(57)【要約】  本開示の一側面によると、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された能動素子と、前記能動素子と電気的に並列接続された第１抵抗部と、を備える、テラヘルツ波検出器が提供される。
2019044375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された能動素子と、
前記能動素子と電気的に並列接続された第１抵抗部と、を備える、テラヘルツ波検出器。
【請求項２】
前記半導体基板に各々形成され、互いに絶縁された第１導電体層および第２導電体層を更に備え、
前記能動素子および前記第１抵抗部は各々、前記第１導電体層および前記第２導電体層の間に電気的に配置されている、請求項１に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項３】
前記能動素子は、負性抵抗特性を有する、請求項１または請求項２に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項４】
前記第１抵抗部の抵抗値は、１０〜４０Ωである、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項５】
前記半導体基板上に形成された抵抗層を更に備え、前記第１抵抗部は、前記抵抗層によって形成されている、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項６】
前記抵抗層は、前記能動素子および前記半導体基板の間に物理的に介在している、請求項２に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項７】
前記抵抗層は、前記基板の前記厚さ方向視において、前記能動素子に重なっている、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項８】
前記第１導電体層は、第１導電部と、前記半導体基板の前記厚さ方向視において、前記第２導電部から前記第２導電体層に向かって延びる第２導電部と、を含み、
前記抵抗層は、前記半導体基板の前記厚さ方向視において、前記第１導電部と、前記第２導電部と、前記第２導電体層とに重なっている、請求項５に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項９】
前記抵抗層は、前記基板の厚さ方向視において、前記第２導電部の全体に重なっている、請求項８に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項１０】
前記能動素子は、前記半導体基板の厚さ方向視において、前記半導体基板の前記厚さ方向に直交する第１方向に前記第２導電体層から離間しており、
前記抵抗層は、第１部分および第２部分を含み、
前記第１部分は、前記厚さ方向視において、前記第２導電体層に重なっており、
前記第２部分は、前記第１部分よりも前記第１方向側に位置しており、
前記厚さ方向および前記第１方向に直交する第２方向における前記第２部分の寸法は、前記第１方向に向かうにつれて小さくなっている、請求項８または請求項９に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項１１】
前記抵抗層における前記第２部分は、前記第２方向において互いに反対側に位置する２つの縁を含み、
前記２つの縁はいずれも、前記厚さ方向視において、前記第１方向および前記第２方向のいずれにも傾斜している、請求項１０に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項１２】
前記抵抗層は、前記第１方向に延びる第３部分を含み、前記第２方向における前記第３部分の寸法は、前記第２方向における前記第１部分の寸法よりも、小さい、請求項１０または請求項１１に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項１３】
前記抵抗層は、前記第１導電体層に接する第４部分を含む、請求項１２に記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項１４】
前記能動素子と電気的に直列接続された第２抵抗部を備え、
前記抵抗層は、前記第２抵抗部を形成しており、前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部に物理的につながっている、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
【請求項１５】
テラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振器と、
請求項１に記載のテラヘルツ波検出器と、を備え、
前記テラヘルツ波検出器は、前記テラヘルツ波発振器によって発振された前記テラヘルツ波を、検出する、テラヘルツシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、テラヘルツ波検出器と、テラヘルツユニットと、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタなどの電子デバイスの微細化が進むことにより、電子デバイスの大きさがナノサイズになってきている。そのため、量子効果と呼ばれる新しい現象が観測されるようになっている。そして、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。そのような開発状況のもと、特に、周波数が０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数領域（テラヘルツ帯と呼ばれる）を利用する試みが行われている。このような試みは、たとえば、大容量通信や情報処理、およびイメージングや計測などを行う試みを含む。テラヘルツ帯の周波数領域は、光と電波の中間の未開拓領域である。テラヘルツ帯で動作するデバイスは、多くの用途に利用されうる。このような用途は、上述したイメージングおよび大容量通信・情報処理のほか、物性、天文、生物などのさまざまな分野における計測などを含む。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の第１の側面によると、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された能動素子と、前記能動素子と電気的に並列接続された第１抵抗部と、を備える、テラヘルツ波検出器が提供される。
【０００４】
本開示の第２の側面によると、テラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振器と、本開示の第１の側面によって提供されるテラヘルツ波検出器と、を備え、前記テラヘルツ波検出器は、前記テラヘルツ波発振器によって発振された前記テラヘルツ波を、検出する、テラヘルツシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】第１実施形態のテラヘルツ波検出器の斜視図である。
【図２】第１実施形態のテラヘルツ波検出器の平面図である。
【図３】図２から第１導電体層を省略した図である。
【図４】図２の領域ＩＶの部分拡大図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図２のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】図２のＩＸ−ＩＸ線に沿う他の断面図である。
【図１１】図２のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。
【図１２】図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う他の断面図である。
【図１４】図２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５】図４の部分拡大図である。
【図１６】第１実施形態のテラヘルツユニットのブロック図である。
【図１７Ａ】従来のテラヘルツ波検出器における一部の回路図である。
【図１７Ｂ】第１実施形態のテラヘルツ波検出器における一部の回路図である。
【図１８Ａ】従来のテラヘルツ波検出器の電流電圧特性を示すグラフである。
【図１８Ｂ】第１実施形態のテラヘルツ波検出器の電流電圧特性を示すグラフである。
【図１９Ａ】従来のテラヘルツ波検出器の電圧に対する雑音および検出効率を示すグラフである。
【図１９Ｂ】第１実施形態のテラヘルツ波検出器の電圧に対する雑音および検出効率を示すグラフである。
【図２０】第１実施形態の第１変形例のテラヘルツ波検出器の平面図である。
【図２１】第１実施形態の第２変形例のテラヘルツ波検出器の断面図である。
【図２２】第１実施形態の第２変形例のテラヘルツ波検出器の平面図である。
【図２３】第１実施形態の第３変形例のテラヘルツ波検出器の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、本開示の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【０００７】
＜第１実施形態＞
図１〜図１９Ｂを用いて、本開示の第１実施形態について説明する。
【０００８】
図１は、第１実施形態のテラヘルツ波検出器の斜視図である。図２は、第１実施形態のテラヘルツ波検出器の平面図である。
【０００９】
これらの図に示すテラヘルツ波検出器Ｂ１は、テラヘルツ帯の周波数の電磁波（高周波電磁波）を検出する。テラヘルツ波検出器Ｂ１は、半導体基板１と、第１導電体層２と、第２導電体層３と、絶縁層４（図５等参照）と、能動素子５と、抵抗層７（図４、図５等参照）と、を備える。
【００１０】
半導体基板１は、半導体よりなり、半絶縁性を有する。半導体基板１を構成する半導体は、たとえば、ＩｎＰである。半導体基板１は、表面１１を有する。表面１１は半導体基板１の厚さ方向Ｚ１（図５等参照）を向いている。
【００１１】
図２に示すように、半導体基板１は、縁１３１〜１３４を含む。縁１３１および縁１３３は互いに第１方向Ｘ１に離間している。縁１３１および縁１３３はいずれも、第２方向Ｘ２に沿って延びている。第２方向Ｘ２は、第１方向Ｘ１に直交している。縁１３２および縁１３４は互いに第２方向Ｘ２に離間している。縁１３２および縁１３４はいずれも、第１方向Ｘ１に沿って延びている。縁１３１は縁１３２に物理的につながり、縁１３２は縁１３３に物理的につながり、縁１３３は縁１３４に物理的につながり、縁１３４は縁１３１に物理的につながっている。
【００１２】
図４は、図２の領域ＩＶの部分拡大図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。これらの図に示すように、抵抗層７が、半導体基板１上に位置している。抵抗層７は、能動素子５および半導体基板１の間に物理的に介在している。抵抗層７は、半導体基板１の厚さ方向Ｚ１視において、能動素子５に重なっている。抵抗層７はたとえば上述のようにＧａＩｎＡｓよりなる。抵抗層７にはたとえば、ｎ型不純物が高濃度にドープされている。抵抗層７の詳細については後述する。
【００１３】
図２、図４に示す能動素子５は、半導体基板１に形成されている。能動素子５は、第１導電体層２および第２導電体層３に導通している。能動素子５は、抵抗層７に形成されている。抵抗層７における第１抵抗部７１（図１７Ｂ参照、後述）が形成されていない場合には、能動素子５は、能動素子５から放射された電磁波は、裏面反射体金属層８８に反射されて、半導体基板１に対して垂直方向（厚さ方向Ｚ１）の面発光放射パターンを有する。本実施形態では、第１抵抗部７１（後述）が形成されているため、能動素子５は、電磁波を放出しない。
【００１４】
能動素子５の一例は、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）である。しかしながら、能動素子５は、ＲＴＤ以外のダイオードやトランジスタによって構成されていてもよい。能動素子５としては、たとえば、タンネット（ＴＵＮＮＥＴＴ：Ｔｕｎｎｅｌ  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：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されていてもよい。
【００１５】
能動素子５を実現するための一例を、図６を用いて説明する。ＧａＩｎＡｓ層９２ａが、抵抗層７に配置され、ｎ型不純物がドープされている。ＧａＩｎＡｓ層９３ａは、ＧａＩｎＡｓ層９２ａに配置され、不純物がドープされていない。ＡｌＡｓ層９４ａがＧａＩｎＡｓ層９３ａに配置され、ＩｎＧａＡｓ層９５が、ＡｌＡｓ層９４ａに配置され、ＡｌＡｓ層９４ｂがＩｎＧａＡｓ層９５上に位置している。ＡｌＡｓ層９４ａとＩｎＧａＡｓ層９５とＡｌＡｓ層９４ｂはＲＴＤ部を構成しうる。ＧａＩｎＡｓ層９３ｂは、ＡｌＡｓ層９４ｂに配置され、不純物がドープされていない。ＧａＩｎＡｓ層９２ｂは、ＧａＩｎＡｓ層９３ｂに配置され、ｎ型不純物がドープされている。ＧａＩｎＡｓ層９１ｂがＧａＩｎＡｓ層９２ｂに配置され、ｎ型不純物が高濃度にドープされている。そして、第１導電体層２がＧａＩｎＡｓ層９１ｂ上に位置している。
【００１６】
図示は省略するが、図６とは異なり、ｎ型不純物を高濃度にドープされたＧａＩｎＡｓ層が、ＧａＩｎＡｓ層９１ｂおよび第１導電体層２の間に介在していてもよい。これにより、第１導電体層２とＧａＩｎＡｓ層９１ｂとのコンタクトが良好になりうる。
【００１７】
図５等に示す絶縁層４は、半導体基板１上に形成されている。本実施形態では、抵抗層７上に形成されている。絶縁層４は、能動素子５の側面部を覆っている。絶縁層４は、たとえば、ＳｉＯ2よりなる。あるいは、絶縁層４を構成する材料は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ2、あるいはＡｌ2Ｏ3であってもよい。絶縁層４の厚さは、たとえば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。絶縁層４は、たとえば、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法によって形成されうる。
【００１８】
図２等に示すように、第１導電体層２および第２導電体層３は各々、半導体基板１上に各々形成されている。第１導電体層２および第２導電体層３は互いに絶縁されている。半導体基板１の厚さ方向Ｚ１視において、半導体基板１の厚さ方向Ｚ１に直交する第１方向Ｘ１に第２導電体層３から能動素子５が離間している。第１導電体層２および第２導電体層３は各々、金属の積層構造を有する。第１導電体層２および第２導電体層３の各々の積層構造は、たとえば、Ａｕ、Ｐｄ、およびＴｉが積層された構造である。あるいは、第１導電体層２および第２導電体層３の各々の積層構造は、たとえば、ＡｕおよびＴｉが積層された構造である。第１導電体層２および第２導電体層３の各々の厚さは、たとえば、１０〜２００ｎｍである。第１導電体層２および第２導電体層３は各々、いずれも真空蒸着法、あるいはスパッタリング法などによって形成されうる。
【００１９】
第１導電体層２は、第１部位２１と、第１インダクタンス部２２と、第１キャパシタ部２３と、第１電極２５と、を含む。第２導電体層３は、第２部位３１と、第２インダクタンス部３２と、第２キャパシタ部３３と、第２電極３５と、を含む。
【００２０】
図２、図４、図５に示す第１部位２１は、第１方向Ｘ１に沿って延びる。第１部位２１は、第１導電部２１４と、第２導電部２１５と、第１コンタクト部２１７と、を含む。
【００２１】
図２、図４においては、第１導電部２１４は長矩形状の部位である。第１導電部２１４は、アンテナとして機能しうる。第２導電部２１５は、厚さ方向Ｚ１視において、第１導電部２１４から第２導電体層３に向かって延びている。第２導電部２１５は、厚さ方向Ｚ１視において、能動素子５に重なっている。本実施形態では、第２導電部２１５の全体に、基板の厚さ方向Ｚ１視において、抵抗層７が重なっている。図５に示す例では、第１コンタクト部２１７は、絶縁層４に形成された孔に位置している。第１コンタクト部２１７は、第１導電部２１４に物理的につながっている。第１コンタクト部２１７は、抵抗層７に接している。
【００２２】
図２、図４等に示す第１インダクタンス部２２は、第１部位２１および第１キャパシタ部２３に物理的につながり且つ第１部位２１から第１キャパシタ部２３まで第２方向Ｘ２に沿って延びている。第１インダクタンス部２２は、インダクタンスとして機能しうる。第１インダクタンス部２２の第２方向Ｘ２の長さＬ１（図４参照）は、たとえば、５μｍ〜１００μｍである。第１インダクタンス部２２の幅は、たとえば、１μｍ〜１０μｍである。図４に示すように、厚さ方向Ｚ１視において、第１インダクタンス部２２は抵抗層７から離間している。
【００２３】
第２部位３１は、第３方向Ｘ３に沿って延びる。第３方向Ｘ３は第１方向Ｘ１とは反対の方向である。第２部位３１は、アンテナとして機能しうる。第２インダクタンス部３２は、第２部位３１および第２キャパシタ部３３に物理的につながり且つ第２部位３１から第２キャパシタ部３３まで第２方向Ｘ２に沿って延びている。第２インダクタンス部３２は、インダクタンスとして機能しうる。第２インダクタンス部３２の第２方向Ｘ２の長さＬ２（図４参照）は、たとえば、５μｍ〜１００μｍである。第２インダクタンス部３２の幅は、たとえば、１μｍ〜１０μｍである。第２部位３１は、第２コンタクト部３１７を含む。図５に示すように、本実施形態では、第２コンタクト部３１７は、絶縁層４に形成された孔に位置している。第２コンタクト部３１７は、抵抗層７に接している。図４に示すように、厚さ方向Ｚ１視において、第２インダクタンス部３２は抵抗層７から離間している。
【００２４】
図２、図４等に示すように、第１キャパシタ部２３は、能動素子５に対し第２方向Ｘ２側に位置する。本実施形態では、第１キャパシタ部２３は厚さ方向Ｚ１視において矩形状である。
【００２５】
図３は、図２から第１導電体層２を省略した図である。
【００２６】
図３では、第２キャパシタ部３３は、能動素子５に対し第２方向Ｘ２側に位置する。図１２、図１３に示すように、第２キャパシタ部３３と半導体基板１との間に、第１キャパシタ部２３が介在している。本実施形態とは異なり、第１キャパシタ部２３と半導体基板１との間に第２キャパシタ部３３が介在していてもよい。第２キャパシタ部３３は、第１キャパシタ部２３に積層され、且つ、絶縁層４を介して第１キャパシタ部２３から絶縁されている。第２キャパシタ部３３と第１キャパシタ部２３とが、キャパシタを構成しうる。本実施形態では、第２キャパシタ部３３は厚さ方向Ｚ１視において矩形状である。
【００２７】
第１電極２５は、第１キャパシタ部２３に物理的につながっている。本実施形態では、第１電極２５は矩形状である。本実施形態では、第１電極２５は、ワイヤ８７１（図１１参照）がボンディングされるパッド部である。図１１に示すように、第１電極２５は、半導体基板１に直接接する部位を有する。当該接する部位は、厚さ方向Ｚ１視において、ワイヤ８７１と第１電極２５とが接するワイヤボンディング部に重なっている。
【００２８】
本実施形態では、図２に示すように、厚さ方向Ｚ１視において、第１電極２５は、縁２５１〜２５４を含む。縁２５１および縁２５３はいずれも、第２方向Ｘ２に沿って延びている。縁２５２および縁２５４は互いに第２方向Ｘ２に離間している。縁２５２および縁２５４はいずれも、第１方向Ｘ１に沿って延びている。縁２５１は縁２５２に物理的につながり、縁２５２は縁２５３に物理的につながり、縁２５３は縁２５４から離間し、縁２５４は縁２５１に物理的につながっている。縁２５１および縁２５２は、厚さ方向Ｚ１視において、縁１３１および縁１３２にそれぞれ至っている。本実施形態とは異なり、縁２５１および縁２５２が、厚さ方向Ｚ１視において、縁１３１および縁１３２にそれぞれ至っていなくてもよい。
【００２９】
第２電極３５は、第２キャパシタ部３３に物理的につながっている。本実施形態では、第２電極３５は矩形状である。本実施形態では、第２電極３５は、ワイヤ８７２（図１４参照）がボンディングされるパッド部である。図１２に示すように、第２電極３５は、半導体基板１に直接接する部位を有する。当該接する部位は、厚さ方向Ｚ１視において、ワイヤ８７２と第２電極３５とが接するワイヤボンディング部に重なっている。
【００３０】
本実施形態では、図２に示すように、厚さ方向Ｚ１視において、第２電極３５は、縁１３３および縁１３２に至っている。本実施形態とは異なり、厚さ方向Ｚ１視において、第２電極３５は、縁１３３および縁１３２に至っていなくてもよい。この場合、テラヘルツ波検出器Ｂ１の製造工程において、半導体基板１をダイシングする際に、第２電極３５を切断することに生じうるバリの発生を抑制できる。
【００３１】
本実施形態では、図２に示すように、厚さ方向Ｚ１視において、第２電極３５は、縁３５１〜３５４を含む。縁３５１および縁３５３はいずれも、第２方向Ｘ２に沿って延びている。縁３５２および縁３５４は互いに第２方向Ｘ２に離間している。縁３５２および縁３５４はいずれも、第１方向Ｘ１に沿って延びている。縁３５１は縁３５２に物理的につながり、縁３５２は縁３５３に物理的につながり、縁３５３は縁３５４に物理的につながり、縁３５４は縁３５１から離間している。縁３５２および縁３５３は、厚さ方向Ｚ１視において、縁１３２および縁１３３にそれぞれ至っている。本実施形態とは異なり、縁３５２および縁３５３が、厚さ方向Ｚ１視において、縁１３２および縁１３３にそれぞれ至っていなくてもよい。
【００３２】
図１５は、図４の部分拡大図である。
【００３３】
図１５に示すように、抵抗層７は、半導体基板１の厚さ方向Ｚ１視において、第１導電部２１４と、第２導電部２１５と、第２導電体層３とに重なっている。図５に示すように、本実施形態においては、抵抗層７は、第１抵抗部７１および第２抵抗部７２を含む。第１抵抗部７１および第２抵抗部７２は互いに物理的につながっている。図５では第１抵抗部７１および第２抵抗部７２の境界を二点鎖線によって示しているが、この二点鎖線は、実際に視認できる境界が存在することを必ずしも意味しない。
【００３４】
図１７Ｂは、第１実施形態のテラヘルツ波検出器における一部の回路図の一例である。
【００３５】
図１７Ｂに示すように、第１抵抗部７１は、能動素子５と電気的に並列接続されている。能動素子５および第１抵抗部７１は各々、第１導電体層２および第２導電体層３の間に電気的に配置されている。第１抵抗部７１の抵抗値は、たとえば、１０〜４０Ωであり、より好ましくは、２５〜３５Ωである。図５に示すように第１抵抗部７１は、第１導電体層２における第１コンタクト部２１７に接している。
【００３６】
図１７Ｂに示すように、第２抵抗部７２は、能動素子５と電気的に直列接続されている。図５、図１５に示すように、第２抵抗部７２は、厚さ方向Ｚ１視において、第２導電体層３に重なっている。図５に示すように、第２抵抗部７２は、第２導電体層３における第２コンタクト部３１７に接している。第２抵抗部７２の抵抗値は、たとえば、０〜５Ωである。
【００３７】
図１５に示すように、抵抗層７は、部分７１１〜７１４を含む。
【００３８】
部分７１１は、厚さ方向Ｚ１視において、第２導電体層３に重なっている。部分７１１は、縁７１５Ａ〜Ｃを含む。縁７１５Ａは、第２方向Ｘ２に沿って延びる。縁７１５Ｂおよび縁７１５Ｃは、第２方向Ｘ２において互いに反対側に位置する。縁７１５Ｂおよび縁７１５Ｃは、縁７１５Ａに物理的につながっており、且つ、第１方向Ｘ１に沿って延びる。
【００３９】
部分７１２は、部分７１１よりも第１方向Ｘ１側に位置している。部分７１２は部分７１１に物理的につながっている。本実施形態では、部分７１２は、厚さ方向Ｚ１視において、能動素子５に重なっている。図１５に示す例では、第２方向Ｘ２における部分７１２の寸法Ｌ１２は、第１方向Ｘ１に向かうにつれて小さくなっている。部分７１２は、縁７１５Ｄ、７１５Ｅを含む。縁７１５Ｄ、７１５Ｅは、第２方向Ｘ２において互いに反対側に位置する。縁７１５Ｄ、７１５Ｅはいずれも、厚さ方向Ｚ１視において、第１方向Ｘ１および第２方向Ｘ２のいずれにも傾斜している。
【００４０】
部分７１３は、部分７１２よりも第１方向Ｘ１側に位置している。部分７１３は、部分７１２に物理的につながっている。部分７１３は、第１方向Ｘ１に延びる。第２方向Ｘ２における部分７１３の寸法Ｌ１３は、第２方向Ｘ２における部分７１１の寸法Ｌ１１よりも小さいことが好ましい。
【００４１】
部分７１４は、部分７１３よりも第１方向Ｘ１側に位置している。部分７１４は、部分７１３に物理的につながっている。部分７１４は、第１導電体層２における第１コンタクト部２１７に接している。
【００４２】
図１６に示すように、テラヘルツ波検出器Ｂ１は、テラヘルツ波発振器８１とともに、テラヘルツユニットＣ１を構成しうる。テラヘルツ波発振器８１は、第１抵抗部７１を備えていない点を除き、テラヘルツ波検出器Ｂ１と同様である。テラヘルツ波発振器８１によって発振されたテラヘルツ波は、たとえば、対象物（図示略）を通って、テラヘルツ波検出器Ｂ１によって検出される。
【００４３】
図１７Ａは、従来のテラヘルツ波検出器（第１抵抗部７１が形成されていないテラヘルツ波検出器）の回路の一部を示す。本開示では、能動素子５は負性抵抗特性（電流電圧特性を示すグラフにおいて、傾きが負の値となる特性）を有する。したがって、図１８Ａに示すように、従来のテラヘルツ波検出器の電流電圧特性を示すグラフにおいて、傾きが負の値となる領域Ｒ１１が存在する。図１８Ａ、図１９Ａに示すように、テラヘルツ波検出器においては、領域Ｒ１１がテラヘルツ波を発振する領域である。また、図１９Ａに示すように、領域Ｒ１１における雑音は領域Ｒ１２における雑音と比較して大きい。そのため、図１８Ａに示すように、領域Ｒ１１の上限電圧値よりも少し電圧値が大きい点Ｐ１を、テラヘルツ波を検出する動作点として設定することが多い。図１８Ａに示す例では、領域Ｒ１２がテラヘルツ波を検出するための動作領域である。
【００４４】
図１７Ｂに示すように、本実施形態においては、第１抵抗部７１が、能動素子５と電気的に並列接続されている。このような構成によると、テラヘルツ波検出器Ｂ１が発振することを抑制あるいは防止できる。たとえば、図１８Ｂに示されたいずれの電圧領域においても、電流電圧特性の傾きが、０あるいは正の値となっている。また、図１９Ｂに示すように、図１９Ａに示した領域Ｒ１１における雑音に比べ、電圧の値に依らず、雑音が比較的小さくなっている。そのため、図１８Ｂに示すように、点Ｐ２、Ｐ３を動作点として設定することができる。図１８Ｂに示す例では、領域Ｒ２１、Ｒ２２がテラヘルツ波を検出するための動作領域となりうる。
【００４５】
以上のように、本実施形態によると、テラヘルツ波の発振を抑制あるいは防止しつつ、検出効率のバイアス電圧依存性を低減可能なテラヘルツ波検出器Ｂ１が提供される。
【００４６】
本実施形態においては、第１抵抗部７１の抵抗値は、たとえば、１０〜４０Ωである。たとえば、第１抵抗部７１の抵抗値が１０Ωより小さくなると、テラヘルツ波の検出に寄与せず抵抗部で消費される電流が増加し電力効率が低くなり、検出信号の損失を誘発する。したがって、抵抗値は一定水準以下に小さくせず、通常テラヘルツ用ＲＴＤには１０Ωより小さくすることはあまりない。一方、部分７１１の抵抗値が４０Ωより大きくなると、テラヘルツ波の発振を抑制あるいは防止する効果が低減される問題が生じうる。したがって、第１抵抗部７１の抵抗値がこのような範囲内であることが好ましい。
【００４７】
本実施形態においては、抵抗層７における部分７１１から部分７１４に向かって、あるいは、抵抗層７における部分７１４から部分７１１に向かって、抵抗層７にて電流が流れる。本実施形態においては、部分７１２における縁７１５Ｄ、７１５Ｅはいずれも、厚さ方向Ｚ１視において、第１方向Ｘ１および第２方向Ｘ２のいずれにも傾斜している。このような構成によると、たとえば９０度や２７０度の角度をなす角部を抵抗層７に形成することを極力避けることが可能である。したがって、テラヘルツユニットＣ１による高周波であるテラヘルツ波の検出に悪影響が与えられにくくなる。
【００４８】
本実施形態においては、図１５に示すように、部分７１３は、第１方向Ｘ１に延びる。第２方向Ｘ２における部分７１３の寸法Ｌ１３は、第２方向Ｘ２における部分７１１の寸法Ｌ１１よりも、小さい。このような構成によると、第３部分７１３の第１方向Ｘ１における長さを過度に長くすることなく、部分７１３の抵抗値を大きく確保できる。これにより、抵抗層７に生じうるインダクタンスを抑制しつつ、抵抗層７の抵抗値を所望の大きさとすることができる。
【００４９】
本実施形態においては、抵抗層７は、第１抵抗部７１および第２抵抗部７２を形成している。第２抵抗部７２は、第１抵抗部７１に物理的につながっている。このような構成によると、抵抗層７を形成することにより、第１抵抗部７１の形成および第２抵抗部７２の形成を同時に行うことができる。これにより、テラヘルツ波検出器Ｂ１の製造の効率化を図ることができる。
【００５０】
＜変形例＞
図２０〜図２３を用いて、本開示の変形例について説明する。
【００５１】
図２０においては、第１抵抗部７１が、第１導電体層２および第２導電体層３に対し、図示における右側に位置している点において、図４に示したテラヘルツ波検出器Ｂ１と異なる。このような構成によっても、テラヘルツ波の発振を抑制あるいは防止しつつ、検出効率のバイアス電圧依存性を低減することができる。
【００５２】
図２１、図２２においては、第１抵抗部７１が、第１導電体層２および第２導電体層３上に形成されている点において、図４に示したテラヘルツ波検出器Ｂ１と異なる。本変形例では、第１抵抗部７１は、たとえば、Ｎｉやポリシリコンよりなる。第１抵抗部７１は、第１方向Ｘ１に沿って延びている。このような構成によっても、テラヘルツ波の発振を抑制あるいは防止しつつ、検出効率のバイアス電圧依存性を低減することができる。
【００５３】
図２３においては、第１抵抗部７１が、第１導電体層２および第２導電体層３に対し、図２３における上側に位置している点において、図２２に示したテラヘルツ波検出器と異なる。このような構成によっても、テラヘルツ波の発振を抑制あるいは防止しつつ、検出効率のバイアス電圧依存性を低減することができる。
【００５４】
本開示において、「ある物Ａがある物Ｂに形成されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に形成されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接形成されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに形成されていること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂに配置されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に配置されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接配置されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに配置されていること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂ上に位置している」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに接していること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在していること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂに積層されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に積層されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接積層されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに積層されていること」を含む。
【００５５】
本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００５６】
本開示は、以下の付記を含む。
［付記１］
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された能動素子と、
前記能動素子と電気的に並列接続された第１抵抗部と、を備える、テラヘルツ波検出器。
［付記２］
前記半導体基板に各々形成され、互いに絶縁された第１導電体層および第２導電体層を更に備え、
前記能動素子および前記第１抵抗部は各々、前記第１導電体層および前記第２導電体層の間に電気的に配置されている、付記１に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記３］
前記能動素子は、負性抵抗特性を有する、付記１または付記２に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記４］
前記第１抵抗部の抵抗値は、１０〜４０Ωである、付記１ないし付記３のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
［付記５］
前記半導体基板上に形成された抵抗層を更に備え、前記第１抵抗部は、前記抵抗層によって形成されている、付記１ないし付記４のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
［付記６］
前記抵抗層は、前記能動素子および前記半導体基板の間に物理的に介在している、付記２に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記７］
前記抵抗層は、前記基板の前記厚さ方向視において、前記能動素子に重なっている、付記１ないし付記６のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
［付記８］
前記第１導電体層は、第１導電部と、前記半導体基板の前記厚さ方向視において、前記第２導電部から前記第２導電体層に向かって延びる第２導電部と、を含み、
前記抵抗層は、前記半導体基板の前記厚さ方向視において、前記第１導電部と、前記第２導電部と、前記第２導電体層とに重なっている、付記５に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記９］
前記抵抗層は、前記基板の厚さ方向視において、前記第２導電部の全体に重なっている、付記８に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記１０］
前記能動素子は、前記半導体基板の厚さ方向視において、前記半導体基板の前記厚さ方向に直交する第１方向に前記第２導電体層から離間しており、
前記抵抗層は、第１部分および第２部分を含み、
前記第１部分は、前記厚さ方向視において、前記第２導電体層に重なっており、
前記第２部分は、前記第１部分よりも前記第１方向側に位置しており、
前記厚さ方向および前記第１方向に直交する第２方向における前記第２部分の寸法は、前記第１方向に向かうにつれて小さくなっている、付記８または付記９に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記１１］
前記抵抗層における前記第２部分は、前記第２方向において互いに反対側に位置する２つの縁を含み、
前記２つの縁はいずれも、前記厚さ方向視において、前記第１方向および前記第２方向のいずれにも傾斜している、付記１０に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記１２］
前記抵抗層は、前記第１方向に延びる第３部分を含み、前記第２方向における前記第３部分の寸法は、前記第２方向における前記第１部分の寸法よりも、小さい、付記１０または付記１１に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記１３］
前記抵抗層は、前記第１導電体層に接する第４部分を含む、付記１２に記載のテラヘルツ波検出器。
［付記１４］
前記能動素子と電気的に直列接続された第２抵抗部を備え、
前記抵抗層は、前記第２抵抗部を形成しており、前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部に物理的につながっている、付記１ないし付記１３のいずれかに記載のテラヘルツ波検出器。
［付記１５］
テラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発振器と、
付記１に記載のテラヘルツ波検出器と、を備え、
前記テラヘルツ波検出器は、前記テラヘルツ波発振器によって発振された前記テラヘルツ波を、検出する、テラヘルツシステム。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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