專利名稱：波導(dǎo)、包括該波導(dǎo)的裝置及制造該波導(dǎo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)、包括所述波導(dǎo)的裝置以及制造所述波導(dǎo)的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于從毫米波帶到太赫茲波帶(30GHz到30THZ)(下文中，又稱為太赫茲波)的頻帶中的電磁波的波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
在太赫茲波的頻帶中，存在生物材料、醫(yī)藥、電子材料等的很多有機(jī)分子的源自其結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的吸收峰。此外，太赫茲波容易穿透諸如紙張、陶瓷、樹(shù)脂和布料等材料。近年來(lái)，已經(jīng)對(duì)使用太赫茲波的這些特性的成像技術(shù)和感測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。例如，期望其對(duì)于用于代替X射線裝置的安全熒光檢查裝置、制造工藝中的在線(in-line)無(wú)創(chuàng)檢查裝置等的應(yīng)用?！ぷ鳛殡娏髯⑷胄吞掌澆ü庠矗谘芯恳环N結(jié)構(gòu)，其使用基于半導(dǎo)體量子阱結(jié)構(gòu)中的電子的子帶間躍遷的電磁波增益。Appl. Phys. Lett. 83，2124(2003)提出了一種太赫茲波帶量子級(jí)聯(lián)激光器(quantum cascade laser,下文中，又稱為QCL),其中,被稱為低損耗波導(dǎo)的雙面金屬波導(dǎo)(double-side metal waveguide,下文中，又稱為DMW)被集成為諧振器。該元件通過(guò)在表面等離激元模式下把感應(yīng)地發(fā)射的太赫茲波引導(dǎo)到諧振器結(jié)構(gòu)(諧振器結(jié)構(gòu)中金屬放置在由大約10 Pm厚度的半導(dǎo)體薄膜形成的增益介質(zhì)之上以及之下)而通過(guò)優(yōu)異光封閉(confinement)和低損耗傳播來(lái)獲得大約3THz的激光振蕩。另一方面，已知多量子阱結(jié)構(gòu)歸因于對(duì)其施加的應(yīng)變而改變其特性。在Sensorsand Actuators, A, 143 (2008), 230-236 中，作出這樣的報(bào)告諧振隧道二極管(resonanttunnel diode,下文中，又稱為RTD)的特性歸因于對(duì)其施加的應(yīng)變而改變。在Sensors andActuators, A, 143 (2008), 230-236中，觀測(cè)到在接近IOOMPa的應(yīng)力時(shí)負(fù)微分電阻的大約兩倍的改變。此外，公開(kāi)了一種具有如美國(guó)專利No. 7，693，198中描述的波導(dǎo)的激光設(shè)備。Appl. Phys. Lett. 83, 2124(2003)中公開(kāi)的DMW具有這樣的結(jié)構(gòu)其中，兩個(gè)金屬層夾住具有大約10 u m的厚度的半導(dǎo)體層，并且通過(guò)使用金屬接合技術(shù)等將半導(dǎo)體薄膜轉(zhuǎn)移到不同襯底上來(lái)制造DMW。另一方面，其中層疊具有不同晶格常數(shù)和不同熱膨脹系數(shù)的薄膜材料的結(jié)構(gòu)通常已知易于歸因于制造工藝而在其中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。因此，在常規(guī)結(jié)構(gòu)中，歸因于制造工藝等的應(yīng)變或缺陷可能改變作為增益介質(zhì)的半導(dǎo)體薄膜的特性，從而導(dǎo)致振蕩特性的惡化或不穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)鑒于上述問(wèn)題作出了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)包括第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層，其包括相對(duì)于波導(dǎo)模式下的電磁波具有負(fù)介電常數(shù)實(shí)部的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)；以及核心層，其與第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層接觸，并且被放置在第一導(dǎo)體層與第二導(dǎo)體層之間，并且包括半導(dǎo)體部分。包括半導(dǎo)體部分的核心層具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)，此夕卜，滿足以下要求中的至少一個(gè)
(I)凹入凸出結(jié)構(gòu)被布置在與在波導(dǎo)模式下的電磁波的傳播方向垂直的方向上，并且具有多個(gè)凸出部分。(2)凹入凸出結(jié)構(gòu)具有小于Xg/2的節(jié)距長(zhǎng)度，其中，Xg=X/ne，A是所述電磁波的波長(zhǎng)，ne是波導(dǎo)的等效折射率；以及(3)凹入凸出結(jié)構(gòu)具有小于IOOiim的節(jié)距長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)具有其中包括半導(dǎo)體部分的核心層在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)。因此，即使使用不同材料(例如負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)的第一導(dǎo)體層、包括半導(dǎo)體部分的核心層、以及負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)的第二導(dǎo)體層)的層疊結(jié)構(gòu)，歸因于由微小(minute)凹入凸出結(jié)構(gòu)引起的減小應(yīng)力的效應(yīng)，由晶格常數(shù)差或熱膨脹系數(shù)差產(chǎn)生的應(yīng)變減小了。更具體地說(shuō)，存在以下三種情況(1)凹入凸出結(jié)構(gòu)被布置在與在波導(dǎo)模式下的電磁波的傳播方向垂直的方向上，并且具有多個(gè)凸出部分；(2)凹入凸出結(jié)構(gòu)可以具有小·于X g/2的節(jié)距長(zhǎng)度，其中，Xg=XAv A是電磁波的波長(zhǎng)，~是波導(dǎo)的等效折射率；以及
(3)凹入凸出結(jié)構(gòu)可以具有小于IOOiim的節(jié)距長(zhǎng)度。因此，抑制了歸因于制造工藝等的應(yīng)變或缺陷或在初始狀態(tài)中或操作期間在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的應(yīng)變或缺陷，并且因此，可預(yù)期特性(比如振蕩特性)的改進(jìn)和穩(wěn)定。例如，可以提供一種在尺寸方面容易制造并且在太赫茲波的頻帶中穩(wěn)定地工作的半導(dǎo)體元件、以及一種制造該半導(dǎo)體元件的方法。根據(jù)參照附圖的示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的更多特征將變得清楚。


圖1A、圖IB和圖IC是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和示例I的元件的視圖。圖2A、圖2B和圖2C是示出根據(jù)本發(fā)明的示例2的元件的視圖。圖3A、圖3B、圖3C1、圖3C2、圖3C3、圖3C4、圖3D1、圖3D2、圖3D3和圖3D4是示出根據(jù)本發(fā)明的制造波導(dǎo)的方法的示例的視圖。圖4A、圖4B和圖4C是示出根據(jù)本發(fā)明的示例3的元件的視圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明示例3的元件的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的圖。圖6A、圖6B和圖6C是示出根據(jù)本發(fā)明的示例3的元件的修改示例的視圖。圖7是示出使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和示例的元件的應(yīng)用示例的視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)，其特征在于核心層，與用于限定波導(dǎo)的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)的兩個(gè)導(dǎo)體層接觸并且放置在所述兩個(gè)導(dǎo)體層之間，并且包括半導(dǎo)體部分，核心層具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)。此外,滿足以下要求中的至少一個(gè)(1)凹入凸出結(jié)構(gòu)設(shè)置為使得在與波導(dǎo)模式下的電磁波的傳播方向垂直的方向上延伸；(2)凹入凸出結(jié)構(gòu)具有小于X g/2的節(jié)距長(zhǎng)度，其中，Xg=XAv A是電磁波的波長(zhǎng)，\是波導(dǎo)的等效折射率；以及(3)凹入凸出結(jié)構(gòu)具有小于lOOym的節(jié)距長(zhǎng)度。凹入凸出結(jié)構(gòu)可以是在厚度方向上穿過(guò)核心層的分隔槽、通過(guò)在厚度方向上向下挖所述核心層到中途所獲得的盲槽、核心層中提供的中空部分等。當(dāng)半導(dǎo)體部分包括具有如下述的電磁波增益的有源層時(shí)，關(guān)于效果，優(yōu)選的是，盲槽被挖掘從而穿過(guò)有源層，但是即使盲槽在到達(dá)有源層之前停止，也獲得特定級(jí)別的效果。此外，作為槽或中空部分的凹入部分可以是原樣的空間，但可以通過(guò)用電介質(zhì)或絕緣體填充空間而形成為間隔物。在待放置于上面的導(dǎo)體層的形狀的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等方面，后一種情況是優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明，使用通過(guò)在凹入凸出結(jié)構(gòu)的一端的失配錯(cuò)位(misfitdislocation)等減小應(yīng)力的效果，并且因此，只要可以如此產(chǎn)生應(yīng)變減小，就可以在核心層中形成任何種類的凹入凸出結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)可以用作用于電磁波的簡(jiǎn)單波導(dǎo)，并且，如以下實(shí)施例和示例中描述的那樣，半導(dǎo)體部分可以還具有電磁波增益部分，以形成振蕩器、電磁波檢測(cè)元件、電磁波放大元件等。以下參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和示例的波導(dǎo)、包括該波導(dǎo)的元件以及制造該波導(dǎo)的方法。實(shí)施例參照?qǐng)DIA至圖IC描述包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波導(dǎo)的振蕩器100。圖IA是平面圖，圖IB是沿著圖IA的直線1B-1B取得的截面圖，圖IC是沿著圖IA的直線1C-1C取得的 截面圖。振蕩器100包括具有電磁波增益并且其中的每一個(gè)都以島形狀形成的多個(gè)半導(dǎo)體部分101、間隔物102、以及作為相對(duì)于波導(dǎo)模式下的電磁波具有負(fù)介電常數(shù)實(shí)部的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)的導(dǎo)體層的第一金屬層103和第二金屬層104,并且被安裝在襯底105上。在該實(shí)施例中，以下描述的有源層106以及在有源層106之上和之下提供的半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體部分101。半導(dǎo)體部分101和間隔物102形成核心層108。作為包層的兩個(gè)金屬層103和104以及核心層108形成被稱為DMW的波導(dǎo)107。存在多個(gè)半導(dǎo)體部分101，其被在厚度方向上延伸的分隔槽彼此分隔，并且其中每一個(gè)半導(dǎo)體部分以島形狀形成。優(yōu)選的是，半導(dǎo)體部分101的大小在IOiim到約亞微米的范圍中。在具有這樣尺寸的用于毫米波到太赫茲波的頻帶的元件中，半導(dǎo)體部分101的大小被設(shè)置為使得波導(dǎo)107在縱向方向和橫向方向上的寬度等于或小于X g/2，優(yōu)選地，等于或小于Xg/10。Ag是在振蕩模式下的波導(dǎo)107的波導(dǎo)波長(zhǎng)，并且由Xg=X/ne表示，其中，\是電磁波的波長(zhǎng)，ne是波導(dǎo)107的等效折射率。彼此接近地提供兩個(gè)金屬層103和104，從而其間的距離是例如\ g或更小。半導(dǎo)體部分101包括具有用于通過(guò)載流子的子帶間躍遷而生成太赫茲波的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層106，并且具有電磁波增益。作為有源層106，例如，具有幾百至幾千層的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的諧振隧道結(jié)構(gòu)或量子級(jí)聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)是合適的。該實(shí)施例描述為這樣的情況其中，諧振隧道二極管(RTD)用作有源層106。RTD具有基于負(fù)微分電阻區(qū)域中的光子協(xié)助隧穿現(xiàn)象(photon-assisted tunneling phenomenon)的在毫米波到太赫茲波的頻帶中的電磁波增益。優(yōu)選的是，半導(dǎo)體部分101包括有源層106之上和之下的重?fù)诫s層作為用于將電流注入RTD中的發(fā)射極/集電極。具有電磁波增益并且包括有源層106的半導(dǎo)體部分101與兩個(gè)金屬層103和104接觸，并且放置在這兩個(gè)金屬層103和104之間。具體地說(shuō)，該實(shí)施例的特征在于所述凹入凸出結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，其特征在于以下三個(gè)特征(1)凹入凸出結(jié)構(gòu)被布置在與在波導(dǎo)模式下的電磁波的傳播方向垂直的方向上，并且具有多個(gè)凸出部分。(2)凹入凸出結(jié)構(gòu)的節(jié)距長(zhǎng)度小于入§/2，其中，入8=入/1^，入是電磁波的波長(zhǎng)，ne是波導(dǎo)的等效折射率；以及(3)凹入凸出結(jié)構(gòu)的節(jié)距長(zhǎng)度小于100 iim。通過(guò)提供這樣的結(jié)構(gòu)，凹入凸出結(jié)構(gòu)可以被視為這樣的結(jié)構(gòu)其中，反射、散射、折射等對(duì)波導(dǎo)模式下的電磁波的影響是可忽略的。
用于使得核心層108具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)的間隔物102被布置在鄰近的半導(dǎo)體部分101之間，從而與半導(dǎo)體部分101接觸。在面內(nèi)方向上，半導(dǎo)體部分101形成凹入凸出結(jié)構(gòu)的凸出部分，而間隔物102形成凹入凸出結(jié)構(gòu)的凹入部分。作為間隔物102，與半導(dǎo)體部分101的材料不同的材料(諸如電介質(zhì)或絕緣體等)是合適的，并且相對(duì)于要振蕩的電磁波的低損耗材料是優(yōu)選的。間隔物102的材料可以是具有與半導(dǎo)體部分101不同的晶格常數(shù)的材料、多晶材料、或非結(jié)晶材料。優(yōu)選的是，采用的材料使得半導(dǎo)體部分101中的每個(gè)半導(dǎo)體部分101都以島形狀形成，也就是說(shuō)，形成不連續(xù)膜。關(guān)于間隔物102的大小，優(yōu)選的是，在波導(dǎo)107的縱向方向和橫向方向上的間隔物102的寬度等于或小于Ag/2，更優(yōu)選地，等于或小于Xg/10。原因在于，大小被設(shè)置為波長(zhǎng)的1/10的結(jié)構(gòu)可以通常被視為這樣的結(jié)構(gòu)其中，反射、散射、折射等對(duì)該波長(zhǎng)的電磁波的影響可忽略。如上所述，第二金屬層104和第一金屬層103分別放置在半導(dǎo)體部分101和間隔物102之上和之下。半導(dǎo)體部分101機(jī)械地且電氣地與第一金屬層103和第二金屬層104接觸。這允許作為有源層106的RTD由在第一金屬層103與第二金屬層104之間施加的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。此外，優(yōu)選的是，間隔物102至少機(jī)械地與金屬層103和104接觸。間隔物102·在確定彼此接近的第一金屬層103與第二金屬層104之間的距離時(shí)起作用，并且使波導(dǎo)107成為剛性穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。如上所述，根據(jù)該實(shí)施例的振蕩器100包括作為DMW的波導(dǎo)107。波導(dǎo)107包括核心層108，其包括具有電磁波增益的半導(dǎo)體部分101 ;以及包層，其包括彼此接近的第一金屬層103和第二金屬層104。第一金屬層103與第二金屬層104之間的距離小于或等于入g/2，優(yōu)選地小于或等于入g/10，其中，入g是振蕩模式下振蕩器100的波導(dǎo)波長(zhǎng)。在此，毫米波到太赫茲波的頻帶中的電磁波在不存在衍射限制的表面等離激元模式下傳播通過(guò)波導(dǎo)107。為了獲得其中波導(dǎo)波長(zhǎng)為\ g的振蕩模式，如在半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域中已知的那樣，作為電磁波的傳播方向的波導(dǎo)107的縱向方向上的長(zhǎng)度L設(shè)置為\ g/2的整數(shù)倍。根據(jù)該實(shí)施例的振蕩器具有如上描述的波導(dǎo)107。通過(guò)層疊具有不同晶格常數(shù)和不同熱膨脹系數(shù)的薄膜材料形成的結(jié)構(gòu)(例如金屬/半導(dǎo)體部分/金屬)可以歸因于半導(dǎo)體部分中的制造工藝等而產(chǎn)生應(yīng)變。通常，通過(guò)形成半導(dǎo)體膜的工藝或制造元件的工藝的熱遲滯等而在薄膜中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力近似在±lGPa的范圍中。歸因于工藝，在半導(dǎo)體部分101或有源層106中可能產(chǎn)生±0. 1%至±1%的應(yīng)變，其中，“ + ”表示拉伸應(yīng)力，而表示壓縮應(yīng)力。此外，當(dāng)如在傳統(tǒng)情況下那樣通過(guò)接合不同種類的襯底來(lái)制造DMW結(jié)構(gòu)時(shí)，歸因于熱膨脹系數(shù)差的熱壓力或接合界面周圍的應(yīng)力集中可能在半導(dǎo)體部分中產(chǎn)生應(yīng)變。相反，本發(fā)明的元件包括半導(dǎo)體部分101，其大小被設(shè)置為使得在波導(dǎo)107的寬度方向上的寬度等于或小于X g/2至X g/10 (在太赫茲波的頻帶中的10 ii m至亞微米),其中的每一個(gè)半導(dǎo)體部分都以島形狀形成，并且半導(dǎo)體部分101包括有源層106以及在半導(dǎo)體部分101之間布置的間隔物102。以此方式，通過(guò)把半導(dǎo)體部分形成為并非常規(guī)連續(xù)膜而是大小被設(shè)置為如波長(zhǎng)那樣微小或更小的島形狀結(jié)構(gòu)的增益介質(zhì)，通過(guò)在島結(jié)構(gòu)的一端處的失配錯(cuò)位減小應(yīng)變的效果可以減小半導(dǎo)體部分中產(chǎn)生的應(yīng)變。在該實(shí)施例的元件中，太赫茲波的頻帶中的振蕩模式下的波導(dǎo)波長(zhǎng)Ag將半導(dǎo)體部分的厚度和寬度分別確定為幾十微米至0. I ii m以及幾十微米至0. I ii m,這對(duì)于用于減小應(yīng)變的結(jié)構(gòu)是合適的。此外，在根據(jù)該實(shí)施例的元件中，通過(guò)在鄰近半導(dǎo)體部分101之間布置電介質(zhì)或絕緣體的間隔物102，使DMW結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。通過(guò)把相對(duì)于毫米波至太赫茲波的低損耗材料用作間隔物102，歸因于自由電子吸收、導(dǎo)體損耗等的波導(dǎo)損耗減小。此外，為了高效地放大波導(dǎo)107中的駐波，期望包括有源層106作為增益介質(zhì)的半導(dǎo)體部分101至少被布置在要被作為振蕩模式下的諧振電場(chǎng)中的波腹的位置處。不貢獻(xiàn)于電磁波增益的放大的間隔物102可以被布置在要被作為諧振電場(chǎng)的波節(jié)的位置處?，F(xiàn)參照?qǐng)D3A、圖3B、圖3C1至圖3C4以及圖3D1至圖3D4描述制造波導(dǎo)的方法的示例。該制造方法包括以下步驟在半導(dǎo)體層中形成凹入部分；以及使用用于提供間隔物的物質(zhì)填充凹入部分。更具體地說(shuō)，通過(guò)以下步驟制造該實(shí)施例中描述的元件以及作為元件的諧振器的波導(dǎo)307，可以減少歸因于制造工藝等在初始狀態(tài)中或操作期間在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的應(yīng)變或缺陷。波導(dǎo)307包括包層，通過(guò)彼此靠近從而其間的距離等于或小于波導(dǎo)波長(zhǎng)入g的第一導(dǎo)體層303和第二導(dǎo)體層304形成；以及核心層308,放置在導(dǎo)體層303與304之間。核心層308包括每個(gè)均以島形狀形成的多個(gè)半導(dǎo)體部分301以及間隔物302。在包括以下步驟(A)至(F)的工藝中制造波導(dǎo)307
·
(A)制備在上表面上具有半導(dǎo)體部分301的第一襯底309 ；(B)制備第二襯底305 ；(C)經(jīng)由第一導(dǎo)體層303將第一襯底309上的半導(dǎo)體部分301轉(zhuǎn)移到第二襯底305的上表面上；(D)將半導(dǎo)體部分301劃分為島形狀；(E)在每一個(gè)都以島形狀形成的劃分出的半導(dǎo)體部分301之間布置間隔物302 ;以及(F)在半導(dǎo)體層301的上表面上形成第二導(dǎo)體層304。關(guān)于與圖3A、圖3B和圖3C1至圖3C4的關(guān)系，圖3A對(duì)應(yīng)于步驟(A)，圖3B對(duì)應(yīng)于步驟(B)，圖3C1至圖3C2對(duì)應(yīng)于步驟(C)，圖3C3對(duì)應(yīng)于步驟(D)和(E)，圖3C4對(duì)應(yīng)于步驟(F)。步驟(A)至(F)不一定要求按該順序(圖3A、圖3B、以及圖3C1至圖3C4)執(zhí)行。例如，如圖3 (圖3D I至圖3D4)的右側(cè)所示，即使按(么)、(8)、(0)、化)、(0和^)的順序執(zhí)行步驟，也可以減少轉(zhuǎn)移中產(chǎn)生的應(yīng)力，并且減少應(yīng)變的效果在預(yù)料之中。此外，當(dāng)半導(dǎo)體部分301包括具有電磁波增益的有源層時(shí)，就制成了包括波導(dǎo)307作為諧振器的振蕩器100。如果制造方法包括步驟(D)和(E)，則可以抑制在初始狀態(tài)中或操作期間可能產(chǎn)生半導(dǎo)體的應(yīng)變的結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變。如果以金屬形成第一導(dǎo)體層303和第二導(dǎo)體層304，則實(shí)現(xiàn)執(zhí)行低損耗傳播和高效封閉的雙等離激元波導(dǎo)。如果以半導(dǎo)體形成第二導(dǎo)體層304，則可以實(shí)現(xiàn)低損耗單等離激元波導(dǎo)。如上所述，在該實(shí)施例中，即使使用作為包括不同種類薄膜的材料的金屬(導(dǎo)體層)/半導(dǎo)體部分/金屬(導(dǎo)體層)的層疊結(jié)構(gòu)，也可提供其中歸因于制造工藝等而在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的應(yīng)變和缺陷被抑制了的元件，以及一種制造所述元件的方法。因此，根據(jù)該實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)在太赫茲波的頻帶中穩(wěn)定地工作的振蕩器等。以下描述更多具體示例。示例 I現(xiàn)參照?qǐng)DIA至圖IC以及圖3A、圖3B、圖3C1至圖3C4以及圖3D1至圖3D4描述根據(jù)本發(fā)明的具體示例I的元件。在示例I中，作為具有用于通過(guò)子帶間躍遷而生成太赫茲波的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層106，使用與InP襯底晶格匹配的基于InGaAs/InAlAs的諧振隧道二極管結(jié)構(gòu)。有源層106具有半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，其中，按從頂部開(kāi)始的順序?qū)盈B n-InGaAs (50nm, I X 1018cm 3)、InGaAs (5nm)、AlAs (I. 3nm)、InGaAs (7. 6nm, *)、InAlAs (2. 6nm)、InGaAs (5. 6nm, *)、AlAs (I. 3nm)、InGaAs (5nm)和n-InGaAs (50nm, I X IO18CnT3)。在厚度之后具有星號(hào)(*)的InGaAs層要成為量子講層，而沒(méi)有星號(hào)(*)的基于InAlAs的材料要成為勢(shì)壘層，以形成三壘諧振隧道結(jié)構(gòu)。與InP襯底不晶格匹配的AlAs層比臨界薄膜更薄，并且是高能量壘。此外，在頂部和底部的摻雜有高密度載流子的n-InGaAs層是發(fā)射極/集電極層，用于將電子注入到諧振隧道結(jié)構(gòu)/從諧振隧道結(jié)構(gòu)抽取電子。在發(fā)射極/集電極層與勢(shì)壘層之間放置的InGaAs (5nm)層是用于防止作為摻雜材料的Si的擴(kuò)散的層。半導(dǎo)體部分101包括上述有源層106和被放置在有源層106之上和之下并且摻雜有高密度載流子的n-InGaAs層(500nm，IX 1019cm_3)。摻雜層分別以相對(duì)低電阻連接半導(dǎo)體部分101以及放置在半導(dǎo)體部分101之上和之下的第一金屬層103和第二金屬層104。第·一金屬層103和第二金屬層104中的每一個(gè)包括Ti/Pd/Au層疊膜。振蕩器100經(jīng)由第一金屬層103和第二金屬層104連接到電源，并且用于驅(qū)動(dòng)的偏置電壓提供至振蕩器100。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，振蕩器100基于負(fù)微分電阻區(qū)域中的光子協(xié)助隧穿現(xiàn)象生成毫米波到太赫茲波的頻帶的電磁波。波導(dǎo)107具有Fabry-Perot諧振器結(jié)構(gòu)，并且在電磁波的傳播方向上包括至少兩個(gè)端面，使用來(lái)自端面的反射而使得電磁波成為駐波。因此，波導(dǎo)107的傳播方向(波導(dǎo)107的縱向方向)上的長(zhǎng)度L是在確定振蕩波長(zhǎng)中的因素。在該示例中，波導(dǎo)107的長(zhǎng)度L是1mm，其為Xg的5倍大，并且波導(dǎo)107的寬度是0.02mm。因此，第二金屬層104處于ImmX0. 02mm的矩形圖案中。每個(gè)均以島形狀形成從而彼此分離的半導(dǎo)體部分101包括在與波導(dǎo)模式下電磁波的傳播方向垂直的方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體部分中的每一個(gè)在具有2iim寬度的方形中，九個(gè)半導(dǎo)體部分101被布置在波導(dǎo)107的縱向方向上，節(jié)距長(zhǎng)度是IOOiim(入g/2)，三個(gè)半導(dǎo)體部分101被布置在波導(dǎo)107的橫向方向上，節(jié)距長(zhǎng)度是5 iim。以此方式，提供凹入凸出結(jié)構(gòu)，從而在與波導(dǎo)模式下電磁波的傳播方向垂直的橫向方向上延伸。注意，在圖IA至圖IC中，節(jié)距長(zhǎng)度是一個(gè)凹入部分的長(zhǎng)度與一個(gè)凸出部分的長(zhǎng)度的和。與波導(dǎo)模式下電磁波的傳播方向平行的節(jié)距長(zhǎng)度由PLl表示，在面內(nèi)方向上且在與傳播方向垂直的方向上的節(jié)距長(zhǎng)度由PL2表示。為了容易理解結(jié)構(gòu)特性，減少半導(dǎo)體部分101的數(shù)量。半導(dǎo)體部分101被布置在將要成為波導(dǎo)107的振蕩模式下諧振電場(chǎng)中的波腹的位置處。在該示例中，波導(dǎo)107的端面是開(kāi)放端，至少距端面X g/2的位置是諧振電場(chǎng)中的波腹的位置。此外，作為間隔物102，在太赫茲波帶中是低損耗的BCB (苯并環(huán)丁烯，benzocyclobutene)被布置在鄰近的半導(dǎo)體部分101之間，從而與半導(dǎo)體部分101接觸。通過(guò)把相對(duì)于毫米波至太赫茲波的低損耗材料用作間隔物102，歸因于自由電子吸收、導(dǎo)體損耗等的波導(dǎo)損耗減小。從半導(dǎo)體部分101的厚度可見(jiàn)，第一金屬層103與第二金屬層104之間的距離大約是I U m,并且間隔物102被設(shè)置為具有相同厚度。在該示例中，波導(dǎo)107的核心層108的多于90%是作為間隔物102的BCB，因此，如果當(dāng)振蕩頻率是ITHz時(shí)的等效折射率是大約I. 5，則振蕩模式下的波導(dǎo)波長(zhǎng)X g是200 y m。因此，半導(dǎo)體部分101的大小近似等于Ag/100，節(jié)距長(zhǎng)度等于Ag/2，間隔物102的大小近似等于Ag/2。注意，當(dāng)波導(dǎo)107的核心層108中的半導(dǎo)體部分101的比例高時(shí)，如以下示例2中描述的那樣，等效折射率增大，當(dāng)比例為一半時(shí)，等效折射率在示例I與示例2的等效折射率的中間?，F(xiàn)參照?qǐng)D3A、圖3B以及圖3C1至圖3C4描述制造該示例的元件的波導(dǎo)307a的方法。作為第一襯底，制備具有多量子阱結(jié)構(gòu)的InP襯底309，多量子阱結(jié)構(gòu)形成InP襯底上外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體部分301 (圖3A)。作為第二襯底，制備GaAs襯底305 (圖3B)。通過(guò)真空沉積在InP襯底309的上表面(上面放置有半導(dǎo)體部分301的表面)上形成Ti/Pd/Au層(20nm/20nm/200nm)。通過(guò)真空沉積在GaAs襯底305的上表面上形成Ti/Pd/Au層(20nm/20nm/200nm)o使得InP襯底309和GaAs襯底305的上表面彼此面對(duì)，并且通過(guò)Au的熱壓縮接合而將兩個(gè)襯底彼此接合(圖3C1)。在此通過(guò)熱壓縮接合而形成的Ti/Pd/Au/Pd/Ti層(20nm/20nm/400nm/20nm/20nm)是第一金屬層303。通過(guò)研磨和鹽酸蝕刻從整體襯底移除InP襯底309，以將半導(dǎo)體部分301轉(zhuǎn)移到GaAs襯底305上(圖3C2)。通過(guò)光刻和 干法蝕刻而將半導(dǎo)體部分301劃分為多個(gè)半導(dǎo)體部分301a，其中的每一個(gè)以島形狀形成。通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆和干法蝕刻而將BCB填充到鄰近的半導(dǎo)體部分301a之間的空間，以形成間隔物302a。以此方式,形成核心層308a (圖3C3)。真空沉積和剝離(lift-off)用于形成Ti/Pd/Au (20nm/20nm/200nm)的第二金屬層 304 (圖 3C4)。在該示例的元件中，即使使用作為包括不同種類的薄膜的材料的金屬/半導(dǎo)體/金屬的層疊結(jié)構(gòu)，也可減小晶格常數(shù)差或熱膨脹系數(shù)差產(chǎn)生的應(yīng)變。因此，抑制歸因于制造工藝等在初始狀態(tài)中或操作期間在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的應(yīng)變或缺陷，因此，實(shí)現(xiàn)特性(比如振蕩特性)的改進(jìn)和穩(wěn)定。在此，通過(guò)提供間隔物102，使波導(dǎo)成為具有剛性結(jié)構(gòu)的等離激元波導(dǎo)，并且實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的元件。此外，具有電磁波增益的半導(dǎo)體部分101至少被布置在要成為波導(dǎo)的振蕩模式下的波腹的位置處，相對(duì)于太赫茲波的低損耗材料的間隔物102被布置在要成為振蕩模式下的波節(jié)的位置處，因此，實(shí)現(xiàn)低損耗和高效的等離激元波導(dǎo)。此外，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，以不連續(xù)膜(例如凹入凸出結(jié)構(gòu)或島形狀的結(jié)構(gòu))形成使電流流過(guò)的半導(dǎo)體部分101。因此，與常規(guī)情況相比，減少了半導(dǎo)體的面積，因此，抑制了被使得流過(guò)元件的電流。更具體地說(shuō)，在該示例中，基于半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)和面積而近似計(jì)算出的元件的電阻是大約10 Q，其為常規(guī)情況(即大約0. IQ )的100倍。因此，可以減少被使得流過(guò)包括元件、外圍電路以及外部電源的整個(gè)系統(tǒng)的電流，因此，減少微小電阻器、電容器等的寄生組件的影響，結(jié)果是可預(yù)期振蕩器的產(chǎn)率的改進(jìn)。此外，如果大電流不是必須的，則普通電子組件和裝置可以用作電源和外圍電路，因此，可預(yù)期更實(shí)際的效果(例如成本減少)。本發(fā)明不限于該示例的上述結(jié)構(gòu)，以下描述的修改示例也是可能的。例如，在該示例中，上述有源層106是以在InP襯底上生長(zhǎng)的InGaAs/InAlAs或InGaAs/AlAs形成的三壘諧振隧道二極管。然而，本發(fā)明不限于這樣的結(jié)構(gòu)和材料，其它結(jié)構(gòu)以及其它材料組合也可以提供半導(dǎo)體元件。例如，也可以使用具有雙壘量子阱結(jié)構(gòu)的諧振隧道二極管，具有四元或更多的多壘量子阱結(jié)構(gòu)、已知為量子級(jí)聯(lián)激光器的具有級(jí)聯(lián)連接的多量子阱結(jié)構(gòu)等的諧振隧道二極管等。關(guān)于材料組合，也可以使用GaAs襯底上形成的GaAs/AlGaAs、GaAS/AlAS、或InGaAs/GaAs/AlAs, InP 襯底上形成的 InGaAs/AlGaAsSb, InAs 襯底上形成的 InAs/AlAsSb或InAs/AlSb, Si襯底上形成的SiGe/SiGe等?？梢匀Q于期望頻率等而適當(dāng)?shù)剡x擇結(jié)構(gòu)和材料。此外，在該示例中，假設(shè)載流子是電子來(lái)進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明不限于此，也可以使用正空穴(空穴)。此外，可以取決于應(yīng)用目的而選擇襯底的材料，也可以使用半導(dǎo)體襯底(諸如硅襯底、砷化鎵襯底、砷化銦襯底、或磷化鎵襯底等)、玻璃襯底、陶瓷襯底、樹(shù)脂襯底等。此外，作為第一金屬層103和第二金屬層104,也可以適當(dāng)?shù)厥褂媒饘?Ag、Au、Cu、Al、AuIn合金等)或半金屬(Bi、Sb、IT0、ErAs等)。應(yīng)理解，重?fù)诫s的半導(dǎo)體可以用作導(dǎo)體。此夕卜，作為間隔物102，適當(dāng)?shù)厥褂脽o(wú)機(jī)材料(諸如Si02、TE0S、多晶硅、SiNx、AlN或1102等)或有機(jī)材料(諸如BCB、SU-8或聚酰亞胺等)。此外，也可以使用重新生長(zhǎng)的低導(dǎo)電本征半導(dǎo)體。這些修改示例相似地可應(yīng)用于其它實(shí)施例和示例。示例2現(xiàn)參照?qǐng)D2A至圖2C以及圖3A、圖3B、圖3C1至圖3C4以及圖3D1至圖3D4描述根·據(jù)本發(fā)明的示例2的元件。作為有源層206，使用與示例I的情況下相同的諧振隧道二極管結(jié)構(gòu)，并且半導(dǎo)體部分201的結(jié)構(gòu)也與示例I的情況相同。關(guān)于波導(dǎo)207，也與示例I的情況相似，長(zhǎng)度L是1_，其為X g的20倍,寬度是0. 05mm,第二金屬層204形成在ImmXO. 05mm的矩形圖案中。省略與示例I的情況相似的其它結(jié)構(gòu)的描述。在該示例中每個(gè)均以島形狀形成的半導(dǎo)體部分201中的每個(gè)均在寬度為24 iim的方形中，并且從波導(dǎo)207的一端被布置在波導(dǎo)207的縱向方向和橫向方向上，各個(gè)節(jié)距長(zhǎng)度為25 pm (Xg/8)。在圖2A至圖2C中，節(jié)距長(zhǎng)度是將要成為一個(gè)周期(一個(gè)節(jié)距長(zhǎng)度)的一個(gè)凹入部分的長(zhǎng)度與一個(gè)凸出部分的長(zhǎng)度的和。與波導(dǎo)模式下電磁波的傳播方向平行的節(jié)距長(zhǎng)度由PLl表示，面內(nèi)的與傳播方向垂直的方向上的節(jié)距長(zhǎng)度由PL2表示。為了容易理解結(jié)構(gòu)，減少半導(dǎo)體部分201的數(shù)量。具有I y m的寬度的間隔物202被布置在鄰近的半導(dǎo)體部分201之間，在要成為波導(dǎo)207的振蕩模式下諧振電場(chǎng)中的波節(jié)的位置處，并且該間隔物202被布置為多條線的形式。在該示例中，波導(dǎo)207的端面是開(kāi)放端，至少距端面A g/4的位置是諧振電場(chǎng)中的波節(jié)的位置。通過(guò)在要成為不貢獻(xiàn)于放大的電場(chǎng)中的波節(jié)的位置處布置不是增益介質(zhì)的間隔物202，與在所述位置具有半導(dǎo)體部分201的結(jié)構(gòu)的情況相比，更加防止振蕩器的增益的降低。在該示例中，作為間隔物202，布置太赫茲波帶中低損耗的SiO2,以便與半導(dǎo)體部分201接觸。從半導(dǎo)體部分201的厚度可見(jiàn)，第一金屬層203與第二金屬層204之間的距離大約是I U m,并且間隔物202被設(shè)置為具有相同厚度。在該示例中，波導(dǎo)207的核心層208的多于90%是半導(dǎo)體部分201，電磁波在表面等離激元模式下傳播通過(guò)有源層206的薄本征半導(dǎo)體層。在該示例中，如果當(dāng)振蕩頻率為0. 3THz時(shí)波導(dǎo)207的等效折射率是大約20，則振蕩模式下的波導(dǎo)波長(zhǎng)入8是5011111。因此，半導(dǎo)體部分201的大小近似等于Xg/2，節(jié)距長(zhǎng)度近似等于入g/2,間隔物202的大小近似等于入g/50?，F(xiàn)參照?qǐng)D3A、圖3B以及圖3D1至圖3D4描述制造該示例的元件的波導(dǎo)307b的方法。如下制造該示例中的波導(dǎo)307b。作為第一襯底，制備具有多量子阱結(jié)構(gòu)的InP襯底309，多量子阱結(jié)構(gòu)形成通過(guò)分子束外延等在InP襯底上外延地生長(zhǎng)的半導(dǎo)體部分301 (圖3A)。作為第二襯底，制備GaAs襯底305 (圖3B)。通過(guò)光刻和干法蝕刻而將半導(dǎo)體部分301劃分為多個(gè)半導(dǎo)體部分301b，其中的每一個(gè)以島形狀形成。通過(guò)等離子體CVD (化學(xué)氣相沉積)和CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)將SiO2填充到鄰近的半導(dǎo)體部分301b之間的空間，以形成間隔物302b (圖3D1)。通過(guò)真空沉積在InP襯底309的上表面(上面布置有半導(dǎo)體部分301b的表面)上形成Ti/Pd/Au層(20nm/20nm/200nm)。通過(guò)真空沉積在GaAs襯底305的上表面上形成Ti/Pd/Au層(20nm/20nm/200nm)。使InP襯底309和GaAs襯底305的上表面彼此面對(duì)，并且通過(guò)Au的熱壓縮接合而將襯底彼此接合(圖3D2)。在此通過(guò)熱壓縮接合而形成的 Ti/Pd/Au/Pd/Ti 層(20nm/20nm/400nm/20nm/20nm)是第一金屬層 303。通過(guò)研磨和鹽酸蝕刻從整體襯底移除InP襯底309，以將半導(dǎo)體部分301b轉(zhuǎn)移到GaAs襯底305上。通過(guò)光刻和干法蝕刻，形成間隔物302b(圖3D3)。真空沉積和剝離用于形成Ti/Pd/Au(20nm/20nm/200nm)的第二金屬層 304 (圖 3D4)。在該示例中的元件中，也抑制了歸因于制造工藝等在初始狀態(tài)中或操作期間在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的應(yīng)變和缺陷，因此，實(shí)現(xiàn)特性(比如振蕩特性)的改進(jìn)和穩(wěn)定。示例3現(xiàn)參照?qǐng)D4A至圖4C、圖5以及圖6A至圖6C描述根據(jù)本發(fā)明的示例3。注意，在 附圖中，減少凹入凸出結(jié)構(gòu)的數(shù)量。作為有源層406，使用與示例I的情況相同的諧振隧道二極管結(jié)構(gòu)，并且半導(dǎo)體部分401的結(jié)構(gòu)也與示例I相同。關(guān)于波導(dǎo)407，長(zhǎng)度L是1mm，其為Xg的20倍，寬度是0.005mm，第二金屬層404形成在ImmX 0.005mm的矩形圖案中。省略與示例I的情況相似的其它結(jié)構(gòu)的描述。該示例中的振蕩器400包括波導(dǎo)407的一個(gè)端面附近的區(qū)域412，其中，半導(dǎo)體部分401以島形狀形成，作為凹入凸出結(jié)構(gòu)的間隔物402在面內(nèi)方向上延伸。與示例I的情況相似，以BCB形成間隔物402。在該示例中，波導(dǎo)407的核心層408中的半導(dǎo)體部分401與間隔物402之間的體積比率分布在面內(nèi)方向上。換句話說(shuō)，波導(dǎo)407的核心層408中的凹入凸出結(jié)構(gòu)的疏密程度在波導(dǎo)的端面附近逐漸改變。更具體地說(shuō)，如圖5的表所示，半導(dǎo)體部分401和間隔物402被布置為使得半導(dǎo)體部分401的體積比率以20 節(jié)距的增量朝向所述端面逐漸減小(因此，間隔物402的體積比率逐漸增大)。區(qū)域412的長(zhǎng)度L'是0. 14mm。圖5不出對(duì)于該不例的波導(dǎo)407的結(jié)構(gòu)使用高頻電磁場(chǎng)仿真器(ANSYS公司制造的HFSS)在300GHz處進(jìn)行的間隔物的體積比率與等效折射率之間的相關(guān)性的分析結(jié)果。傳播通過(guò)波導(dǎo)407的電磁波的等效折射率與間隔物402與半導(dǎo)體部分401之間的體積比率有關(guān)地從大約2逐漸改變?yōu)?0。因此，在該示例中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)中，在波導(dǎo)407的端面附近的區(qū)域412中，等效折射率朝向端面逐漸減少，以達(dá)到大約2，因此，可以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)與波導(dǎo)的外部的阻抗匹配。在此使用的波導(dǎo)的外部指代例如自由空間、傳輸線、或具有低介電常數(shù)的電介質(zhì)。圖6A至圖6C是示出作為該示例的修改示例的波導(dǎo)500的視圖。注意，在這些圖中，為了容易理解結(jié)構(gòu)特性，減少凹入凸出結(jié)構(gòu)的數(shù)量。此外，波導(dǎo)500的基本結(jié)構(gòu)和材料與圖4A至圖4C所示的振蕩器400相同，因此省略其描述。如在振蕩器500中那樣，可以在波導(dǎo)507的兩側(cè)的端面附近包括區(qū)域512和區(qū)域513 :在區(qū)域512和區(qū)域513中布置了將要成為在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)的間隔物502和以島形狀形成的半導(dǎo)體部分501。在波導(dǎo)507的區(qū)域512和區(qū)域513中，具有2 ii m的寬度的半導(dǎo)體部分501被布置為使得其每單位長(zhǎng)度的數(shù)量朝向端面逐漸減少。更具體地說(shuō)，具有2 y m寬度的半導(dǎo)體部分501被布置為使得其每50 U m長(zhǎng)度的數(shù)量在50 U m節(jié)距的增量的情況下逐漸減少為25、10、5、2和I。在此情況下，L' =250 u m0其中端面附近的等效折射率以此方式逐漸改變的結(jié)構(gòu)也適合于與外部的阻抗匹配。此外，在本發(fā)明的另一修改示例中，可以通過(guò)部分地改變波導(dǎo)407的核心層408中的凹入凸出結(jié)構(gòu)的疏密程度而部分地改變波導(dǎo)的有效折射率。在該示例的元件中，也抑制了歸因于制造工藝等在初始狀態(tài)中或操作期間在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的應(yīng)變或缺陷，因此，實(shí)現(xiàn)特性(比如振蕩特性)的改進(jìn)和穩(wěn)定。此外，在DMW中，在端面處的反射增加，并且波束圖案歸因于波導(dǎo)與空間之間的模式失配而發(fā)散，因此，從應(yīng)用性的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，DMW在波束的高效使用和傳送路線中有問(wèn)題。使用根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以提供容易地實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)與外部之間的阻抗匹配的高效波導(dǎo)。此外，可以與用于計(jì)算樣本的狀態(tài)等的算術(shù)單元結(jié)合使用上述波導(dǎo)來(lái)提供圖7所示的裝置。例如，波導(dǎo)用作振蕩器，并且樣本放置在波導(dǎo)的一端處。樣本與從波導(dǎo)發(fā)送的電磁波相互作用，因此，一些影響作用在發(fā)送的電磁波上。施加于樣本的電磁波被樣本反射或穿過(guò)樣本，被檢測(cè)器檢測(cè)到。此后，算術(shù)單元(例如個(gè)人計(jì)算機(jī))基于檢測(cè)信號(hào)而計(jì)算樣本的狀態(tài)。更具體地說(shuō)，提出了對(duì)用于檢查醫(yī)藥狀態(tài)等的工業(yè)檢查裝置的應(yīng)用。
·
雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍將要被賦予最寬泛的解釋，從而包括所有這些修改以及等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo),包括 第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層，所述第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層包括相對(duì)于波導(dǎo)模式下的電磁波具有負(fù)介電常數(shù)實(shí)部的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)；以及 核心層，其與所述第一導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)體層接觸并且被放置在所述第一導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)體層之間，并且包括半導(dǎo)體部分， 其中，包括所述半導(dǎo)體部分的所述核心層具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)，以及 其中，所述凹入凸出結(jié)構(gòu)被布置在與所述波導(dǎo)模式下的所述電磁波的傳播方向垂直的方向上，并且包括多個(gè)凸出部分。
2.—種波導(dǎo),包括 第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層，所述第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層包括相對(duì)于波導(dǎo)模式下的電磁波具有負(fù)介電常數(shù)實(shí)部的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)；以及 核心層，其與所述第一導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)體層接觸并且被放置在所述第一導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)體層之間，并且包括半導(dǎo)體部分， 其中，包括所述半導(dǎo)體部分的所述核心層具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)，以及 其中，所述凹入凸出結(jié)構(gòu)具有小于λ g/2的節(jié)距長(zhǎng)度，其中，Xg=X/ne，λ是所述電磁波的波長(zhǎng)，ne是所述波導(dǎo)的等效折射率。
3.—種波導(dǎo),包括 第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層，所述第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層包括相對(duì)于波導(dǎo)模式下的電磁波具有負(fù)介電常數(shù)實(shí)部的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)；以及 核心層，其與所述第一導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)體層接觸并且被放置在所述第一導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)體層之間，并且包括半導(dǎo)體部分， 其中，包括所述半導(dǎo)體部分的所述核心層具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)，以及 其中，所述凹入凸出結(jié)構(gòu)具有小于IOOym的節(jié)距長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的波導(dǎo)，其中，所述凹入凸出結(jié)構(gòu)的凹入部分包括槽，所述槽用于通過(guò)在厚度方向上穿過(guò)所述核心層而將所述半導(dǎo)體部分劃分為島形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的波導(dǎo)，其中，所述凹入部分被構(gòu)造為電介質(zhì)或絕緣體的間隔物。
6.如權(quán)利要求5所述的波導(dǎo)，其中，所述間隔物在所述波導(dǎo)的縱向方向和橫向方向上具有等于或小于Xg/2的寬度，其中，Xg=XAv λ是所述電磁波的波長(zhǎng)，ne是所述波導(dǎo)的等效折射率。
7.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的波導(dǎo)，其中，所述半導(dǎo)體部分在所述波導(dǎo)的縱向方向和橫向方向上具有等于或小于Xg/2的寬度，其中，Xg=XAv λ是所述電磁波的波長(zhǎng)，ne是所述波導(dǎo)的等效折射率。
8.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的波導(dǎo)，其中，所述半導(dǎo)體部分至少被布置在要成為振蕩模式下的諧振電場(chǎng)中的波腹的位置處。
9.如權(quán)利要求5所述的波導(dǎo)，其中，所述間隔物至少被布置在將要成為振蕩模式下的諧振電場(chǎng)中的波節(jié)的位置處。
10.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的波導(dǎo)，其中，所述半導(dǎo)體部分具有多量子阱結(jié)構(gòu)，用于通過(guò)載流子的子帶間躍遷來(lái)生成太赫茲波。
11.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的波導(dǎo)，其中，所述凹入凸出結(jié)構(gòu)具有在所述波導(dǎo)的端面附近逐漸改變的疏密程度。
12.一種使用電磁波的裝置，包括 如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)限定的波導(dǎo)；以及 算術(shù)單元，用于檢測(cè)已經(jīng)與樣本相互作用的電磁波，并且基于檢測(cè)信號(hào)來(lái)計(jì)算所述樣本的狀態(tài)。
13.—種制造如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)限定的波導(dǎo)的方法，所述方法包括 在半導(dǎo)體層中形成凹入部分；以及 使用物質(zhì)填充所述凹入部分以布置間隔物。
14.如權(quán)利要求13所述的制造波導(dǎo)的方法，所述方法還包括 制備第一襯底，所述第一襯底在上表面上提供有半導(dǎo)體層； 制備第二襯底； 經(jīng)由第一導(dǎo)體層將所述第一襯底上的半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二襯底的上表面上；以及 在所述半導(dǎo)體層的上表面上形成第二導(dǎo)體層，在所述半導(dǎo)體層中布置有間隔物。
全文摘要
提供一種波導(dǎo)、包括該波導(dǎo)的裝置及制造該波導(dǎo)的方法，使用該波導(dǎo)抑制了在初始階段中或在操作期間在半導(dǎo)體中引起的或由制造工藝等引起的應(yīng)力和缺陷，從而預(yù)期有特性的改進(jìn)和穩(wěn)定性。該波導(dǎo)包括第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層，其包括相對(duì)于波導(dǎo)模式下的電磁波具有負(fù)介電常數(shù)實(shí)部的負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)；以及核心層，其與第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層接觸，并且被放置在第一導(dǎo)體層與第二導(dǎo)體層之間，并且包括半導(dǎo)體部分。包括半導(dǎo)體部分的核心層具有在面內(nèi)方向上延伸的凹入凸出結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01S5/20GK102790355SQ201210148448
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者小山泰史 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社