形を抑制できる。
　（６）絶縁基板３０の厚さＴｓ２は、半導体基板５０の厚さＴｓ１よりも厚い。
　この構成によれば、たとえば半導体基板５０を構成する材料と同じ材料を用いたとしても絶縁基板３０は半導体基板５０よりも高い剛性を有する。このため、絶縁基板３０によって半導体基板５０の変形を抑制できる。したがって、絶縁基板３０を構成する材料の選択肢を広げることができる。
　（テラヘルツ装置の適用例）
　図１３～図１５を参照して、テラヘルツ装置１０の適用例について説明する。図１３は、テラヘルツ装置１０の第１適用例であるテラヘルツユニット１００の概略断面構造を示している。図１４は、テラヘルツ装置１０の第２適用例であるテラヘルツユニット２００の概略断面構造を示している。図１５は、テラヘルツ装置１０の第３適用例であるテラヘルツユニット３００の概略断面構造を示している。なお、図１３および図１４に示すテラヘルツ装置１０は、図面の理解のしやすさの観点から実際の厚さよりも厚くなるように示している。
　＜第１適用例＞
　図１３に示すように、テラヘルツユニット１００は、テラヘルツ装置１０と、誘電体１１０と、アンテナベース１２０と、反射部としての反射膜１３０と、気体空間１４０と、を備える。気体空間１４０の気体は、たとえば空気である。
　誘電体１１０は、テラヘルツ装置１０の半導体素子２０から発生する電磁波が透過する材料である誘電体材料によって構成されている。第１適用例においては、誘電体１１０は、樹脂材料によって構成されている。樹脂材料の一例は、エポキシ樹脂（たとえばガラスエポキシ樹脂）が用いられている。誘電体１１０は、絶縁性を有する。誘電体１１０の屈折率（絶対屈折率）である誘電屈折率ｎ２は、半導体素子２０の屈折率である素子屈折率ｎ１よりも低い。素子屈折率ｎ１は、気体空間１４０の気体の屈折率である気体屈折率ｎ３よりも高い。誘電屈折率ｎ２は、気体屈折率ｎ３よりも高い。たとえば、誘電屈折率ｎ２は１．５５であり、素子屈折率ｎ１は３．４である。素子屈折率ｎ１は、半導体基板５０の屈折率である。第１適用例においては、半導体基板５０は、ＩｎＰを含む材料によって形成されている。
　誘電体１１０は、テラヘルツ装置１０を囲っている。第１適用例においては、誘電体１１０は、テラヘルツ装置１０の全体を囲っている。誘電体１１０は、テラヘルツ装置１０を封止しているともいえる。誘電体１１０は、たとえば矩形板状に形成されている。
　アンテナベース１２０は、全体として直方体形状である。アンテナベース１２０はたとえば絶縁材料によって形成されている。一例では、アンテナベース１２０は、誘電体で構成されており、たとえばエポキシ樹脂などの合成樹脂によって形成されている。なお、アンテナベース１２０を構成する材料は任意であり、たとえばＳｉ、ガラスであってもよい。
　アンテナベース１２０のベース表面１２１には、誘電体１１０が積層されている。誘電体１１０は、ｚ方向から視て、アンテナベース１２０からはみ出すように形成されている。アンテナベース１２０は、ベース表面１２１から凹んだアンテナ凹部１２２が形成されている。アンテナ凹部１２２は、ベース表面１２１から誘電体１１０から離れる方向に凹んでいる。第１適用例においては、アンテナ凹部１２２は、全体として半球状に形成されている。アンテナ凹部１２２は、誘電体１１０に向けて開口している。アンテナ凹部１２２の開口部は、ｚ方向から視て円形である。
　アンテナ凹部１２２は、誘電体１１０および気体空間１４０を介してテラヘルツ装置１０と対向するアンテナ面１２３を有する。アンテナ面１２３は、アンテナ凹部１２２の内面である。アンテナ面１２３は、アンテナ形状に対応させて形成されている。一例では、アンテナ面１２３は、テラヘルツ装置１０から離れる方向に凹むように湾曲している。アンテナ面１２３は、たとえばすり鉢状に湾曲している。一例では、アンテナ面１２３は、パラボラアンテナ形状となるように湾曲している。
　反射膜１３０は、半導体素子２０から放射される電磁波を一方向に向けて反射させるものである。反射膜１３０は、アンテナ面１２３上に形成されている。このため、反射膜１３０は、アンテナ形状となっている。第１適用例においては、反射膜１３０は、回転放物面鏡になっている。反射膜１３０は、半導体素子２０から放射される電磁波を反射する材料によって形成されており、たとえばＣｕなどの金属または合金によって形成されている。反射膜１３０は、１層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。半導体素子２０から放射される電磁波は、反射膜１３０によって上方に向けて反射する。このため、テラヘルツユニット１００は、電磁波を上方に放射するように構成されている。
　テラヘルツユニット１００は、外部との電気的接続に用いられる外部電極１５１，１５２と、テラヘルツ装置１０と電気的に接続される導電部１６１，１６２と、を備える。外部電極１５１，１５２および導電部１６１，１６２の各々は、誘電体１１０に設けられている。外部電極１５１，１５２は、誘電体１１０から露出するように設けられている。導電部１６１，１６２は、誘電体１１０内に設けられている。
　外部電極１５１，１５２は、ｚ方向から視て反射膜１３０と重ならない位置に配置されている。具体的には、外部電極１５１，１５２は、誘電体１１０のうちアンテナベース１２０からはみ出した部分に設けられている。
　導電部１６１，１６２は、外部電極１５１，１５２とテラヘルツ装置１０とを接続している。より詳細には、導電部１６１は、外部電極１５１とテラヘルツ装置１０の第１電極７０とを電気的に接続している。導電部１６２は、外部電極１５２とテラヘルツ装置１０の第２電極８０とを電気的に接続している。
　テラヘルツ装置１０は、導電部１６１，１６２に対してフリップチップ実装されている。具体的には、導電部１６１は、第１電極パッド７４とバンプ１７１を介して接続されている。導電部１６２は、第２電極パッド８４とバンプ１７２を介して接続されている。バンプ１７１，１７２は、たとえばＣｕを含む金属層、Ｔｉを含む金属層、および錫（Ｓｎ）を含む金属層との積層構造によって構成されている。なお、バンプ１７１，１７２は単層構造であってもよい。
　＜第２適用例＞
　図１４に示すように、テラヘルツユニット２００は、テラヘルツ装置１０と、支持基板２１０と、導波管２２０と、を備える。
　支持基板２１０は、矩形板状に形成されている。支持基板２１０は、絶縁材料によって形成されている。絶縁材料の一例は、エポキシ樹脂である。支持基板２１０は、基板表面２１１、および基板表面２１１とは反対側の基板裏面２１２を有する。ここで、基板表面２１１は、「支持基板表面」に対応している。
　基板表面２１１には、２つの給電用線路２１３が形成されている。基板裏面２１２には、２つの外部電極２１４が設けられている。支持基板２１０内には、２つの給電用線路２１３と２つの外部電極２１４とを個別に接続する２つの接続導体２１５が設けられている。テラヘルツ装置１０は、基板表面２１１に実装されている。テラヘルツ装置１０の第１電極７０の第１電極パッド７４および第２電極８０の第２電極パッド８４は、ワイヤＷによって２つの給電用線路２１３と個別に電気的に接続されている。
　導波管２２０は、電磁波を伝送させる中空金属管である。導波管２２０は、半導体素子２０が放射または検出する電磁波に対して非透過性を有する材料によって形成されている。この材料としては、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金等の金属材料が用いられる。導波管２２０は、基板表面２１１に積層されている。導波管２２０は、導波管２２０をｚ方向に貫通する貫通孔２２１を含む。導波管２２０は、直方体状に形成されている。支持基板２１０は、貫通孔２２１のｚ方向の一端を覆っている。導波管２２０は、テラヘルツ装置１０を収容している。つまり、テラヘルツ装置１０は、ｚ方向から視て、貫通孔２２１内に配置されている。貫通孔２２１は、電磁波を伝送する伝送領域２２２として機能する。伝送領域２２２は、貫通孔２２１のテーパ面によって規定される。テラヘルツ装置１０は、伝送領域２２２内に配置されているともいえる。
　ｚ方向から視た貫通孔２２１の形状は、円形である。貫通孔２２１は、支持基板２１０からｚ方向に離れるにつれて拡径するテーパ状に形成されている。換言すると、貫通孔２２１は、テラヘルツ装置１０からｚ方向に離れるにつれて拡径するテーパ状に形成されている。なお、貫通孔２２１の形状は任意に変更可能である。一例では、ｚ方向から視た貫通孔２２１の形状は四角形等の多角形であってもよい。
　＜第３適用例＞
　図１５に示すように、テラヘルツユニット３００は、２つの半導体素子２０と、これら半導体素子２０を支持する１つの絶縁基板３１０と、を備える。絶縁基板３１０は、上記実施形態の絶縁基板３０と同様の構成である。絶縁基板３１０は、上記実施形態の絶縁基板３０よりもｘ方向の寸法およびｙ方向の寸法が大きい。
　２つの半導体素子２０は、電磁波を発振する半導体素子２０と、電磁波を検出する半導体素子２０と、を含む。２つの半導体素子２０は、絶縁基板３１０上に互いに離隔した状態で並んで配置されている。以下では、２つの半導体素子２０のうち電磁波を発振する半導体素子２０を第１半導体素子２０Ａとし、電磁波を検出する半導体素子２０を第２半導体素子２０Ｂとする。
　第１半導体素子２０Ａは、第１半導体基板５０Ａ、第１能動素子、第１電極７０、および第２電極８０を含む。第１半導体基板５０Ａ、第１能動素子、第１電極７０、および第２電極８０は上記実施形態の半導体基板５０、能動素子６０、第１電極７０、および第２電極８０と同じ構成である。第１能動素子は電磁波を発振する素子である。
　第２半導体素子２０Ｂは、第２半導体基板５０Ｂ、第２能動素子、第１電極７０、および第２電極８０を含む。第２半導体基板５０Ｂ、第２能動素子、第１電極７０、および第２電極８０は上記実施形態の半導体基板５０、能動素子６０、第１電極７０、および第２電極８０と同じ構成である。第２能動素子は電磁波を検出する素子である。
　図示していないが、第１半導体基板５０Ａと絶縁基板３１０との間には金属層４０が介在している。第２半導体基板５０Ｂと絶縁基板３１０との間には金属層４０が介在している。ここで、第１半導体基板５０Ａと絶縁基板３１０との間の金属層４０は「第１基板側金属層」に対応し、第２半導体基板５０Ｂと絶縁基板３１０との間の金属層４０は「第２基板側金属層」に対応している。
　なお、図示していないが、第１半導体素子２０Ａと絶縁基板３１０との間には第１金属層が介在している。第２半導体素子２０Ｂと絶縁基板３１０との間には第２金属層が介在している。第１金属層および第２金属層は、上記実施形態の金属層４０（図２参照）と同じ構成である。
　また、テラヘルツユニット３００は、３つ以上の半導体素子２０を備えていてもよい。つまり、テラヘルツユニット３００は、複数の半導体素子２０を備える。複数の半導体素子２０は、その全てが電磁波を発振する半導体素子であってもよい。また、複数の半導体素子２０は、その全てが電磁波を検出する半導体素子であってもよい。また、複数の半導体素子２０のうち第１半導体素子２０Ａの個数と第２半導体素子２０Ｂの個数とが互いに異なっていてもよい。
　［変更例］
　上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態および以下の各変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。なお、図１６～図１９は、説明の便宜上、第１電極７０および第２電極８０を省略している。また、図１６～図１９では、説明の便宜上、半導体基板５０の厚さが絶縁基板３０の厚さと概ね等しくなるように示している。また、図１６～図１９では、説明の便宜上、ハッチング線を省略している。
　・図１６に示すように、テラヘルツ装置１０は、貫通孔１７を含んでいてもよい。貫通孔１７は、半導体基板５０、金属層４０、および絶縁基板３０の各々をｚ方向に貫通している。この場合、たとえば、金属層４０は、半導体基板５０および絶縁基板３０のうち貫通孔１７を構成する内面よりもｚ方向と直交する方向において凹むように形成されていてもよい。なお、貫通孔１７の個数は任意に変更可能である。
　・図１７に示すように、テラヘルツ装置１０は、貫通孔１７にビア１８を埋め込む構成であってもよい。ビア１８は、装置表面１１および装置裏面１２の双方から露出している。ビア１８は、金属層４０と接していてもよい。ビア１８は、たとえば接地電極（図示略）に電気的に接続されていてもよい。またビア１８は、第２電極８０と電気的に接続されていてもよい。これにより、金属層４０は接地される。なお、貫通孔１７およびビア１８の個数は任意に変更可能である。
　・図１８に示すように、半導体基板５０の一部に貫通孔５４が形成されていてもよい。貫通孔５４は、半導体基板５０をｚ方向に貫通している。このため、貫通孔５４は、金属層４０を露出している。なお、図示していないが、半導体基板５０に代えて、絶縁基板３０の一部に貫通孔が形成されていてもよい。この貫通孔は、絶縁基板３０をｚ方向に貫通している。このため、絶縁基板３０の貫通孔は、金属層４０を露出している。なお、半導体基板５０の貫通孔５４の個数は任意に変更可能である。また、絶縁基板３０の貫通孔の個数は任意に変更可能である。また、たとえば貫通孔５４または絶縁基板３０の貫通孔には、ビアが設けられていてもよい。ビアは、たとえば第２電極８０と接していてもよい。これにより、金属層４０は、第２電極８０と電気的に接続される。
　・図１９に示すように、半導体基板５０は、複数のスリット５５を含んでいてもよい。各スリット５５は、半導体基板５０の基板表面５１から基板裏面５２に向けて延びている。各スリット５５の底面は、ｚ方向において基板裏面５２から離隔した位置に設けられている。
　また、絶縁基板３０は、複数のスリット３３を含んでいてもよい。各スリット３３は、絶縁基板３０の裏面３２から表面３１に向けて延びている。各スリット３３の底面は、ｚ方向において表面３１から離隔した位置に設けられている。なお、スリット３３，５５の個数は任意に変更可能である。一例では、スリット５５は１つであってもよい。また、スリット３３は１つであってもよい。また、スリット３３およびスリット５５の一方を省略してもよい。
　・図２０に示すように、金属層４０の側面４３は、半導体基板５０の基板側面５６および絶縁基板３０の側面３４の双方よりも内方に位置していてもよい。この場合、テラヘルツ装置１０の製造方法における個片化することにおいて、ダイシングブレードが金属層４０を切断せずに、半導体基板８５０および絶縁基板８３０の双方を切断することによって個片化できる。
　・金属層４０と絶縁基板３０の表面３１との間にたとえば絶縁性接合材が介在していてもよい。この場合、金属層４０は、半導体基板５０の基板裏面５２に設けられている。このように、金属層４０が接合層を兼ねていなくてもよい。
　・金属層４０と半導体基板５０の基板裏面５２との間にたとえば絶縁性接合材が介在していてもよい。この場合、金属層４０は、絶縁基板３０の表面３１に設けられている。このように、金属層４０が接合層を兼ねていなくてもよい。
　本開示で使用される「～上に」という用語は、文脈によって明らかにそうでないことが示されない限り、「～上に」と「～の上方に」の意味を含む。したがって、「ＡがＢ上に形成される」という表現は、上記各実施形態ではＡがＢに接触してＢ上に直接配置され得るが、変更例として、ＡがＢに接触することなくＢの上方に配置され得ることが意図される。すなわち、「～上に」という用語は、ＡとＢとの間に他の部材が形成される構造を排除しない。
　本開示で使用されるｚ方向は必ずしも鉛直方向である必要はなく、鉛直方向に完全に一致している必要もない。したがって、本開示による種々の構造は、本明細書で説明されるｚ方向の「上」および「下」が鉛直方向の「上」および「下」であることに限定されない。例えば、ｘ方向が鉛直方向であってもよく、またはｙ方向が鉛直方向であってもよい。
　［付記］
　上記実施形態および各変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載した構成について実施形態中の対応する符号を括弧書きで示す。符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各符号に記載された構成要素は、符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
　（付記Ａ１）
　基板表面（５１）、および前記基板表面（５１）とは反対側の基板裏面（５２）を有する半導体基板（５０）と、
　前記基板表面（５１）上に設けられ、電磁波を発振または検出する能動素子（６０）と、
　前記半導体基板（５０）のうち前記基板裏面（５２）の側に配置され、前記半導体基板（５０）を支持する絶縁基板（３０）と、
　前記半導体基板（５０）と前記絶縁基板（３０）との間に配置され、前記基板裏面（５２）と接する金属層（４０）と、を備え、
　前記半導体基板（５０）は、前記電磁波の波長（λ）未満の厚さを有する
　テラヘルツ装置（１０）。
　（付記Ａ２）
　前記半導体基板（５０）の厚さ（Ｔｓ１）は、前記電磁波の波長（λ）の１／２以下である
　付記Ａ１に記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ３）
　前記半導体基板（５０）の厚さ（Ｔｓ１）は、前記電磁波の波長（λ）の１／４未満である
　付記Ａ２に記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ４）
　前記半導体基板（５０）の厚さ（Ｔｓ１）は、前記金属層（４０）の厚さ（Ｔｍ）よりも厚い
　付記Ａ１～Ａ３のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ５）
　前記絶縁基板（３０）は、前記半導体基板（５０）よりも高い剛性を有する
　付記Ａ１～Ａ４のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ６）
　前記絶縁基板（３０）の厚さ（Ｔｓ２）は、前記半導体基板（５０）の厚さ（Ｔｓ１）よりも厚い
　付記Ａ１～Ａ５のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ７）
　前記金属層（４０）は、
　前記絶縁基板（３０）上に設けられた第１金属層（４１）と、
　前記基板裏面（５２）に設けられた第２金属層（４２）と、を含む
　付記Ａ１～Ａ６のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ８）
　前記金属層（４０）は、電気的にフローティング状態である
　付記Ａ１～Ａ７のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ９）
　前記半導体基板（５０）は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉのいずれかを含む
　付記Ａ１～Ａ８のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ１０）
　前記絶縁基板（３０）は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＳｉＯ２のいずれかを含む
　付記Ａ１～Ａ９のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ１１）
　前記金属層（４０）は、ＴｉおよびＡｕの少なくとも一方を含む
　付記Ａ１～Ａ１０のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ１２）
　第１電極（７０）および第２電極（８０）を備え、
　前記能動素子（６０）は、前記第１電極（７０）と前記第２電極（８０）とに電気的に接続され、
　前記第１電極（７０）および前記第２電極（８０）は、
　前記能動素子（６０）と電気的に並列に接続されたキャパシタ（９１）を構成するように対向配置された第１電極板（７３）および第２電極板（８３）と、
　前記電磁波を放射または検出するアンテナ構造（９０）と、を含む、付記Ａ１～Ａ１１のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置。
　（付記Ａ１３）
　付記Ａ１～Ａ１２のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置（１０）と、
　誘電体材料によって形成され、前記テラヘルツ装置（１０）を囲む誘電体（１１０）と、
　気体が存在する気体空間（１４０）と、
　前記誘電体（１１０）および前記気体空間（１４０）を介して前記テラヘルツ装置（１０）と対向する部分を有し、前記能動素子（６０）から発生しかつ前記誘電体（１１０）および前記気体空間（１４０）を介して伝播された前記電磁波を一方向に向けて反射させる反射部（１３０）と、を備える、テラヘルツユニット（１００）。
　（付記Ａ１４）
　支持基板表面（２１１）を有する支持基板（２１０）と、
　前記支持基板表面（２１１）に積層されており、前記電磁波を伝送する伝送領域（２２２）を有する導波管（２２０）と、
　前記伝送領域（２２２）内において前記支持基板表面（２１１）に搭載された付記Ａ１～Ａ１２のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置（１０）と、を備える、テラヘルツユニット（２００）。
　（付記Ｂ１）
　基板表面（８５１）、および前記基板表面（８５１）とは反対側の基板裏面（８５２）を有する半導体基板（８５０）を用意すること、
　前記半導体基板（８５０）の厚さを薄くするように切削すること、
　電磁波を発振するまたは検出する能動素子（６０）を前記基板表面（８５１）に設けること、
　表面（８３１）を有する絶縁基板（８３０）を用意すること、
　前記表面（８３１）に接する第１金属層（８４１）を形成すること、
　前記基板裏面（８５２）に接する第２金属層（８４２）を形成すること、
　前記第１金属層（８４１）と前記第２金属層（８４２）とを接合すること、を含み、
　前記半導体基板（８５０）の厚さを薄くするように切削することでは、前記半導体基板（８５０）を前記電磁波の波長（λ）未満の厚さに切削する
　テラヘルツ装置の製造方法。
　（付記Ｂ２）
　前記半導体基板（８５０）の厚さを薄くするように切削することでは、前記半導体基板（８５０）を前記電磁波の波長（λ）の１／２以下の厚さに切削する
　付記Ｂ１に記載のテラヘルツ装置の製造方法。
　（付記Ｂ３）
　前記半導体基板（８５０）の厚さを薄くするように切削することでは、前記半導体基板（８５０）を前記電磁波の波長（λ）の１／４未満の厚さに切削する
　付記Ｂ２に記載のテラヘルツ装置の製造方法。
　（付記Ｂ４）
　前記半導体基板（８５０）を用意することでは、前記基板表面（８５１）に接するサポート基板（９００）が設けられており、
　前記第１金属層（８４１）と前記第２金属層（８４２）とを接合した後に、前記サポート基板（９００）を削除する
　付記Ｂ１～Ｂ３のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置の製造方法。
　（付記Ｂ５）
　前記半導体基板（８５０）の厚さを薄くするように切削することは、前記基板裏面（８５２）を鏡面研磨することを含む
　付記Ｂ１～Ｂ４のいずれか１つに記載のテラヘルツ装置の製造方法。
　（付記Ｃ１）
　電磁波を放射または検出するテラヘルツ装置（１０）と、
　誘電体材料によって形成され、前記テラヘルツ装置（１０）を囲む誘電体（１１０）と、
　気体が存在する気体空間（１４０）と、
　前記誘電体（１１０）および前記気体空間（１４０）を介して前記テラヘルツ装置（１０）と対向する部分を有し、前記テラヘルツ装置（１０）から発生しかつ前記誘電体（１１０）および前記気体空間（１４０）を介して伝播された前記電磁波を一方向に向けて反射させる反射部（１３０）と、を備え、
　前記テラヘルツ装置（１０）は、
　基板表面（５１）、および前記基板表面（５１）とは反対側の基板裏面（５２）を有する半導体基板（５０）と、
　前記基板表面（５１）上に設けられ、前記電磁波を発振または検出する能動素子（６０）と、
　前記半導体基板（５０）のうち前記基板裏面（５２）の側に配置され、前記半導体基板（５０）を支持する絶縁基板（３０）と、
　前記半導体基板（５０）と前記絶縁基板（３０）との間に配置され、前記基板裏面（５２）と接する金属層（４０）と、を備え、
　前記半導体基板（５０）は、前記電磁波の波長（λ）未満の厚さを有する
　テラヘルツユニット（１００）。
　（付記Ｃ２）
　支持基板表面（２１１）を有する支持基板（２１０）と、
　前記支持基板表面（２１１）に積層されており、電磁波を伝送する伝送領域（２２２）を有する導波管（２２０）と、
　前記伝送領域（２２２）内において前記支持基板表面（２１１）に搭載されたテラヘルツ装置（１０）と、を備え、
　前記テラヘルツ装置（１０）は、
　基板表面（５１）、および前記基板表面（５１）とは反対側の基板裏面（５２）を有する半導体基板（５０）と、
　前記基板表面（５１）上に設けられ、前記電磁波を発振または検出する能動素子（６０）と、
　前記半導体基板（５０）のうち前記基板裏面（５２）の側に配置され、前記支持基板表面（２１１）に対面する絶縁基板（３０）と、
　前記半導体基板（５０）と前記絶縁基板（３０）との間に配置され、前記基板裏面（５２）と接する金属層（４０）と、を備え、
　前記半導体基板（５０）は、前記電磁波の波長（λ）未満の厚さを有する
　テラヘルツユニット（２００）。
　（付記Ｃ３）
　前記半導体基板（５０）の厚さ（Ｔｓ１）は、前記電磁波の波長（λ）の１／２以下である
　付記Ｃ１またはＣ２に記載のテラヘルツユニット。
　（付記Ｃ４）
　前記半導体基板（５０）の厚さ（Ｔｓ１）は、前記電磁波の波長（λ）の１／４未満である
　付記Ｃ３に記載のテラヘルツユニット。
　（付記Ｃ５）
　第１基板表面（５１）、および前記第１基板表面（５１）とは反対側の第１基板裏面（５２）を有する第１半導体基板（５０Ａ）と、
　前記第１基板表面（５１）上に設けられ、電磁波を発振する第１能動素子（６０）と、
　第２基板表面（５１）、および前記第２基板表面（５１）とは反対側の第２基板裏面（５２）を有する第２半導体基板（５０Ｂ）と、
　前記第２基板表面（５１）上に設けられ、前記電磁波を検出する第２能動素子（６０）と、
　前記第１半導体基板（５０Ａ）のうち前記第１基板裏面（５１）の側、および前記第２半導体基板（５０Ｂ）のうち前記第２基板裏面（５２）の側に配置された絶縁基板（３０）と、
　前記第１半導体基板（５０Ａ）と前記絶縁基板（３０）との間に配置され、前記第１基板裏面（５２）と接する第１基板側金属層（４０）と、
　前記第２半導体基板（５０Ｂ）と前記絶縁基板（３０）との間に配置され、前記第２基板裏面（５２）と接する第２基板側金属層（４０）と、を備え、
　前記第１半導体基板（５０Ａ）および前記第２半導体基板（５０Ｂ）の双方は、前記電磁波の波長（λ）未満の厚さを有する
　テラヘルツユニット。
　（付記Ｃ６）
　前記第１半導体基板（５０Ａ）および前記第２半導体基板（５０Ｂ）の双方の厚さは、前記電磁波の波長（λ）の１／２以下である
　付記Ｃ５に記載のテラヘルツユニット。
　（付記Ｃ７）
　前記第１半導体基板（５０Ａ）および前記第２半導体基板（５０Ｂ）の双方の厚さは、前記電磁波の波長（λ）の１／４未満である
　付記Ｃ６に記載のテラヘルツユニット。
　以上の説明は単に例示である。本開示の技術を説明する目的のために列挙された構成要素および方法（製造プロセス）以外に、より多くの考えられる組み合わせおよび置換が可能であることを当業者は認識し得る。本開示は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲内に含まれるすべての代替、変形、および変更を包含することが意図される。
　１０…テラヘルツ装置
　１１…装置表面
　１２…装置裏面
　１３～１６…装置側面
　１７…貫通孔
　１８…ビア
　２０…半導体素子
　２０Ａ…第１半導体素子
　２０Ｂ…第２半導体素子
　３０…絶縁基板
　３１…表面
　３２…裏面
　３３…スリット
　３４…側面
　４０…金属層
　４１…第１金属層
　４１Ａ…第１金属膜
　４１Ｂ…第２金属膜
　４２…第２金属層
　４２Ａ…第３金属膜
　４２Ｂ…第４金属膜
　４３…側面
　５０…半導体基板
　５０Ａ…第１半導体基板
　５０Ｂ…第２半導体基板
　５１…基板表面
　５２…基板裏面
　５３…絶縁層
　５３Ａ…開口部
　５４…貫通孔
　５５…スリット
　５６…基板側面
　６０…能動素子
　６１ａ…半導体層
　６２ａ，６２ｂ…ＧａＩｎＡｓ層
　６３ａ，６３ｂ…ＧａＩｎＡｓ層
　６４ａ，６４ｂ…ＡｌＡｓ層
　６５…ＩｎＧａＡｓ層
　７０…第１電極
　７１…第１導電部
　７１ａ…接続部
　７２…第１配線部
　７３…第１電極板
　７４…第１電極パッド
　８０…第２電極
　８１…第２導電部
　８２…第２配線部
　８３…第２電極板
　８３ａ…突出部
　８４…第２電極パッド
　８５…コンタクト部
　９０…アンテナ構造
　９１…キャパシタ
　１００…テラヘルツユニット
　１１０…誘電体
　１２０…アンテナベース
　１２１…ベース表面
　１２２…アンテナ凹部
　１２３…アンテナ面
　１３０…反射膜
　１４０…気体空間
　１５１，１５２…外部電極
　１６１，１６２…導電部
　１７１，１７２…バンプ
　２００…テラヘルツユニット
　２１０…支持基板
　２１１…基板表面
　２１２…基板裏面
　２１３…給電用線路
　２１４…外部電極
　２１５…接続導体
　２２０…導波管
　２２１…貫通孔
　２２２…伝送領域
　３００…テラヘルツユニット
　３１０…絶縁基板
　８３０…絶縁基板
　８３１…表面
　８４０…金属層
　８４１…第１金属層
　８４１Ａ…第１金属膜
　８４１Ｂ…第２金属膜
　８４２…第２金属層
　８４２Ａ…第３金属膜
　８４２Ｂ…第４金属膜
　８５０…半導体基板
　８５１…基板表面
　８５２…基板裏面
　９００…サポート基板
　Ｗ…ワイヤ
　ＲＴＤ…共鳴トンネルダイオード
　Ｐ１…発振点
　Ｐ２…放射点
　Ｔｓ１…半導体基板の厚さ
　Ｔｓ２…絶縁基板の厚さ
　Ｔｍ…金属層の厚さ
　Ｌ１，Ｌ２…インダクタ
　Ｒ１，Ｒ２…配線抵抗

Claims (11)

  1. 　基板表面、および前記基板表面とは反対側の基板裏面を有する半導体基板と、
    　前記基板表面上に設けられ、電磁波を発振または検出する能動素子と、
    　前記半導体基板のうち前記基板裏面の側に配置され、前記半導体基板を支持する絶縁基板と、
    　前記半導体基板と前記絶縁基板との間に配置され、前記基板裏面と接する金属層と、
    を備え、
    　前記半導体基板は、前記電磁波の波長未満の厚さを有する
    　テラヘルツ装置。
  2. 　前記半導体基板の厚さは、前記電磁波の波長の１／２以下である
    　請求項１に記載のテラヘルツ装置。
  3. 　前記半導体基板の厚さは、前記電磁波の波長の１／４未満である
    　請求項２に記載のテラヘルツ装置。
  4. 　前記半導体基板の厚さは、前記金属層の厚さよりも厚い
    　請求項１～３のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  5. 　前記絶縁基板は、前記半導体基板よりも高い剛性を有する
    　請求項１～４のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  6. 　前記絶縁基板の厚さは、前記半導体基板の厚さよりも厚い
    　請求項１～５のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  7. 　前記金属層は、
    　前記絶縁基板上に設けられた第１金属層と、
    　前記基板裏面に設けられた第２金属層と、
    を含む
    　請求項１～６のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  8. 　前記金属層は、電気的にフローティング状態である
    　請求項１～７のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  9. 　前記半導体基板は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉのいずれかを含む
    　請求項１～８のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  10. 　前記絶縁基板は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＳｉＯ２のいずれかを含む
    　請求項１～９のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
  11. 　前記金属層は、ＴｉおよびＡｕの少なくとも一方を含む
    　請求項１～１０のいずれか一項に記載のテラヘルツ装置。
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