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TERAHERTZ ELECTROMAGNETIC WAVE RADIATION ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD achieved

Foreign code F110002476
File No. 4035PCT
Posted date Mar 9, 2011
Country WIPO
International application number 2005JP015277
International publication number WO 2006/030608
Date of international filing Aug 23, 2005
Date of international publication Mar 23, 2006
Priority data
  • P2004-265011 (Sep 13, 2004) JP
Title TERAHERTZ ELECTROMAGNETIC WAVE RADIATION ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD achieved
Abstract The efficiency of conversion from a nonradiation two-dimensional electron plasmon wave into a radiation electromagnetic wave is improved and a wide-band characteristic is realized. A terahertz electromagnetic wave radiation element comprises a semiinsulating semiconductor bulk layer, a two-dimensional electron layer having a semiconductor heterojunction structure directly above the semiinsulating semiconductor bulk layer, source/drain electrodes electrically connected to two pieces opposed to the two-dimensional electron layer, a double gate electrode grating provided near the upper surface of the two-dimensional electron layer and capable of alternately setting two-different dc bias potentials parallel to the upper surface of the two-dimensional electron layer, and a transparent metal mirror provided in contact with the lower surface of the semiconductor bulk layer, formed into a film shape, functioning as a reflecting mirror in the terahertz band, and transparent to the light wave band. Two light waves are made to enter through the lower surface of the transparent metal mirror, two different dc bias potentials are alternately applied to the double gate electrode grating, and the electron density in the two-dimensional electron layer is periodically modulated in accordance with the configuration of the double gate electrode grating.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】2つのコヒーレントな光波を入力し、混合してその差周波数に対応したテラヘルツ電磁波を放射出力するテラヘルツ電磁波放射素子において、半絶縁性の半導体バルク層と、該半導体バルク層の直上に半導体ヘテロ接合構造によって形成される2次元電子層と、該2次元電子層の1辺に電気的に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向する該2次元電子層の他の1辺に接続されたドレイン電極と、該2次元電子層の上面近傍に該2次元電子層と平行に、2つの異なる直流バイアス電位を交互に設定できる2重ゲート電極格子と、該半導体バルク層の下面に接して膜状に形成されたテラヘルツ帯では反射鏡として機能し、かつ光波帯では透明な、透明金属ミラーと、によって構成され、2つの光波を該透明金属ミラーの下面より入射させ、かつ、2重ゲート電極格子に2つの異なる直流バイアス電位を交互に与え、該2重ゲート電極格子の配位に対応して2次元電子層の電子濃度を周期的に変調せしめたこと、を特徴とするテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項2】前記2重ゲート電極格子は、入れ子型に2重の回折格子状に形成された請求項1に記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項3】前記半導体バルク層の側面が該半導体バルク層よりは低い比誘電率を有する低誘電材料で被覆されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項4】前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に一定の直流バイアス電位を与え、該2次元電子層内の2次元電子を一様に直流ドリフト走行せしめたことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項5】前記2重ゲート電極格子の第1の回折格子ゲート電極の格子幅がサブミクロンオーダに設定され、かつ、該第1の回折格子ゲート電極と近隣の第2の回折格子ゲート電極との間隔がサブミクロン以下に設定され、かつ、該第2の回折格子ゲート電極の格子幅がミクロンないしサブミクロンオーダに設定され、前記2重ゲート電極格子の第1の回折格子ゲート電極のバイアス電位を制御することによって、該第1の回折格子ゲート電極直下の2次元電子層の電子濃度を10の11乗毎平方センチメートル乃至10の13乗毎平方センチメートルに設定し、2重ゲート電極格子の第2の回折格子ゲート電極のバイアス電位を制御することによって、該第2の回折格子ゲート電極直下の2次元電子層の電子濃度を準金属的に極めて高く設定するか、或いは半絶縁的に極めて低く設定したこと、を特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項6】前記2重ゲート電極格子が、該第1の回折格子ゲート電極直下の2次元電子層内と同程度の導電率を有する材料によって形成されたことを特徴とする請求項5に記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項7】前記2重ゲート電極格子の厚みが、該2重ゲート電極格子と該2次元電子層との間隔よりも薄いことを特徴とする請求項6に記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項8】前記2重ゲート電極格子が、半導体ヘテロ接合構造内に該2次元電子層の上部に積層してなる第2の2次元電子層をエッチング加工することによって形成され、かつ該第2の2次元電子層の導電率がゲートバイアス電位によって制御できることを特徴とする請求項7に記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項9】2次元電子層と透明金属ミラーの距離を、放射させる(テラヘルツ帯)電磁波の波長の(2n+1)/4倍(但しnは整数)に設定したことを特徴とする請求項6~8のいずれかに記載のテラヘルツ電磁波放射素子。

【請求項10】2つのコヒーレントな光波を入力し、混合してその差周波数に対応したテラヘルツ電磁波を放射出力するテラヘルツ電磁波放射素子の製造方法において、半導体バルク層となる基板の直上に半導体ヘテロ接合構造によって形成される2次元電子層と、該2次元電子層の1辺に電気的に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向する該2次元電子層の他の1辺に接続されたドレイン電極と、を形成し、該2次元電子層の上面近傍に該2次元電子層と平行に、2つの異なる直流バイアス電位を交互に設定できる2重ゲート電極格子を形成し、該半導体バルク層の下面に接して膜状に形成されたテラヘルツ帯では反射鏡として機能し、かつ光波帯では透明な、透明金属ミラーを形成すること、を特徴とするテラヘルツ電磁波放射素子の製造方法。

【請求項11】前記半導体バルク層の側面を、該半導体バルク層よりは低い比誘電率を有する低誘電材料で被覆したことを特徴とする請求項10に記載のテラヘルツ電磁波放射素子の製造方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • KYUSHU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
  • NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION HOKKAIDO UNIVERSITY
  • Inventor
  • OTSUJI, Taiichi
  • SANO, Eiichi
IPC(International Patent Classification)
Specified countries AE,AG,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PG,PH,PL,PT,RO,RU,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,SY,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC,VN,YU,ZA,ZM,ZW,EP(AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,NL,PL,PT,RO,SE,SI,SK,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(BW,GH,GM,KE,LS,MW,MZ,NA,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM)
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