量子井戸の薄層化と深化による共鳴トンネルダイオードのテラヘルツ発振周波数上昇

摘要

We report on the increase in frequency for terahertz (THz) oscillating AlAs/InGaAs resonant tunneling diodes (RTDs) with deep and thin wells while the bias voltage is maintained. Although increases in oscillation frequency and output power have been obtained for thin-well RTDs through a decrease in dwell time at resonant tunneling region, this causes an increase in bias voltage. We introduce indium-rich InGaAs into the well material to maintain or even to reduce the bias voltage due to depression of the well bottom. Two RTDs with different well structures are employed. The indium compositions of InGaAs quantum wells for these RTDs were 0.8 and 0.9， with the well thicknesses of 3.5 and 3.0 nm, respectively. The latter has a deep and thin well. The voltage at the current peak of the RTD without the deep well was 0.31V， whereas an almost identical but slightly reduced peak voltage of 0.28 V was obtained by the deep well despite the decreased thickness. The oscillators were fabricated with the integration of 20-(im-long slot antennas to these RTDs. The highest oscillation frequencies were 1.27 and 0.96 THz for RTDs with and without the deep and thin well, respectively. The increase in oscillation frequency for the thin quantum well was attributed to a decrease in the intrinsic delay due to the thin well.%GalnAs/AlAs 二重障壁共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いたテラへルツ発振器において、量子井戸層の薄層化と深化により、バイアス電圧を増加させることなく、発振周波数の上昇を得た。発振周波数と出力の上昇は井戸層の薄層化による共鳴トンネル領域滞在時間の短縮を用いて可能となっているが、バイアス電圧も上昇することが問題であった。本報告ではバイアス電圧の上昇を抑えさらには低下させるために、薄層化とともに井戸層にインジウム組成の大きいInGaAsを用いて井戸の底を下げる方法を導入した。量子井戸層のインジウム組成が0.8と0.9で、井戸幅がそれぞれ3.5および3nmの2つのRTDを 用いた。後者において薄層化および深化した量子井戸が用いられている。電流ピークにおけるバイアス電圧は、深い井戸を用いないRTDでは0.31Vであったが、深い井戸のRTDでは薄い井戸幅にもかかわらず0.28Vとやや低い値となった。これらのRTOに20nmのスロットアンテナを集積して発振器を作製した。得られた発振周波数の最大値は、薄層化および深化した井戸層とそうでない場合で、それぞれ1.27および0.96THZであり、井戸層の薄層化により発振周波数が上昇した。