High-Power Coherent THz Source Based on GaN IMPATTs

基于 GaN IMPATT 的高功率相干太赫兹源

• 批准号: 22H00213
• 负责人: 天野 浩
• 金额: $ 26.46万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00213/
• 关键词: GaN; IMPATT; IMPATT格子; テラヘルツ波; アバランシェ; マイクロ波; ハイパワー電磁波源; Hi-Lo型

本研究では6G次世代無線通信用システムのための高周波発振デバイス技術の構築を最終目標とし、製造技術の確立しているGaNのアバランシェ降伏衝突イオン化走行時間(Impact Ionization Avalanche Transit Time: IMPATT)ダイオードを用いて、その高い発振出力と発振周波数のコヒーレンシーを両立するため、光半導体技術であるフォトニック結晶の知見を活かし、二次元格子による共振現象を利用して複数のIMPATTの発振周波数と位相を固定化するための理論構築、およびその理論に基づいた設計及び試作を行う。理論ではIMPATT内およびその周りの空間の詳細な電磁界解析をもとに共振Q値の高い配置を明らかにし、その成果をもとにして専用の電磁界・デバイス設計シミュレータを構築する。実験ではこれまで培った世界唯一のGaNのIMPATT作製技術を基礎として、個々のIMPATT構造を最適化するとともに、GaNナノロッドアレイ形成プロセス技術を融合することにより、最終的にはTHz波長である30～300ミクロンの格子定数のIMPATT格子を形成し評価する。実際の動作では、IMPATTはアバランシェを起こすための高い逆方向電圧および大電流で駆動するため、IMPATT格子では放熱技術が最も重要になる。従来技術では基板の裏にダイヤモンドなど熱伝導率の大きい材料を接合するが、加えてIMPATT格子上にもダイヤモンド薄膜を形成して、上下両面からの放熱構造も検討する。2022年度は、個々のIMPATTダイオードについて、現状のGaNのIMPATTの課題である効率の低さを改善するために、低電圧でアバランシェを起こす箇所Hi層と走行する箇所Lo層を分けるHi-Lo型構造を検討した。設計に基づき作製したところ、従来型の3倍の効率を実現することができた。

This study で は 6 g next generation wireless communication シ ス テ ム の た め の high frequency vibration 発 デ バ イ の ス technology to construct を ultimate goal と の し, manufacturing technology to establish し て い る GaN の ア バ ラ ン シ ェ subjugate conflict イ オ ン change direction Time (Impact Ionization just Transit Time: IMPATT) ダ イ オ ー ド を with い て, そ の high い 発 vibration output と 発 vibration cycle for の コ ヒ ー レ ン シ ー を struck made す る た め, optical semiconductor technology で あ る フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の knowledge を live か し, two dimensional lattice に よ る resonance phenomenon を using し て plural の IMPATT の 発 vibration cycle for と phase を immobilized す る た め の theory Construction, およびそ <s:1> theoretical に basis づ た た design and び trial production を line う. In theory で は IMPATT お よ び そ の weeks り の space の な detailed electromagnetic field analytical を も と に resonance Q high numerical の い configuration を Ming ら か に し, そ の results を も と に し て 専 with の electromagnetic field, デ バ イ ス design シ ミ ュ レ ー タ を build す る. Be 験 で は こ れ ま で culture っ た only の world GaN の IMPATT cropping technology を と し て, a 々 の を IMPATT structure optimization す る と と も に, GaN ナ ノ ロ ッ ド ア レ イ form プ ロ セ ス fusion technology を す る こ と に よ り, eventually に は THz wave で あ る 30 ~ 300 ミ ク ロ ン の lattice constant の IM The PATT grid を forms the commentary 価する. Be interstate の action で は, IMPATT は ア バ ラ ン シ ェ を up こ す た め の high い inverse direction electric 圧 お よ び large current で 駆 dynamic す る た め, IMPATT grid で は が exothermic technology the most important に も な る. 従 to technology で は substrate in の に ダ イ ヤ モ ン ド な ど large heat 伝 conductivity の き い material を joint す る が, え て IMPATT grid に も ダ イ ヤ モ ン を ド film forming し て, struck up and down surface か ら の exothermic tectonic も beg す 検 る. 2022 annual は, a 々 の IMPATT ダ イ オ ー ド に つ い て, status の GaN の IMPATT の subject で あ る sharper rate の low さ を improve す る た め に, low electricity 圧 で ア バ ラ ン シ ェ を up こ す a layer by Hi と direction す る a Lo layer を points by け る Hi - Lo type structure を beg し 検 た. Design に base づ き cropping し た と こ ろ 3 times, 従 to の の を sharper rate be presently す る こ と が で き た.

项目成果

GaN (0001)自立基板上GaNのHVPE成長における表面カイネティクス

独立式衬底上 GaN (0001) 的 HVPE 生长的表面动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 大西 一生;藤元 直樹;新田 州吾;渡邉 浩崇;本田 善央;天野 浩
• 通讯作者: 天野 浩

Mobility Limiting Factors in p-type Distributed-Polarization Doped AlGaN

p 型分布极化掺杂 AlGaN 的迁移率限制因素

• 发表时间: 2022
• 作者: 隈部 岳瑠;渡邉 浩崇;本田 善央;天野 浩
• 通讯作者: 天野 浩

p型分極ドープAlGaN層中における正孔移動度の制限要因

p型极化掺杂AlGaN层中空穴迁移率的限制因素

• 发表时间: 2023
• 作者: 隈部 岳瑠;川崎 晟也;渡邉 浩崇;本田 善央;天野 浩
• 通讯作者: 天野 浩

p型分極ドープAlGaN層中のShockley-Read-Hall寿命

p 型极化掺杂 AlGaN 层中的肖克利-雷德-霍尔寿命

• 发表时间: 2022
• 作者: 隈部 岳瑠;川崎 晟也;渡邉 浩崇;出来真斗;本田 善央;天野 浩
• 通讯作者: 天野 浩

Mg熱拡散法を用いた縦型GaNp-n接合ダイオードの作製

镁热扩散法制造垂直GaN p-n结二极管

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊藤 佑太;川崎 晟也;権 熊;島村 健矢;成田 周平;渡邉 浩崇;出来 真斗;新田 州吾;本田 善央;田中 敦之;天野 浩
• 通讯作者: 天野 浩