半導体基板とヘリックス遅波線路とを混成した構造を有する固体進行波型増幅素子の試作

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550234
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 飯塚 浩一 北海道大学, 工学部, 助手 (30193147)
• 研究分担者: 橋詰 保 北海道職業訓練短期大学校, 電子技術科, 教官 ; 深井 一郎 北海道大学, 工学部, 教授 (70001740) ; 長谷川 英機 北海道大学, 工学部, 教授 (60001781)
• キーワード: 固体進行波相互作用 / マイクロ波増幅 / 化合物半導体 / 遅波線路 / MMIC / ヘテロ接合 / MIS構造 / MBE

研究概要

1.固体進行波素子用半導体薄膜動作層の作製と評価 効果的な固体進行波相互作用を得るためには、相互作用領域である半導体薄膜への電子の閉じこめと薄膜の最適厚化が重要である。このため、次の2種類の溝造の作製、評価を行った。(1)AlGaAs/InGaAs/GaAs構造 MBE法により、AlGaAs/InGaAs/GaAs構造を作製した。量子ホ-ル効果測定により、AlGaAs/GaAs構造に比べて二次元電子濃度が大きくなることが判明した。これにより、InGaAs層の厚さを制御することで電子の閉じこめとその最適厚化が可能であることが確認された。(2)InGaAs MIS構造 遅波線路にバイアス電圧を印加し電子の閉じこめの状態を変えることで固体進行波相互作用を電気的に制御することを考えると、素子の基本構造にフェルミ準位のピンニングを除去したMIS構造をもちいることが必要である。ここではSi超薄膜により界面制御したInGaAs MIS構造をMBE法を用いて作製し、界面制御によるフェルミ準位ピンニングの除去されたInGaAs MIS構造の作製に成功した。
2.共振型遅波線路を有する固体進行波素子の作製と評価 相互作用領域をInPとし、共振型遅波線路として交流結合インタディジタル遅波線路を用いた固体進行波素子を製作し、その進行波相互作用を確認した。しかし共振型遅波線路を用いた場合に正味の相互作用が小さく、これは共振型遅波線路に存在する後進波成分の損失が進行波成分による相互作用による利得をうちけしてしまうためであることが固体進行波相互作用を実効誘電率で記述した理論により判明した。
3.新しい固体進行波増幅器用ヘリックス型プレ-ナ遅波線路の設計と作製 上記2の結果にもとづき、遅波線路に後進波成分の存在しない進行波型遅波線路として、半導体基板に混成可能な構造を有するヘリックス型プレ-ナ遅波線路を、グリ-ン関数法を用いたマルチコンダクタマイクロストリップ線路の電磁界解析により設計し、その製作を行なった。

研究成果

• [文献書誌] H.Hasegawa and K.Iizuka: "Effects of Carriers on Propergation of Electromagnetic Waves Along Planar Waveguides Formed on Semiconductors" Proc.of Progress in Electromagnetic Research Symposium(PIERS). 72-74 (1989)
• [文献書誌] H.Tomozawa,K.Matsuzaki,H.Hasegawa and H.Ohno: "Electron Concentration and Conduction Band Discontinuity in Selectively Doped N-AlGaAs/InGaAs/GaAs Pseudomorphic Heterostructures" Proc.of 16th Int.Symp.on GaAs and Related Compounds(Sept.1989,).
• [文献書誌] H.Hasegawa,M.Akazawa,H.Ishii and K.Matsuzaki: "Control of compound semiconductor-insulator interfaces by an ultrathin molecular-beam epitaxy Si layer" J.Vac.Sci.Technol.B. 7. 870-878 (1989)
• [文献書誌] M.Akazawa,H.Hasegawa and E.Ohue: "In_<0.53>Ga_<0.47>As MISFETs having an ultrathin MBE Si interface control layer and photo-CVD SiO_2 insulator" Jpn.J.Appl.Phys.28. L2095-L2097 (1989)
• [文献書誌] K.Iizuka,H.Hasegawa and H.Ohno: "Experimental and Theoretical Study of Travelling Wave Interractions in n-type InP Layer Using the Electrode of ac-coupled Interdigital Pattern" IEEE Trans.Microwave and Techniques.
• [文献書誌] K.Iizuka,H.Hasegawa and H.Ohno: "MIS and Schottky Coplanar Waveguides for Microwave Monolithic Integrated Circuits Using Distributed Parameter Effects of semiconductorCarriers" IEEE Trans.Microwave and Techniques.