(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成され、前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層の上に形成されたゲート電極及び該ゲート電極を挟んで対向するように形成されたソース及びドレイン電極とを備えており、
前記ソース及びドレイン電極の各々は、周期的に配置された複数のオーミックフィンガーからなり、且つ
前記ソース電極を構成する複数のオーミックフィンガーのうち互いに隣接するオーミックフィンガー間の距離と、前記ドレイン電極を構成する複数のオーミックフィンガーのうち互いに隣接するオーミックフィンガー間の距離と、前記ゲート電極と前記ソース電極の前記ゲート電極に隣接するオーミックフィンガーとの距離と、前記ゲート電極と前記ドレイン電極の前記ゲート電極に隣接するオーミックフィンガーとの距離とは等しい
ことを特徴とするテラヘルツ波放射素子。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体層における該第１の窒化物半導体層との間で形成されるへテロ接合に発生する二次元電子ガスのプラズマ波が、放射場に変換される、
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項３】
前記複数のオーミックフィンガーが周期的に配置されるその周期Λは、下記の関係式、
Λ＝ｍｓ／ｆ
（但し、ｓが前記プラズマ波の速度であり、ｆが前記放射場の周波数であり、ｍが自然数である）
を満足する、
ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項４】
前記周期Λが１μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項５】
前記ゲート電極のゲート長Ｌｇは、下記の関係式、
Ｌｇ＝（２ｎ−１）ｓ／４ｆ
（但し、ｓが前記プラズマ波の速度であり、ｆが前記放射場の周波数であり、ｎが自然数である）
を満足する、
ことを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項６】
前記長さＬｇが０．２５μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項７】
前記複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、前記ゲート電極のゲート長と同じである、
ことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項８】
前記複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、前記ゲート電極のゲート長と同じであって、且つ、
前記ゲート電極と、前記複数のオーミックフィンガーのうち前記ゲート電極の両側の直近に位置する２つのオーミックフィンガーとの間隔が、互いに同じである、
ことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項９】
前記複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、前記ゲート電極のゲート長と同じであって、且つ、
前記複数のオーミックフィンガーにおける隣り合うオーミックフィンガー同士の間隔が、前記ゲート電極と、前記複数のオーミックフィンガーのうち前記ゲート電極の両側の直近に位置する２つのオーミックフィンガーとの間隔と同じである、
ことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項１０】
前記ゲート電極と前記ソース及びドレイン電極のうちの一方との間には、互いに電気的に接続されていない複数の金属フィンガーが周期的に配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項１１】
当該テラヘルツ波放射素子が複数個配置されており、
前記ゲート電極と前記ソース及びドレイン電極とが、配線電極を介して、当該テラヘルツ波放射素子間で接続されている、
ことを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項１２】
前記ゲート電極は、周期的に配置された複数のゲートフィンガーからなり、
前記ゲートフィンガーと前記オーミックフィンガーとが交互に配置されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載のテラヘルツ波放射素子。
【請求項１３】
前記複数のオーミックフィンガーのフィンガー長方向に、前記複数のオーミックフィンガーと接するように形成された複数の配線電極をさらに備えている、
ことを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に開示する技術は、テラヘルツ周波数帯の電磁波を放射することができるテラヘルツ波放射素子である半導体素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ帯の電磁波は、電波の有する透過性と、光の有する広帯域性、可干渉性及び集光性とを有し、セキュリティ、バイオ、環境及び通信などの様々な分野への応用が期待されている。テラヘルツ電磁波を放射する装置として、光伝導素子、テラヘルツパラメトリック発生器、量子カスケードレーザ、炭酸ガスレーザ及び後進波管などが用いられている。しかし、これらの装置では、大規模で且つ高価なフェムト秒レーザ又はピコ秒レーザが必要であること、及び、極低温に冷却して動作させる必要があることなどの理由から、装置の小型化及び低価格化が困難な状況にある。
【０００３】
小型で且つ安価であって、冷却不要なテラヘルツ波放射装置の実現に向け、半導体中に存在する電子プラズマを利用したデバイスの研究開発が精力的に進められている。半導体中の電子プラズマとしては、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）又は高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＨＥＭＴ）中の二次元電子ガス（２−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｇａｓ；２ＤＥＧ）が用いられる。電子の集団的振動である２ＤＥＧプラズマ波の速度は１０６ｍ／ｓのオーダーであるため、単一の電子の走行速度に比べて１桁以上高い。このため、単一の電子を利用した一般的な電子デバイスでは困難なテラヘルツ周波数帯での動作がプラズマ波を用いることで可能となる。
【０００４】
図８は、従来のテラヘルツ波放射素子の断面構造を示している（例えば非特許文献１の図１参照）。図８に示すように、従来のテラヘルツ波放射素子は、半導体層４、ゲート絶縁膜５、二次元電子ガス領域６、ソース電極１、ゲート電極２及びドレイン電極３から構成されている。このような構成を有するテラヘルツ波放射素子において、ソース電極１とドレイン電極３との間にバイアス電圧を印加すると、二次元電子ガス領域６において二次元電子ガス流が生じる。二次元電子ガス流はソース電極１端及びドレイン電極３端での反射により不安定な状態を生じる（プラズマ不安定性）。近年のゲート長が微細化されたＦＥＴ構造では、このプラズマ不安定性がテラヘルツ周波数帯での電子プラズマ振動を誘起し、テラヘルツ電磁波の放射を引き起こす。
【０００５】
近年になって同技術の著しい進展が見られ、２００６年には室温においてテラヘルツ電磁波の放射が確認されるに至っている（例えば非特許文献２参照）。非特許文献２によると、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ材料系のＨＥＭＴから０．１μＷ程度のテラヘルツ電磁波出力が得られている。
【０００６】
その他、テラヘルツ波放射素子として、半導体へテロ構造上のゲート電極が格子状である構造も提案されている（例えば、非特許文献３、特許文献１、及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３０６０８号
【特許文献２】特開２００９−２２４６７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．１５，ｐｐ２４６５−２４６８（１９９３）
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８８，１４１９０６（２００６）
【非特許文献３】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８９，２６３５０２（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、以上のように電子プラズマを利用して室温でテラヘルツ波を放射できる半導体デバイスであっても、次のような問題がある。すなわち、放射可能なテラヘルツ電磁波の強度は未だ１μＷ以下の微弱なものであり、セキュリティ又は検査などの各種の応用には出力が未だ不十分である。現状では、電力変換効率も１×１０−７の非常に小さいものであり、０．１μＷの出力を得るためには約１Ｗもの入力電力が必要である。このように、実用的なテラヘルツ波放射半導体デバイスを実現するためには、出力及び電力変換効率の向上が不可欠となっている。
【００１０】
前記に鑑み、本発明の目的は、高出力で且つ高効率のテラヘルツ波放射素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子は、基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層の上に形成され、第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層の上に形成されたゲート電極及び該ゲート電極を挟んで対向するように形成されたソース及びドレイン電極とを備えており、ソース及びドレイン電極の各々は、周期的に配置された複数のオーミックフィンガーからなる。
【００１２】
上記の構成によると、複数のオーミックフィンガー間には、第２の窒化物半導体を露出する開口部が周期的に存在することになるため、発生したテラヘルツ波の電極による減衰が抑制される。このため、高出力のテラヘルツ波放射素子が実現できる。
【００１３】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、第１の窒化物半導体層における該第２の窒化物半導体層との間で形成されるヘテロ接合に発生する二次元電子ガスのプラズマ波が、テラヘルツ放射場に変換される。
【００１４】
すなわち、２つのオーミック電極間に直流電圧を印加すると二次元電子ガスにおいてテラヘルツ帯のプラズマ波振動が誘起される。該プラズマ波は一般的には半導体層中を伝搬する縦波であって外部には放射されないが、本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子では、オーミックフィンガーの周期構造により、放射場変換が可能となる。その結果、発生したプラズマ波をテラヘルツ帯の電磁波として外部に放射させることができる。
【００１５】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、複数のオーミックフィンガーが周期的に配置されるその周期Λは、下記の関係式、Λ＝ｍｓ／ｆ（但し、プラズマ波の速度がｓ、放射場の周波数がｆ、ｍは自然数である）を満足する構成であることが好ましい。
【００１６】
このような設計とすることにより、所望の周波数ｆで電磁波を放射させることが可能となる。
【００１７】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、周期Λが１μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
この場合、プラズマ波の速度が概ね１×１０６ｍ／ｓ、基本モードでの結合を考えてｍ＝１とするとｆ≧１ＴＨｚとなり、周波数ｆが１ＴＨｚ以上のテラヘルツ電磁波を出射させることができる。なお、ｍ＝２、３として高次モードでの結合を利用すると、周期を２μｍ又は３μｍに大きくして、デバイス設計の許容度を広くすることもできる。ただし、高次モードは基本モードに比べて結合効率が小さいため、放射効率が小さくなってしまう。したがって、１ＴＨｚ以上のテラヘルツ電磁波を効率良く出射させるためには、基本モードを利用できるよう、周期を１μｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、ゲート電極のゲート長は、下記の関係式、Ｌｇ＝（２ｎ−１）ｓ／４ｆ（但し、プラズマ波の速度がｓ、放射場の周波数がｆ、ｎは自然数である）を満足する構成であることが好ましい。
【００２０】
プラズマ波はショットキー電極の両端で反射されるが、ゲート電極のゲート長Ｌｇをこのような設計にすると、周波数ｆでプラズマ波の共振が生じ（プラズマ共鳴）、プラズマ振動が効率良く誘起される。特に、プラズマ振動が生じる周波数ｆに対してフィンガー周期Λを前述の条件を用いて設定することにより、発生したプラズマ振動を高効率で出射させることが可能となる。すなわち、所望の周波数ｆに対し、ゲート電極のゲート長Ｌｇとオーミックフィンガーの周期を適切に設計することにより、高効率で且つ高出力のテラヘルツ放射素子が実現できる。
【００２１】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、ゲート長Ｌｇが０．２５μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
この場合、プラズマ波の速度が概ね１×１０６ｍ／ｓ、基本モードでの共鳴を考えてｎ＝１とするとｆ≧１ＴＨｚとなり、１ＴＨｚ以上でプラズマ共鳴を生じさせることができる。
【００２３】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、ゲート電極のゲート長と同じであってもよい。
【００２４】
このように、複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、ゲート電極のゲート長と実質的に同じであることにより、ゲート電極とオーミックフィンガーとが全体として周期構造を形成するため、生成したテラヘルツ電磁波を効率良く出射させることが可能となる。
【００２５】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、ゲート電極のゲート長と同じであって、且つ、ゲート電極と、複数のオーミックフィンガーのうちゲート電極の両側の直近に位置する２つのオーミックフィンガーとの間隔が、互いに同じであってもよい。
【００２６】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、複数のオーミックフィンガーのフィンガー長が、ゲート電極のゲート長と同じであって、且つ、複数のオーミックフィンガーにおける隣り合うオーミックフィンガー同士の間隔が、ゲート電極と、複数のオーミックフィンガーのうちゲート電極の両側の直近に位置する２つのオーミックフィンガーとの間隔と同じであってもよい。
【００２７】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、ゲート電極とソース及びドレイン電極のうちの一方との間には、互いに電気的に接続されていない複数の金属フィンガーが周期的に配置されていてもよい。
【００２８】
このように、電気的に接続されていない（電極ではない）金属フィンガーを複数配置することにより、周期性を損なうことなく、ゲート電極とソース及びドレイン電極との間の距離を任意に設計することが可能となる。ゲート電極とソース及びドレイン電極との間の距離を長く設定すれば、ソース及びドレイン電極間に印加する電圧を増加することができるため、二次元電子ガスに誘起されるプラズマ波振動の強度が大きくなり、素子の高出力化がさらに可能となる。
【００２９】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、当該テラヘルツ波放射素子が複数個配置されており、ゲート電極とソース及びドレイン電極とが、配線電極を介して、当該テラヘルツ波放射素子間で接続されていてもよい。
【００３０】
このようにすると、配置した素子の数だけ出力を増加させることが可能となる。
【００３１】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、ゲート電極は、周期的に配置された複数のゲートフィンガーからなり、ゲートフィンガーとオーミックフィンガーとが交互に配置されていてもよい。
【００３２】
このように、テラヘルツ波放射素子を複数設けると共に、これらのフィンガーが全体として放射結合のための周期構造を形成するので、高出力で且つ高効率のテラヘルツ波放射素子が実現される。
【００３３】
本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子において、複数のオーミックフィンガーのフィンガー長方向に、複数のオーミックフィンガーと接するように形成された複数の配線電極をさらに備えていてもよい。
【００３４】
このようにすると、各配線電極に電流を分散して注入することができるので、ソース電極端及びドレイン電極端への電流集中を防止し、素子に大電流を印加することが可能となる。駆動電流を大きくできるため、二次元電子ガスに誘起されるプラズマ振動の強度が大きくなり、素子の高出力化がさらに可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子によると、高出力で且つ高効率のテラヘルツ波放射素子を得ることができる。また、本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子は、小型で且つ低価格であり、冷却不要という、従来のテラヘルツ波放射素子では実現困難な特長を有するため、セキュリティ、バイオ、環境及び通信などのテラヘルツ電磁波を用いた応用分野の進展に大きく貢献することが期待できる。また、本発明の一側面のテラヘルツ波放射素子は、既存の半導体プロセスを使用して安価に作製できるため、応用システム又は機器の普及を大いに促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す断面図であって、具体的には、図１におけるII-II線に対応する断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す断面図であって、具体的には、図３におけるIV-IV線に対応する断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す断面図であって、具体的には、図５におけるVI-VI線に対応する断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子の構造を示す平面図である。
【図８】図８は、従来のテラヘルツ波放射素子の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の例示的な各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下では、図面及び詳細な説明をもって本発明の技術的思想を明確に説明するものであり、当該技術分野におけるいずれの当業者であれば、本発明の好ましい実施例を理解した後に、本発明が開示する技術により、変更及び付加を加えることが可能であり、これは本発明の技術的思想及び範囲を逸脱するものではない。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の平面構造を示している。
【００３９】
図１に示すように、二次元電子ガス領域１１１上には、周期的に配置された複数のソース電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０１ａからなるソース電極１０１と、周期的に配置された複数のドレイン電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０３ａからなるドレイン電極１０３とが、フィンガー状のゲート電極１０２を間に介して、互いに対向するように形成されている。また、ソース電極１０１及びドレイン電極１０３はともに、Ｔｉ及びＡｌから構成されており、ｎ型ＧａＮに対してオーミック性の電極であり、ゲート電極１０２は、Ｎｉ、Ｐｔ、又はＡｕから構成されており、ｎ型ＧａＮに対してショットキー性の電極である。
【００４０】
複数のソース電極フィンガー１０１ａはソース配線電極１０１ｂに電気的に接続されており、ソース配線電極１０１ｂは、配線電極１０４を介してソースパッド１０５に電気的に接続されている。ゲート電極１０２は配線電極１０４を介してゲートパッド１０６に電気的に接続されている。複数のドレイン電極フィンガー１０３ａはドレイン配線電極１０３ｂに電気的に接続されており、ドレイン配線電極１０３ｂは、配線電極１０４を介してドレインパッド１０７に電気的に接続されている。なお、ソースパッド１０５、ゲートパッド１０６、及びドレインパッド１０７は、例えばＡｕワイヤボンディングなどの方法により、外部の駆動回路と電気的に接続されている。
【００４１】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の断面構造を示しており、具体的には、図１におけるII-II線に対応している。
【００４２】
図２に示すように、基板１０８の上には、例えばＧａＮからなる窒化物半導体層１０９が形成されており、窒化物半導体層１０９の上には、窒化物半導体層１０９と比べてバンドギャップが大きい、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる窒化物半導体層１１０が形成されている。窒化物半導体層１０９と窒化物半導体層１１０との界面には、自発分極又はピエゾ分極によって高濃度の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生している。二次元電子ガスは、例えばイオン注入などの方法により周辺部を高抵抗化され、図１に示すような二次元電子ガス領域１１１が形成されている。
【００４３】
窒化物半導体層１１０における二次元電子ガス領域１１１上には、上述したように、複数のソース電極フィンガー１０１ａからなるソース電極１０１と、複数のドレイン電極フィンガー１０３ａからなるドレイン電極１０３とが、フィンガー状のゲート電極１０２を間に介して、互いに対向するように形成されている。
【００４４】
上述の図１及び図２に示した構造を有するテラヘルツ波放射素子１０の製造方法は、エピタキシャル成長により、基板１０８上に、ＧａＮからなる窒化物半導体層１０９、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる窒化物半導体層１１０を順次積層する。その後、二次元電子ガス領域１１１以外の領域を、イオン注入などの方法により高抵抗化し、二次元電子ガス領域を規定する。続いて、窒化物半導体層１１０上に堆積した金属材料をパターニングして、上述の複数のソース電極フィンガー１０１ａからなるソース電極１０１、複数のドレイン電極フィンガー１０３ａからなるドレイン電極１０３、フィンガー状のゲート電極１０２を形成する。
【００４５】
本実施形態において、ゲート電極１０２のゲート長（図面に向かって横方向の距離）は２５０ｎｍであり、ゲート幅（図面に向かって縦方向の距離）は３００μｍである。ゲート−ソース間隔及びゲート−ドレイン間隔はともに７５０ｎｍである。ソース電極１０１を構成する複数のソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長（図面に向かって横方向の距離）は２５０ｎｍであり、ドレイン電極１０３を構成する複数のソース電極フィンガー１０３ａのフィンガー長（図面に向かって横方向の距離）は２５０ｎｍである。複数のソース電極フィンガー１０１ａ間のフィンガー間隔は７５０ｎｍであり、複数のドレイン電極フィンガー１０３ａ間のフィンガー間隔は７５０ｎｍである。複数のソース電極フィンガー１０１ａの電極幅（図面に向かって縦方向の距離）は３００μｍであり、複数のドレイン電極フィンガー１０３ａの電極幅（図面に向かって縦方向の距離）は３００μｍである。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子は、ソース電極１０１及びドレイン電極１０３の各々が、周期的に配置された複数のソース電極フィンガー１０１ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａから構成されている。言い換えると、複数のソース電極フィンガー１０１ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａの各々が周期的に配置されるように、ソース電極１０１及びドレイン電極１０３の各々には、複数のソース電極フィンガー１０１ａ間及びドレイン電極フィンガー１０３ａ間に窒化物半導体層１１０を露出する開口部が周期的に形成されている。本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子はこのように周期的な開口部を有する点で、そのような開口部を有さない従来の一般的なＦＥＴ又はＨＥＭＴの構造と異なっている。この従来の一般的なＦＥＴ又はＨＥＭＴの構造では、半導体層中においてテラヘルツ波が生成しても電極金属により大幅に減衰されてしまうため、該テラヘルツ波を効率良く外部に取り出すことができず、高出力化が困難である。しかしながら、本実施形態によると、窒化物半導体層１１０の上部に形成された各電極（ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極１０２、及び複数のドレイン電極フィンガー１０３ａ）間には開口部が周期的に形成されているため、テラヘルツ波出射時における各電極を構成する金属によるテラヘルツ波の減衰を抑制することができる。したがって、テラヘルツ波を効率良く放射させることが可能となり、高出力のテラヘルツ波放射素子が実現できる。
【００４７】
次に、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の動作原理について説明する。
【００４８】
ソース電極１０１とドレイン電極１０３との間に電圧を印加すると、二次元電子ガスをキャリアとして電流が流れる。二次元電子ガス流には、ゲート電極１０２両端での反射に起因したプラズマ不安定性により、テラヘルツ帯のプラズマ波振動が誘起される。このプラズマ波は、一般的には、半導体層中を伝搬する縦波であり、外部に放射することはできない非放射場である。
【００４９】
しかしながら、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０では、従来のＦＥＴ又はＨＥＭＴの構造とは異なり、上述の通り、ソース電極１０１及びドレイン電極１０３がともに複数のソース電極フィンガー１０１ａ及び複数のドレイン電極フィンガー１０３ａによって構成された周期構造を有するという特徴がある。このため、この周期構造により波数の保存則が満たされるため、一般的には非放射場であるプラズマ波を本実施形態では自由空間を伝搬可能な放射場に変換することができる。
【００５０】
具体的に、本実施形態では、ソース電極フィンガー１０１ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａの周期Λ＝１μｍであるので、プラズマ波の速度ｓ＝１×１０６ｍ／ｓ、自然数ｍ＝１とすると、波数の保存則Λ＝ｍｓ／ｆの関係より、周波数ｆ＝１ＴＨｚとなる。すなわち、本実施形態では、１ＴＨｚで基本モードの放射場結合が生じ、効率良く電磁波を放射することができる。なお、高次モードである２ＴＨｚ、３ＴＨｚであっても放射場結合が可能であるが、基本モードに比べて結合効率は小さいものとなる。
【００５１】
したがって、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子では、ソース電極１０１とドレイン電極１０３との間に電圧を印加すると、半導体層中にテラヘルツ帯のプラズマ波振動が誘起され、該プラズマ波がオーミック電極の周期構造により放射場に変換されて、テラヘルツ電磁波が外部に放射されることなる。
【００５２】
特に、本実施形態においては、ゲート電極１０２のゲート長Ｌｇ＝２５０ｎｍであるので、プラズマ波の速度ｓ＝１×１０６ｍ／ｓ、自然数ｎ＝１とすると、プラズマ共鳴の関係式Ｌｇ＝（２ｎ−１）ｓ／４ｆにより、周波数ｆ＝１ＴＨｚとなる。すなわち、１ＴＨｚで１次のプラズマ共鳴が生じるため、プラズマ波を高効率に誘起することができる。発生したプラズマ波は周期構造の基本モード結合により放射場変換され、１ＴＨｚのテラヘルツ電磁波が出射される。
【００５３】
なお、本実施形態では、ゲート長とオーミック電極のフィンガー長とが等しく、且つ、ゲート−ソース間隔、ゲート−ドレイン間隔とフィンガー間隔が互いに等しい。すなわち、ゲート電極１０２のゲート長、ソース電極１０１を構成する各ソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長、及び、ドレイン電極１０３を構成する各ドレイン電極フィンガー１０３ａのフィンガー長がすべて２５０ｎｍであって、且つ、ゲート電極１０２とソース電極１０１との間隔、ゲート電極１０２とドレイン電極１０３との間隔、並びに、各ソース電極フィンガー１０１ａ間の間隔及び各ドレイン電極フィンガー１０３ａ間の間隔はすべて７５０ｎｍである。このように、全体として周期が１μｍの規則的な構造となるように、フィンガー状の各電極パターン（ゲート電極１０２、ソース電極フィンガー１０１ａ、ドレイン電極フィンガー１０３ａ）が配置されているため、生成したテラヘルツ電磁波を効率良く出射させることができる。
【００５４】
ただし、ゲート電極１０２のゲート長、各ソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長、及び、各ドレイン電極フィンガー１０３ａのフィンガー長が必ずしも厳密に等しい必要はない。製造過程におけるリソグラフィの精度などによっても誤差が生じうるが、全体としての周期性が保たれ、テラヘルツ電磁波が効率よく出射される範囲であれば問題ない。具体的には、これらのゲート長及びフィンガー長は±２０％以下の誤差の範囲内であればよく、±１０％以下の誤差の範囲であれば好ましく、±５％以下であればさらに好ましい。また同様に、ゲート電極１０２とソース電極１０１との間隔、ゲート電極１０２とドレイン電極１０３との間隔、並びに、各ソース電極フィンガー１０１ａ間の間隔及び各ドレイン電極フィンガー１０３ａ間の間隔についても、ゲート−ソース間隔、ゲート−ドレイン間隔のフィンガー間隔についても、テラヘルツ電磁波が効率よく出射される範囲であって、具体的には、±２０％以下の誤差の範囲内であればよく、±１０％以下の誤差の範囲であれば好ましく、±５％以下であればさらに好ましい。
【００５５】
なお、上述の本実施形態では、周期Λ＝１μｍである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、周期Λは１μｍ以下であればよい。この場合、プラズマ波の速度ｓ＝１×１０６ｍ／ｓ、自然数ｍ＝１とすると周波数ｆ≧１ＴＨｚとなり、周波数ｆが１ＴＨｚ以上のテラヘルツ電磁波を基本モード結合を利用して出射させることができる。なお、自然数ｍ＝２として高次モードを利用すれば、周期Λ＝１μｍで２ＴＨｚでの放射結合も可能である。また、周波数ｆ＝１ＴＨｚにおいても、自然数ｍ＝２であれば周期Λ＝２μｍとなる。周期が大きいことはデバイス設計又はプロセスの許容度を大きくできることを意味する。ただし、高次モードは基本モードに比べて結合効率が小さいため、放射効率が小さくなることに注意する必要がある。
【００５６】
また、上述の本実施形態では、ショットキー電極の長さ（ゲート電極１０２のゲート長）Ｌｇ＝０．２５μｍである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ゲート長Ｌｇは０．２５μｍ以下であればよい。この場合、プラズマ波の速度ｓ＝１×１０６ｍ／ｓ、ｎ＝１とすると周波数ｆ≧１ＴＨｚとなり、１ＴＨｚ以上でプラズマ共鳴を生じさせることができる。この場合も高次モードを利用すれば、より高い周波数でプラズマ共鳴を誘起できるが、プラズマ波の生成効率は基本モードに比べて小さいものとなる。
【００５７】
例えば、ゲート電極１０２のゲート長、ソース電極１０１の各ソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長、及びドレイン電極の各ドレイン電極フィンガー１０３ａのフィンガー長を１２５ｎｍとし、ゲート電極１０２とソース電極１０１との間隔、ゲート電極１０２とドレイン電極１０３との間隔、並びに、各ソース電極フィンガー１０１ａ間の間隔及び各ドレイン電極フィンガー１０３ａ間の間隔を３７５ｎｍとすると、２ＴＨｚで１次のプラズマ共鳴が生じ、生じたプラズマ波は周期が５００ｎｍの周期金属によって基本モードで放射場変換され、２ＴＨｚのテラヘルツ電磁波が放射できる。
【００５８】
なお、テラヘルツ電磁波を効率よく発生させるためには、ソース電極１０１及びゲート電極１０２を短絡させた状態で、テラヘルツ波放射素子１０を構成するＦＥＴを飽和領域で動作させるとよい。
【００５９】
また、ゲート電極１０２の電圧で二次元電子ガスの密度を変化させることにより、プラズマ波の速度を制御することができるため、ゲート電圧でテラヘルツ電磁波の周波数を制御することもできる。
【００６０】
また、基板１０８の材料は、テラヘルツ帯において吸収係数の小さいものであることが好ましい。吸収係数の小さい基板としては、例えば、高抵抗シリコン基板を用いることができる。このようにすると、発生したテラヘルツ波を減衰させることなくデバイスから出射させることができる。吸収係数が小さい基板を用いると、テラヘルツ電磁波を基板側から出射させることも可能である。
【００６１】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の平面構造を示している。
【００６２】
図３に示すように、二次元電子ガス領域１１１上には、周期的に配置された複数のソース電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０１ａからなるソース電極１０１と、周期的に配置された複数のゲート電極フィンガー（ショットキーフィンガー）１０２ａからなるゲート電極１０２と、周期的に配置された複数のドレイン電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０３ａからなるドレイン電極１０３とが形成されている。具体的には、ゲート電極フィンガー１０２ａを挟んでソース電極フィンガー１０１ａとドレイン電極フィンガー１０３ａとが互いに対向して配置されるように、ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極フィンガー１０２ａ、ドレイン電極フィンガー１０３ａ、ゲート電極フィンガー１０２ａ、ソース電極フィンガー１０１ａが繰り返して形成されている。また、ソース電極１０１及びドレイン電極１０３はともに、Ｔｉ及びＡｌから構成されており、ｎ型ＧａＮに対してオーミック性の電極であり、ゲート電極１０２は、Ｎｉ、Ｐｔ、又はＡｕから構成されており、ｎ型ＧａＮに対してショットキー性の電極である。
【００６３】
複数のソース電極フィンガー１０１ａはソース配線電極１０１ｂに電気的に接続されており、ソース配線電極１０１ｂは、ソースパッド１０５に電気的に接続されている。複数のゲート電極フィンガー１０２ａはゲート配線電極１０２ｂに電気的に接続されており、ゲート配線電極１０２ｂは、ゲートパッド１０６に電気的に接続されている。複数のドレイン電極フィンガー１０３ａはドレイン配線電極１０３ｂに電気的に接続されており、ドレイン配線電極１０３ｂは、ドレインパッド１０７に電気的に接続されている。なお、ソースパッド１０５、ゲートパッド１０６、及びドレインパッド１０７は、例えばＡｕワイヤボンディングなどの方法により、外部の駆動回路と電気的に接続されている。
【００６４】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の断面構造を示しており、具体的には、図３におけるIV-IV線に対応している。
【００６５】
図４に示すように、基板１０８の上には、例えばＧａＮからなる窒化物半導体層１０９が形成されており、窒化物半導体層１０９の上には、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる窒化物半導体層１１０が形成されている。窒化物半導体層１０９と窒化物半導体層１１０との界面には、自発分極又はピエゾ分極によって高濃度の二次元電子ガスが発生し、周辺をイオン注入などで高抵抗化することにより、二次元電子ガス領域（２ＤＥＧ領域）１１１として規定されている。
【００６６】
窒化物半導体層１１０における二次元電子ガス領域１１１上には、上述したように、ゲート電極フィンガー１０２ａを挟んでソース電極フィンガー１０１ａとドレイン電極フィンガー１０３ａとが互いに対向して配置されるように、複数のソース電極フィンガー１０１ａからなるソース電極１０１と、複数のゲート電極フィンガー１０２ａからなるゲート電極１０２と、複数のドレイン電極フィンガー１０３ａからなるドレイン電極１０３とが形成されている。
【００６７】
上述したように、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０は、図３及び図４に示すように、ゲート電極フィンガー１０２ａの両側には、ソース電極フィンガー１０１ａとドレイン電極フィンガー１０３ａとが配置されており、１つのＦＥＴを形成している。すなわち、８つのＦＥＴが一つのチップ内に配置されており、隣り合うＦＥＴはソース電極１０１又はドレイン電極１０３を共有した構造となっている。
【００６８】
本実施形態において、ゲート電極１０２のゲート長（図面に向かって横方向の距離）は２５０ｎｍであり、ゲート幅（図面に向かって縦方向の距離）は３００μｍである。なお、ここでのゲート幅は二次元電子ガス領域により規定された値であり、実際のゲート電極はゲート配線電極と接触させるために５〜１０μｍ程度長く形成されている。ゲート−ソース間隔及びゲート−ドレイン間隔はともに７５０ｎｍである。ソース電極１０１を構成する複数のソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長（図面に向かって横方向の距離）、ゲート電極１０２を構成する複数のゲート電極フィンガー１０２ａのフィンガー長（図面に向かって横方向の距離）、及びドレイン電極１０３を構成する複数のドレイン電極フィンガー１０３ａのフィンガー長（図面に向かって横方向の距離）はすべて２５０ｎｍであり、ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極フィンガー１０２ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａの各々における隣り合うフィンガー間の間隔は７５０ｎｍである。このように、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０では、ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極フィンガー１０２ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａの各々が全体として周期が１μｍの規則的な周期構造が形成されている。なお、複数のソース電極フィンガー１０１ａの電極幅は、放射されるテラヘルツ波の波長の整数倍に設定することが好ましい。放射されるテラヘルツ波の真空中での波長をλ、テラヘルツ波放射素子の表面物質の屈折率をｎとすると、テラヘルツ波の表面物質中での波長はλ／ｎで表される。例えば、放射されるテラヘルツ波の周波数が１ＴＨｚ（λ≒３００μｍ）のとき、表面物質中での波長は約１５０μｍである。ここでは、テラヘルツ波放射素子の表面が保護膜（図示せず）で覆われている場合を想定しており、保護膜の屈折率をｎ＝２と仮定している。すなわち複数のソース電極フィンガー１０１ａの電極幅（図面に向かって縦方向の距離）は、例えば波長の４倍とすると６００μｍである。複数のゲート電極フィンガー１０２ａの電極幅、複数のドレイン電極フィンガー１０３ａの電極幅についても、同様である。なお、電極幅は波長の４倍の値に限らず、１倍、２倍、３倍であってもよい。また、電極幅を波長よりも小さくする場合は、４分の１波長の整数倍にするとよい。例えば、波長の１／４とすると３７．５μｍであり、波長の２／４とすれば７５μｍとなる。
【００６９】
以上のように、本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０は、ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極フィンガー１０２ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａが周期的に配置された構造を有している。言い換えると、ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極フィンガー１０２ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａの各々が周期的に配置されるように、隣り合う各フィンガー間に窒化物半導体層１１０を露出する開口部が周期的に形成されている。本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子はこのように周期的な開口部を有することにより、テラヘルツ波出射時における各フィンガーを構成する金属によるテラヘルツ波の減衰を抑制することができる。したがって、テラヘルツ波を効率良く放射させることが可能となり、高出力のテラヘルツ波放射素子が実現できる。
【００７０】
さらに、本実施形態では、ソースパッド１０５、ゲートパッド１０６、及びドレインパッド１０７に８つのＦＥＴが接続された構造を有するため、これらのＦＥＴを同時に駆動することが可能である。すなわち、ソース電極１０１とドレイン電極１０３との間に直流電圧を印加して素子を駆動すると、８つのＦＥＴの各々でそれぞれプラズマ波が生成され、他のＦＥＴのフィンガーも含めた素子全体の周期構造により、プラズマ波がテラヘルツ電磁波へと放射場変換される。このように、配置したＦＥＴの数だけプラズマ波源が存在するため、同じゲート幅の１つのＦＥＴが配置された素子に比べてテラヘルツ波出力を８倍に増加させることができる。したがって、テラヘルツ波をより効率良く放射させることが可能となり、より高出力のテラヘルツ波放射素子が実現できる。
【００７１】
なお、上述の図３及び図４に示した構造を有するテラヘルツ波放射素子１０の製造方法は、上述の第１の実施形態で説明した方法と同様であるからその説明は省略する。
【００７２】
なお、本実施形態において、各ソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長、各ゲート電極フィンガー１０２ａのフィンガー長、及び、各ドレイン電極フィンガー１０３ａのフィンガー長はすべて同じである場合について説明したが、必ずしも厳密に等しい必要はなく、第１の実施形態と同様に、全体としての周期性が保たれ、テラヘルツ電磁波が効率よく出射される範囲であれば問題ない。具体的には、これらのフィンガー長は±２０％以下の誤差の範囲内であればよく、±１０％以下の誤差の範囲であれば好ましく、±５％以下であればさらに好ましい。また同様に、これらの各フィンガー間の間隔についても、テラヘルツ電磁波が効率よく出射される範囲であって、具体的には、±２０％以下の誤差の範囲内であればよく、±１０％以下の誤差の範囲であれば好ましく、±５％以下であればさらに好ましい。
【００７３】
また、上述の本実施形態では、周期Λ＝１μｍである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の実施形態での説明と同様に、周期Λは１μｍ以下であればよい。
【００７４】
また、上述の本実施形態では、ゲート電極１０２のゲート電極フィンガー１０２ａの長さ（フィンガー長）が０．２５μｍである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の実施形態での説明と同様に、フィンガー長は０．２５μｍ以下であればよい。
【００７５】
なお、テラヘルツ電磁波を効率よく発生させるためには、ソース電極１０１及びゲート電極１０２を短絡させた状態で、テラヘルツ波放射素子１０を構成するＦＥＴを飽和領域で動作させるとよい。
【００７６】
また、複数のゲート電極フィンガー１０２ａからなるゲート電極１０２の電圧により二次元電子ガスの密度を変化させることにより、プラズマ波の速度を制御することができるため、ゲート電圧でテラヘルツ電磁波の周波数を制御することもできる。
【００７７】
また、基板１０８の材料は、テラヘルツ帯において吸収係数の小さいものであることが好ましい。吸収係数の小さい基板としては、例えば、高抵抗シリコン基板を用いることができる。このようにすると、発生したテラヘルツ波を減衰させることなくデバイスから出射させることができる。吸収係数が小さい基板を用いると、テラヘルツ電磁波を基板側から出射させることも可能である。
【００７８】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の平面構造を示している。
【００７９】
図５に示すように、二次元電子ガス領域１１１上には、周期的に配置された複数のソース電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０１ａからなるソース電極１０１と、周期的に配置された複数のドレイン電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０３ａからなるドレイン電極１０３とが、フィンガー状のゲート電極１０２を間に介して、互いに対向するように形成されている。なお、これらのソース電極１０１、ゲート電極１０２、及びドレイン電極１０３の具体的な構成は、第１の実施形態で説明した通りであって、ここではその説明を省略する。
【００８０】
さらに、本実施形態では、ゲート電極１０２とドレイン電極１０３との間に、各々が互いに電気的に接続されていない複数の金属フィンガー１１２ａが周期的に配置されている。各金属フィンガー１１２ａの各々は、Ｔｉ及びＡｌから構成されており、各金属フィンガー１１２ａのフィンガー長（図面に向かって横方向の距離）は２５０ｎｍであり、隣り合う金属フィンガー１１２ａ間の間隔は７５０ｎｍである。また、各金属フィンガー１１２ａの電極幅（図面に向かって縦方向の距離）は３００μｍである。
【００８１】
また、図６は、本発明の第３の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の断面構造を示しており、具体的には、図５におけるVI-VI線に対応している。
【００８２】
図６に示すテラヘルツ波放射素子１０の断面構造では、上述の図２に示したテラヘルツ波放射素子１０の断面構造と比較して、窒化宇物半導体層１１０における二次元電子ガス領域１１１上において、ゲート電極１０２とドレイン電極フィンガー１０３ａとの間に、複数の金属フィンガー１１２ａが形成されている点で異なり、その他の構成は同様であってその繰り返しの説明は省略する。
【００８３】
このように、本実施形態によると、ソース電極フィンガー１０１ａ、ゲート電極１０２、金属フィンガー１１２ａ及びドレイン電極フィンガー１０３ａが、全体として周期１μｍの規則的な周期構造を形成している。この構造により、第１の実施形態と同様に、半導体層中にテラヘルツ帯のプラズマ波振動が誘起され、該プラズマ波がオーミック電極の周期構造により放射場に変換されて、テラヘルツ電磁波が外部に放射されることなる。また、テラヘルツ波出射時における各電極を構成する金属によるテラヘルツ波の減衰を抑制することができ、テラヘルツ波を効率良く放射させることが可能となり、高出力のテラヘルツ波放射素子が実現できる。
【００８４】
さらに、本実施形態では、ゲート電極１０２とドレイン電極１０３との間に複数の金属フィンガー１１２ａが形成されており、ゲート電極１０２とドレイン電極１０３との距離が８．７５μｍとなっている。この距離は、第１の実施形態の場合におけるゲート電極１０２とドレイン電極１０３との距離０．７５μｍに比べて十分長くなっている。このため、ソース電極１０１とドレイン電極１０３との間に印加する電圧を大きくすることができる。これにより、二次元電子ガスに誘起されるプラズマ波振動の強度が大きくなり、素子の高出力化がさらに可能となる。
【００８５】
なお、本実施形態では、金属フィンガー１１２が８本である場合について説明したが、この数に限定されるものではなく、任意の数を配置してもよい。
【００８６】
なお、上述の図５及び図６に示した構造を有するテラヘルツ波放射素子１０の製造方法は、上述の第１の実施形態で説明した方法と同様であるからその説明は省略する。
【００８７】
なお、本実施形態において、各ソース電極フィンガー１０１ａのフィンガー長、ゲート電極フィンガー１０２のゲート長、金属フィンガー１０２ａのフィンガー長、及び、各ドレイン電極フィンガー１０３ａのフィンガー長はすべて同じである場合について説明したが、必ずしも厳密に等しい必要はなく、第１の実施形態と同様に、全体としての周期性が保たれ、テラヘルツ電磁波が効率よく出射される範囲であれば問題ない。具体的には、これらのフィンガー長及びゲート長は±２０％以下の誤差の範囲内であればよく、±１０％以下の誤差の範囲であれば好ましく、±５％以下であればさらに好ましい。また同様に、これらの各フィンガー間の間隔、及びゲート電極と隣り合うフィンガー間の間隔についても、テラヘルツ電磁波が効率よく出射される範囲であって、具体的には、±２０％以下の誤差の範囲内であればよく、±１０％以下の誤差の範囲であれば好ましく、±５％以下であればさらに好ましい。
【００８８】
また、上述の本実施形態では、周期Λ＝１μｍである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の実施形態での説明と同様に、周期Λは１μｍ以下であればよい。
【００８９】
また、上述の本実施形態では、ゲート電極１０２のゲート長が０．２５μｍである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の実施形態での説明と同様に、ゲート長は０．２５μｍ以下であればよい。
【００９０】
なお、テラヘルツ電磁波を効率よく発生させるためには、ソース電極１０１及びゲート電極１０２を短絡させた状態で、テラヘルツ波放射素子１０を構成するＦＥＴを飽和領域で動作させるとよい。
【００９１】
また、ゲート電極１０２の電圧により二次元電子ガスの密度を変化させることにより、プラズマ波の速度を制御することができるため、ゲート電圧でテラヘルツ電磁波の周波数を制御することもできる。
【００９２】
また、基板１０８の材料は、テラヘルツ帯において吸収係数の小さいものであることが好ましい。吸収係数の小さい基板としては、例えば、高抵抗シリコン基板を用いることができる。このようにすると、発生したテラヘルツ波を減衰させることなくデバイスから出射させることができる。吸収係数が小さい基板を用いると、テラヘルツ電磁波を基板側から出射させることも可能である。
【００９３】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０の平面構造を示している。
【００９４】
図７に示す本実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０は、上述の図１に示した第１の実施形態に係るテラヘルツ波放射素子１０と比較して、ソース電極１０１を構成する複数のソース電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０１ａ及びドレイン電極１０３を構成する複数のソース電極フィンガー（オーミックフィンガー）１０３ａの各々が、複数のソース配線電極１０１ｂ及び複数のドレイン配線電極１０３ｂに接するように分割して形成されている点で異なり、その他の構成は同様であってその繰り返しの説明は省略する。ただし、ソース配線電極１０１ｂ及びドレイン配線電極１０３ｂが形成されている部分の半導体層にはイオン注入を施して高抵抗領域としている。また、ソース配線電極１０１ｂ及びドレイン配線電極１０３ｂの各々の幅（図面に向かって縦方向の距離）は１０μｍであり、ソース配線電極１０１ｂ及びドレイン配線電極１０３ｂは７５μｍの周期で配置されている。
【００９５】
このように、本実施形態によると、第１の実施形態と同様に、半導体層中にテラヘルツ帯のプラズマ波振動が誘起され、該プラズマ波がオーミック電極の周期構造により放射場に変換されて、テラヘルツ電磁波が外部に放射されることなる。また、テラヘルツ波出射時における各電極を構成する金属によるテラヘルツ波の減衰を抑制することができ、テラヘルツ波を効率良く放射させることが可能となり、高出力のテラヘルツ波放射素子が実現できる。
【００９６】
さらに、本実施形態では、ソース配線電極１０１ｂ及びドレイン配線電極１０３ｂが複数形成されているので、各配線電極に電流を分散して注入することができる。これにより、ソース電極１０１端及びドレイン電極１０３端への電流集中が防止されて、電流密度が低減するため、ソース電極１０１及びドレイン電極１０３を破壊することなく素子に大電流を注入できる。その結果、駆動電流を大きくすることにより二次元電子ガスに誘起されるプラズマ振動の強度が大きくなり、素子の高出力化がさらに可能となる。
【００９７】
これまで述べた実施形態では、ゲート電極がショットキー電極であるショットキーＦＥＴを用いたが、これに限られず、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有するＭＩＳＦＥＴを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、テラヘルツ波放射素子の構造にとって有用であり、特には、イメージング装置、非破壊検査装置及び大容量通信装置などにとって有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１０  テラヘルツ波放射素子
１０１  ソース電極
１０１ａ  ソース電極フィンガー（オーミックフィンガー）
１０１ｂ  ソース配線電極
１０２  ゲート電極
１０２ａ  ゲート電極フィンガー（ショットキーフィンガー）
１０２ｂ  ゲート配線電極
１０３  ドレイン電極
１０３ａ  ドレイン電極フィンガー（オーミックフィンガー）
１０３ｂ  ドレイン配線電極
１０４  配線電極
１０５  ソースパッド
１０６  ゲートパッド
１０７  ドレインパッド
１０８  基板
１０９  窒化物半導体層
１１０  窒化物半導体層
１１１  二次元電子ガス領域
１１２  金属フィンガー
【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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【図８】
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