[发明专利]波导、包括波导的装置和波导的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导及其制造方法。具体而言，本发明涉及用于从毫米波带到太赫兹波带（30GHz～30THz）的频带中的电磁波（以下，也称为太赫兹波）的波导。

背景技术

在太赫兹波的频带中，存在源自其结构和状态的生物材料、药品和电子材料等的许多有机分子的吸收峰。并且，太赫兹波很容易穿透诸如纸、陶瓷、树脂和布的材料。近年来，对于利用太赫兹波的这种特性的成像技术和感测技术进行了研究和开发。例如，期望将其应用于替代X射线装置的安全荧光透视检查装置和制造过程中的线上非破坏性检查装置等。

作为电流注入型太赫兹波光源，使用基于半导体量子阱结构中的电子的子带间跃迁的电磁波增益的结构处于研究之中。Appl.Phys.Lett.83,2124（2003）提出了集成已知为低损失波导的双侧金属波导（以下，也称为DMW）作为共振器的太赫兹波带量子级联激光器（以下，也称为QCL）。通过将感应发射的太赫兹波引向在由约10μm的厚度的半导体薄膜形成的增益介质上下设置金属的处于表面等离子体激元模的共振器结构，该元件通过优异的光束缚和低损失传播获得约3THz的激光振荡。

另一方面，已知多量子阱结构由于其被施加应变（strain）而改变特性。在Sensors and Actuators,A,143(2008),230-236中，报告了共振隧穿二极管（以下，也称为RTD）由于被施加应变而改变特性。在Sensors and Actuators,A,143(2008),230-236中，观察到约100MPa的应力下的约两倍的负微分电阻变化。并且，公开了美国专利No.7693198所述的具有波导的激光器件。

在Appl.Phys.Lett.83,2124（2003）中公开的DMW具有两个金属层夹着具有约10μm的厚度的半导体薄膜的结构，并且，通过使用金属接合技术等将半导体薄膜转移到不同基板上来制造DMW。另一方面，众所周知，由于制造过程，层叠具有不同的晶格常数和不同的热膨胀系数的薄膜材料的结构易于在其中导致残余应力。因此，在常规的结构中，由于制造过程等导致的应变或缺陷可改变作为增益介质的半导体薄膜的特性以导致振荡特性的劣化或不稳定。

发明内容

鉴于上述问题，提出本发明。根据本发明的波导包括：由相对于波导模式的电磁波其介电常数的实部为负的负介电常数介质构成的第一导体层和第二导体层；芯层，与第一导体层和第二导体层接触并被设置在二者之间，并包含半导体部分。至少第一导体层具有沿面内方向延伸的凹凸结构，此外，满足以下要求中的至少一个：（1）凹凸结构沿与波导模式的电磁波的传播方向垂直的方向布置，并具有多个凸部；（2）凹凸结构具有小于λg/2的间距长度，其中，λg＝λ/n_e，λ是电磁波的波长，并且n_e是波导的等效折射率；和（3）凹凸结构具有小于100μm的间距长度。

此外，鉴于上述的问题，提出本发明。根据本发明的波导的制造方法包括：制备在其上表面具有半导体层的第一基板；通过具有沿面内方向延伸的凹凸结构的第一导体层将半导体层转移到第二基板的上表面上；和在半导体层的上表面上形成第二导体层。

在根据本发明的波导中，可以使用具有设置在其中的易于塑性变形的凹凸结构的第一导体层作为接合层，并因此可在相对低温和相对低负载下转移半导体膜。并且，通过设计凹凸结构中的凹部和凸部的尺寸和配置以满足以下三个条件中的任何一个，可抑制诸如DMW的波导对于共振电场等的影响：（1）凹凸结构沿与波导模式的电磁波的传播方向垂直的方向布置，并具有多个凸部；（2）凹凸结构具有小于λg/2的间距长度，其中，λg＝λ/n_e，λ是电磁波的波长，并且n_e是波导的等效折射率；和（3）凹凸结构具有小于100μm的间距长度。这实现诸如振荡器的元件，该振荡器在保持共振结构等的同时通过减少成为要解决的问题的诸如活性层的半导体部分的由转移导致的残余应变，在诸如太赫兹波带的频带中稳定地工作。以这种方式，可以提供减少由于制造过程等导致的应变和缺陷、并且在诸如太赫兹波带的频带中稳定地工作的半导体元件和该半导体元件的制造方法。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1A、图1B和图1C是示出根据本发明的实施例和例子1的元件的示图。

图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F和图2G是示出根据本发明的实施例的元件的各种类型的变更例的示图。