(57)【要約】【課題】  共鳴トンネルダイオードを含み構成される共振器において、誘電体の厚さや材料の選択が可能な共振器の提供。【解決手段】  まず、前記共鳴トンネルダイオード１１に直列に設けられる抵抗層１２がある。次に、前記共鳴トンネルダイオード１１に接する誘電体１５がある。まず、前記共鳴トンネルダイオード１１と前記誘電体１５とを挟むように構成される第１及び第２の導体１３、１４がある。また、前記誘電体１５を前記第１の導体１３と前記第２の導体１４とで挟み構成される共振器領域１６がある。さらに、前記共鳴トンネルダイオード１１と前記抵抗層１２とを前記第１の導体１３と前記第２の導体１４とで挟み構成される抵抗領域１７がある。そして、前記共振器領域１６と前記抵抗領域１７とが、並列に設けられる。【選択図】  図１
2010233031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器であって、
共鳴トンネルダイオードと、
前記共鳴トンネルダイオードに直列に設けられる抵抗層と、
前記共鳴トンネルダイオードに接する誘電体と、
前記共鳴トンネルダイオードと前記誘電体とを挟むように構成される第１及び第２の導体と、を備え、
前記誘電体を前記第１及び前記第２の導体とで挟み構成される共振器領域と、前記共鳴トンネルダイオードと前記抵抗層とを前記第１の導体と前記第２の導体とで挟み構成される抵抗領域とが、並列に設けられることを特徴とする共振器。
【請求項２】
前記抵抗層の面内方向の断面積は、前記共鳴トンネルダイオードの面内方向の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項３】
前記抵抗層の面内方向の断面積における幅は、前記電磁波の表皮深さの２倍よりも長いことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の共振器。
【請求項４】
前記抵抗層の面内方向に対して略垂直な方向における該抵抗層の厚さは、前記電磁波の表皮深さよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項５】
前記共振器はマイクロストリップアンテナであって、
前記電磁波を放射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項６】
前記共振器はマイクロストリップフィルタであって、
前記電磁波の特定の周波数帯だけを通過することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項７】
前記第１の導体と前記共鳴トンネルダイオードとの電気的な接触面において、
前記第１の導体の面内方向の断面積が、
前記共鳴トンネル構造層の面内方向の断面積より大きく、且つ前記抵抗層の面内方向の断面積より小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項８】
前記電磁波の周波数は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数領域内の周波数であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項９】
前記共鳴トンネルダイオードは、複数のトンネル障壁層を含み構成される共鳴トンネル構造層と、該共鳴トンネル構造層に電流を注入するための電気的接点層と、を含み構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項１０】
前記共鳴トンネルダイオードに並列に設けられ、該共鳴トンネルダイオードに前記第１及び第２の電極を介して電流を注入するための電圧印加部を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項１１】
対向する２つの導体と、前記２つの導体間に、電気接点層を介して前記２つの導体とそれぞれ電気的に接した共鳴トンネル構造層を有する共鳴トンネルダイオードと誘電体とを少なくとも有する共振器において、
前記共鳴トンネルダイオードは前記共鳴トンネル構造層に積層された抵抗層を備え、前記抵抗層の面内方向の断面積は前記共鳴トンネル構造層の面内方向の断面積よりも大きく
前記２つの導体に挟まれた部分において、前記抵抗層の面内方向の断面積は前記共鳴トンネル構造層の面内方向の断面積と略一致していることを特徴とする共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を発生させるための共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を有する共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
広く認識されているように、負性抵抗素子は、共振器を伴い、電磁波の発信器としての応用分野で有用である。これまでに、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数帯域のうち、少なくとも一部を含む電磁波（本明細書ではテラヘルツ波とも言う。）を発生させることが知られている。
【０００３】
その一つとして、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を有する半導体基板をマイクロストリップ導体と接地用導体とで挟んで、モノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）に構成された共振器が、特許文献１に開示されている。共鳴トンネルダイオードにより発生された電磁波を共振させるための領域となる誘電体に、半絶縁性の半導体基板を利用している。
【０００４】
図７は、特許文献１の共振器を説明する断面図である。特許文献１の共振器において、共鳴トンネルダイオードへテロ構造１０は半絶縁性半導体基板２０上に積層されている。共鳴トンネルダイオードにより発生された電磁波を共振させるために、マイクロストリップ７０と接地金属３０との間に絶縁体スラブ２０（誘電体）を設ける。この際、共鳴トンネルダイオードへテロ構造１０との電気的な接触は、コンタクト層８０、９０を利用し、マイクロストリップ７０とバイアスパッド６０とが接続されている。また、バイアスパッド６０と接地金属３０とで容量を形成（容量結合）している。これにより、上記周波数帯域の電磁波は、共鳴トンネルダイオードを経て、マイクロストリップ７０、接地金属３０、絶縁体スラブ２０によって形成されている共振器で共振することができる。こうした構成によって、共鳴トンネルダイオードにおける電圧を入力してから電流が出力されるまでの遅延時間（ＲＣ時定数）を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０１４９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述したように特許文献１には、共振器として基板を利用することが開示されている。このとき、基板に利用可能な材料は、積層されるＲＴＤによって制限されてしまうという課題がある。また、発振する電磁波の周波数を考えると、基板の膜厚を比較的薄くする必要があるので、割れ易い厚さの基板を利用しなくてはいけないという課題もある。
【０００７】
このような製造上の理由から、特許文献１では、共振器を構成する誘電体の厚さや材料の選択は難しい。よって、共鳴トンネルダイオードとインピーダンス整合するような共振器構成を行うには限界があった。
【０００８】
また、共鳴トンネルダイオードにおける遅延時間（ＲＣ時定数）をできるだけ短くすることも重要な課題である。
【０００９】
本発明はかかる課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、共振器を構成する誘電体の厚さや材料の選択が可能な共振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る共振器は、
共鳴トンネルダイオードと、
前記共鳴トンネルダイオードに直列に設けられる抵抗層と、
前記共鳴トンネルダイオードに接する誘電体と、
前記共鳴トンネルダイオードと前記誘電体とを挟むように構成される第１及び第２の導体と、を備え、
前記誘電体を前記第１及び前記第２の導体とで挟み構成される共振器領域と、前記共鳴トンネルダイオードと前記抵抗層とを前記第１の導体と前記第２の導体とで挟み構成される抵抗領域とが、並列に設けられる。
【００１１】
別の本発明に係る共振器は、
対向する２つの導体と、前記２つの導体間に、電気接点層を介して前記２つの導体とそれぞれ電気的に接した共鳴トンネル構造層を有する共鳴トンネルダイオードと誘電体とを少なくとも有する共振器において、
前記共鳴トンネルダイオードは前記共鳴トンネル構造層に積層された抵抗層を備え、前記抵抗層の面内方向の断面積は前記共鳴トンネル構造層の面内方向の断面積よりも大きく
前記２つの導体に挟まれた部分において、前記抵抗層の面内方向の断面積は前記共鳴トンネル構造層の面内方向の断面積と略一致している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＲＴＤと導体との間に抵抗層を挟むことによって、共振器に適度な厚みを持たせることが可能である。また、本発明に係る共振器として、誘電体を選択することができる。前記誘電体として、例えば、従来の半絶縁性基板よりも低い誘電率である誘電体を選択することもできる。また、前記誘電体として、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数帯域において、誘電損失が比較的小さな誘電体を選択することもできる。同時に、抵抗層を特殊な断面形状とすることによって遅延時間を最小化することもできる。すなわち、前記抵抗層によって浮遊容量（抵抗層と導体との間に発生する寄生的な容量、例えば図１（ｂ）の寄生容量２６）を最低限にし且つ共鳴トンネルダイオードの直列抵抗も低減することができる。また、これにより、遅延時間（ＲＣ時定数）を短くすることもできる。これにより、電力（電圧と電流との積）が大きくなり、発振されるテラヘルツ波のパワーが大きくなる。
【００１３】
こうした効果を有する共振器は、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数帯域のうち、少なくとも一部の周波数を含む電磁波を発振可能な発振器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係る共振器の構成を示す模式図。
【図２】実施形態２に係る共振器の構成を示す模式図。
【図３】実施形態３に係る共振器の構成を示す模式図。
【図４】実施形態に係る共振器の抵抗層の断面積とＲＣ時定数との関係を示す模式図。
【図５】実施例１に係る共振器の構成を示す模式図。
【図６】実施例１に係る共振器の構成の変形例を示す模式図。
【図７】特許文献１の共振器構造を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態に係る共振器について、図１（ａ）と（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１（ａ）は、本実施形態に係る共振器の構造を説明するための模式図である。また、図１（ｂ）は、本実施形態に係る共振器と等価な回路を表す模式図である。
【００１６】
まず、１１は、電磁波を発生するための共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）である。ＲＴＤ１１は、複数のトンネル障壁層を含み構成される共鳴トンネル構造層を有する。このとき、前記複数のトンネル障壁の間に量子井戸層が設けられる。なお、前記電磁波の周波数は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数領域内の周波数であることが好ましい。
【００１７】
次に、１２は、前記共鳴トンネルダイオード１１の面内方向に対して略垂直な方向に、該共鳴トンネルダイオードと直列に設けられる抵抗層である。このとき、抵抗層１２は、等価回路において、前記共鳴トンネルダイオード１１に直列の抵抗２２としての機能を有する。前記抵抗２２は、前記抵抗層１２の材料や大きさ（面内方向の断面積と膜厚など）に依存する。
【００１８】
また、１３は、前記共鳴トンネルダイオード１１に電流を注入するための電極を兼ね、該共鳴トンネルダイオード１１と電気的に接している第１の導体である。また、１４は、前記共鳴トンネルダイオード１１に電流を注入するための電極を兼ね、前記抵抗層１２と電気的に接している第２の導体である。そして、前記第１の導体１３と前記第２の導体１４とで、前記共鳴トンネルダイオード１１の面内方向に対して略垂直な方向に、該共鳴トンネルダイオード１１と前記抵抗層１２とを挟み構成される。
【００１９】
ここで、前記共鳴トンネル構造層と前記第１の導体１３とに接する第１の電気的接点層（第１のコンタクト層、図１の１０２）を含み構成されることが好ましい。また、前記共鳴トンネル構造層と前記抵抗体とに接する第２の電気的接点層（第２のコンタクト層、図１の１０３）を含み構成されることが好ましい。これにより、前記共鳴トンネル構造層に注入する電流を制御することができる。
【００２０】
また、１５は、前記発生された電磁波を共振可能に構成される誘電体である。また、誘電体１５は、前記共鳴トンネルダイオードの面内方向に略垂直な面に接するように設けられる。このとき、前記第１の導体（第１の電極）１３と前記第２の導体（第２の電極）１４との間に設けられる誘電体１５は、等価回路において、分布定数型の共振器２５としての機能を持つ。
【００２１】
前記誘電体１５を前記第１及び前記第２の導体１３、１４とで挟み構成される共振器領域１６と、前記共鳴トンネルダイオード１１と前記抵抗層１２とを前記第１の導体１３と前記第２の導体１４とで挟み構成される抵抗領域１７とを有する。そして、前記共振器領域１６と前記抵抗領域１７とが、並列に設けられる。これにより、前記抵抗層１２と前記第１の導体１３とが持つ容量（寄生容量２６）を抑制することが可能となる。ここで、本発明が対象とする遅延時間とは、ＲＣ時定数のことを指し、前記抵抗層１２の抵抗と前記容量（寄生容量２６）との積を用いて取得される。
【００２２】
また、遅延時間（ＲＣ時定数）を最小化するために、前記第１の導体１３と前記第２の導体１４とで、前記抵抗層１２の面内方向の断面積は、前記共鳴トンネルダイオード１１の面内方向の断面積よりも大きいことが好ましい。また、前記抵抗層１２の面内方向の断面積における幅は、前記電磁波の表皮深さの２倍よりも長いことが好ましい。
【００２３】
なお、等価回路における２７は、前記共鳴トンネルダイオード１１に並列に設けられ、該共鳴トンネルダイオード１１に前記第１の導体１３と前記第２の導体１４を介して電流を注入するための電源（電圧印加部）である。
【００２４】
また、前記誘電体１５は、前記第１の導体１３と前記第２の導体１４とに挟まれ、且つ前記共鳴トンネルダイオード１１の面内方向に対して略垂直な面に接していることが好ましい。
【００２５】
また、前記第１の導体と前記共鳴トンネルダイオードとの電気的な接触面は、以下のように構成されることが好ましい。まず、前記第１の導体の面内方向の断面積が、前記共鳴トンネル構造層の面内方向の断面積より大きいことが好ましい。さらに、前記第１の導体の面内方向の断面積が、前記抵抗層の面内方向の断面積より小さいことが好ましい。
【００２６】
（実施形態１）
実施形態１に係る共振器について、図１（ｃ）を用いて説明する。図１（ｃ）は本実施形態に係る共振器の断面図を表している。
【００２７】
本実施形態の共鳴トンネルダイオードは、共鳴トンネル構造層１０１と共鳴トンネル構造層１０１に電流注入するための電気的接点層１０２、１０３（第１の電気接点層１０２、第２の電気接点層１０３）を伴い、さらに、抵抗層１０４とを備える。本実施形態の共振器は、対向する２つの導体１０５、１０７（第１の導体１０５、第２の導体１０７）と２つの導体間の誘電体１０６を備える。共鳴トンネル構造層１０１は金属接点層１７２を介して接地金属１７１と接続されており、導体１０７（接地金属１７１と金属接点層１７２）はＤＣ（直流）とＡＣ（交流）の共通電極として兼ねている。ゆえに、導体１０５（第１の導体）はバイアスパッドでもあり、マイクロストリップでもある。このようにすれば、共鳴トンネルダイオードを有する半導体基板１１０上に共振器を構成することができる。こうした構成で、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数領域内の周波数帯の電磁波は、共鳴トンネル構造層１０１を経て共振器（二導体１０５、１０７、誘電体１０６）で共振することが可能となる。
【００２８】
これにより、抵抗層１０４の厚さによって、共振器の厚さを調整することができる。マイクロストリップ１０５（第１の導体）における特性インピーダンスは、誘電体１０６の厚みと材料に依存する。誘電体１０６の厚みは、典型的には、電磁波の波長よりも十分に薄く設計され、厚さが厚いほど特性インピーダンスが上がり、薄いほど特性インピーダンスが下がることが知られている。また、材料の誘電率が小さいほど特性インピーダンスが上がり、大きいほど特性インピーダンスが下がることが知られている（Ｂｒｉａｎ  Ｃ．  Ｗａｄｅｌｌ著  ”Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，ＡＲＴＥＣＨ  ＨＯＵＳＥ  ＩＮＣ（１９９１），３章を参照）。このようにして本発明による共振器は、共鳴トンネルダイオードとインピーダンス整合するように、誘電体の材料や厚みの選択が可能な構成となる。
【００２９】
また、本実施形態では、共振器となる２つの導体１０５、１０７に挟まれた部分において、抵抗層１０４の断面形状は共鳴トンネル構造層の面内方向の断面形状と略一致していることが特徴である。したがって、共振器内に導体１０５と抵抗層１０４に挟まれた部分を作らずにすむため、寄生的な浮遊容量Ｃｓ１０４の発生を最小限に抑えることができる。ただし、抵抗層１０４において直列抵抗Ｒｓが発生する（図４（ｂ））。これと、以下に説明する直列抵抗との積ＲｓＣｓ１０４は、最小化されるべきである。
【００３０】
ここで、抵抗層１０４の断面積によって共鳴トンネルダイオードの直列抵抗Ｒｓが調整できることが、特開平０６−２０４５０４号公報に開示されている。
【００３１】
そこで、２つの導体１０５、１０７に挟まれていない部分へ抵抗層１０４の断面積を大きくすればよい。つまり、抵抗層１０４の断面の面積が大きくなると、ＲｓＣｓ１０４は小さくなる（図４（ａ））。さらに、表面付近を流れる高周波の性質を考えれば、好ましくは、抵抗層１０４の幅ｄが表皮深さδの２倍以上であれば、直列抵抗Ｒｓも最小限に抑えることができる。これは抵抗層１０４の積層方向の厚さが表皮深さよりも厚いときも一般的に成り立つ。この結果、二導体１０５、１０７に挟まれた部分のみ、抵抗層１０４の断面形状は共鳴トンネル構造層の面内方向の断面形状と一致する。
【００３２】
本実施形態による共振器においては、共鳴トンネル構造層１０１は半導体基板１１０上に積層されて構成されるため、抵抗層１０４も半導体材料で構成することが想定される。こうした抵抗層１０４や、共鳴トンネル構造層１０１と共鳴トンネル構造層１０１に電流注入するための電気的接点層１０２、１０３の材料系としては、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓやＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓを利用してもよい。また、これらに限ることはなく、ＩｎＡｓ基板上のＩｎＡｓ／ＡｌＡｓＳｂやＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｂ、Ｓｉ基板上のＳｉ／ＳｉＧｅといった半導体多層膜構成も可能である。共鳴トンネルダイオードにおける多数キヤリアは、電気的接点層１０２、１０３のキャリアドープによって電子又は正孔を選択することができる。抵抗層１０４の導電型はこれと同じものが選択される。
【００３３】
（実施形態２：マイクロストリップアンテナ）
実施形態２による共振器については図２を参照して説明する。図２（ａ）は本実施形態による共振器の上面図を、図２（ｂ）は断面図を表している。本実施形態の共振器は、マイクロストリップアンテナとしてよく知られるパッチアンテナを利用するものである。パッチアンテナは分布定数型の共振器であって、パッチアンテナ２５１の面内方向の長さによって共振周波数が決まる。通常は、λ／２パッチアンテナを用いる。共鳴トンネルダイオードから放射される電磁波はパッチアンテナに共振し、発振する。そしてパッチアンテナ２５１の負荷を利用することによって電磁波を外部空間へ取り出すことができる。ここで、パッチアンテナの負荷は、取り出したい出力に応じて仕様が決められる。本発明では、誘電体２０６の厚さ、つまり抵抗層２０４の厚さによってこれを調整することができる。パッチアンテナの共振周波数における入力インピーダンスは誘電体２０６の厚さが厚いほど上がり、薄いほど下がる。また、材料の誘電率が小さいほど上がり、大きいほど下がる。本発明による共振器はこの様にして、インピーダンスの調整を行うことできる。尚、共鳴トンネル構造層２０１への電流注入はバイアス線２５２を利用する。バイアス線２５２は、バイアスティーを介すなどとして電源などに接続しておく。
【００３４】
本実施形態において、抵抗層２０４の上面から見る断面形状は円形としているが、これは共鳴トンネル構造層２０１の円弧形状の断面形状にあわせてそのようにしている。例えば、四角形の共鳴トンネル構造層２０１の断面形状に対して、四角形や凸型の抵抗層２０４の断面形状でもよい。
【００３５】
さらに、こうしたパッチアンテナへの結合効率を高めるための結合部材として、シリコン半球レンズを上面に載せてもよい。ＭＥＭＳ加工によって作製されるホーンアンテナを上面に載せてもよい。こうした本実施形態による共振器は、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数領域内の周波数帯における共振器として好ましい。
【００３６】
（実施形態３：マイクロストリップフィルタ）
実施形態３による共振器については図３を参照して説明する。図３（ａ）は本実施形態による共振器の上面図を、図３（ｂ）は断面図を表している。本実施形態の共振器は、マイクロストリップフィルタとしてよく知られる結合線路フィルタを利用するものである。結合線路フィルタは分布定数型の共振器であって、マイクロストリップライン共振器３５１の面内方向の長さによって共振周波数（特定の周波数）が決まる。通常は、λ／２マイクロストリップラインを用いる。さらに、これと磁界結合するように二つのマイクロストリップライン３０８を配置する。共鳴トンネルダイオードから放射される電磁波は、一方のマイクロストリップライン３０８へ入力された電磁波に注入同期し、発振する。こうして入力より振幅の大きい電磁波は、もう一方のマイクロストリップライン３０８へ取り出すことができる。これは、マイクロストリップライン共振器３５１によって決められる共振周波数付近の周波数帯（特定の周波数帯）において著しく、共振周波数付近の周波数帯を通過するフィルタとなる。ここで、マイクロストリップライン３０８の特性インピーダンスは、通常は５０Ωの仕様となることが多い。これに伴って、マイクロストリップライン共振器３５１の特性インピーダンスもその付近とせざるを得ない。しかし本発明では、誘電体３０６の厚さ、つまり抵抗層３０４の厚さによってこれを調整することができる。マイクロストリップラインの特性インピーダンスは誘電体３０６の厚さが厚いほど上がり、薄いほど下がる。また、材料の誘電率が小さいほど上がり、大きいほど下がる調整することができる。本発明による共振器はこの様にして、インピーダンスの調整を行うことできる。尚、共鳴トンネル構造層３０１への電流注入はバイアス線３５２を利用する。バイアス線３５２はバイアスティーを介すなどとして電源などに接続しておく。
【００３７】
こうした本実施形態による共振器は、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数領域内の周波数帯における共振器として好ましい。
【００３８】
更に具体的な構成については、以下の実施例において説明する。
【実施例】
【００３９】
図５は、本実施例による共振器を示すもので、図５（ａ）は構造の上面図、図５（ｂ）は構造の断面図を表している。本実施例による共振器は、マイクロストリップアンテナとしてよく知られるパッチアンテナを利用するものである。本実施例の共鳴トンネルダイオードは、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓによる共鳴トンネル構造層５０１とｎ−ＩｎＧａＡｓによる電気的接点層５０２、５０３を伴い、さらに、ｎ−ＩｎＰによる抵抗層５０４とを備える。共鳴トンネル構造層５０１は、例えば障壁層を三枚用いた共鳴トンネルダイオードを用いる。より具体的には、電気接点５０２側から電気接点５０３側へ順に、ＡｌＡｓ１．３ｎｍ／ＩｎＧａＡｓ７．６ｎｍ／ＩｎＡｌＡｓ２．６ｎｍ／ＩｎＧａＡｓ５．６ｎｍ／ＡｌＡｓ１．３ｎｍの半導体多層膜構造で構成する。このうち、ＩｎＧａＡｓは井戸層、格子整合するＩｎＡｌＡｓや非整合のＡｌＡｓは障壁層である。これらの層は意図的にキャリアドープを行わないアンドープとしておく。本実施例において、抵抗層５０４は５×１０１８ｃｍ‐３程度の電子濃度とする。本実例の共振器は、対向する二導体５０５、５０７間にミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数領域内において誘電損失が比較的小さな低損失誘電体として知られるＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）５６１を備える。導体５０７（接地金属５７１と金属接点層５７２）はＤＣとＡＣの共通電極として兼ねているが、本実施例において、接地金属５７１は、例えばＴｉ／Ａｕ、金属接点層５７２はＩｎＰ基板上のｎ−ＩｎＰによって構成する。やはり、５×１０１８ｃｍ‐３程度の電子濃度とする。ＩｎＰ基板４１としてはｎ型の導電性基板を選択してもよく、この場合、導電性ＩｎＰ基板５１が抵抗層５０４、金属接点層５７２を兼ねていてもよい。本実施例のパッチアンテナは２００μｍ×２００μｍの正方形パッチ５５１を選択する。また、比較的低インピーダンスな共鳴トンネルダイオードと整合するように、本実施例では、パッチアンテナ５５１の負荷を５０Ωの仕様とする。そのためにＢＣＢ５６１の膜厚は約３μｍが必要である。ゆえに、抵抗層５０４の膜厚を３μｍとする。このようなパッチアンテナ５５１において、共鳴トンネル構造層５０１の断面積が３μｍ２のとき、発振周波数は約０．４ＴＨｚと見積もられる。
【００４０】
本実施例の抵抗層５０４の断面積は３μｍ２より大きく、好ましくは表皮深さを考慮して断面形状が決定される。抵抗層５０４における表皮深さδは、発振周波数０．４ＴＨｚにおいて、２μｍと見積もられる。ゆえに、抵抗層６０４の断面形状を、例えば、直径４μｍの円形とする。
【００４１】
このように、本実施例による共振器は、ミリ波帯からテラヘルツ帯まで（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下）の周波数領域内の周波数の電磁波を外部空間に取り出すことのできる発振器として使用することができる。
【００４２】
本実施例による共振器は次の作製方法で作製することができる。まず、ＩｎＰ基板５１上に、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法などによって、次の層をエピタキシャル成長する。すなわち、順に、ｎ−ＩｎＰ５７２、ｎ−ＩｎＰ５０４、ｎ−ＩｎＧａＡｓ５０３、アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓによる共鳴トンネル構造層５０１、ｎ−ＩｎＧａＡｓ５０２をピタキシャル成長する。ＩｎＰ基板５１としてｎ型の導電性基板を選択する場合は、ｎ−ＩｎＧａＡｓ５０３からエピタキシャル成長すればよい。つぎに、共鳴トンネル構造層５０１、電気接点層５０２、５０３と抵抗層５０４を、円形のメサ状にエッチングを行う。さらに、共鳴トンネル構造層５０１と電気接点層５０２、５０３については、断面積が３μｍ２となるような円弧形状のメサ状にエッチングを行う。エッチングにはＥＢ（電子線）リソグラフィとＩＣＰ（誘導性結合プラズマ）によるドライエッチングを用いる。ホトリソグラフィを用いてもよい。続いて、露出したｎ−ＩｎＰ５７２の表面に、リフトオフ法により接地金属５７１を形成する。共鳴トンネル構造層５０１における側壁の保護のためのパッシベーション膜５６２は、プラズマＣＶＤ法などによって窒化シリコン５６２などを成膜すればよい。抵抗層５０４の膜厚３μｍによって確保した共振器となる部分には、スピンコート法とドライエッチングを用いて、ｎ−ＩｎＧａＡｓ５０２を露出させるようにＢＣＢ５６１を膜厚約３μｍに形成する。最後に、リフトオフ法によりＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ５０５を形成して、本実施例の共振器は完成する。
【００４３】
また、実施例１の変形例として、同じパッチアンテナを用いて、図６のような共振器構成も考えられる。実施例１では、上面から見る共鳴トンネルダイオードの位置は正方パッチ５５１の端となってしまい、入力インピーダンスの調整には限りがあった。しかし、変形例のように正方パッチ６５１にスリットを入れることによって、実質、正方パッチ６５１の内側に位置させていることと同じになるので、さらに入力インピーダンスの調整を行うことも可能である。このとき、共鳴トンネル構造層６０１、電気接点層６０２、６０３と抵抗層６０４は、角形のメサ状でもよい。
【００４４】
本実施例により、上記実施形態の説明のところで述べた様な作用・効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１１  共鳴トンネルダイオード
１２  抵抗層
１３  第１の導体
１４  第２の導体
１５  誘電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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