GaN IMPATTダイオードを用いた新規テラヘルツ光源の開発

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マイクロ波帯で動作するGaN IMPATTダイオードの高性能化に向けて今期はデバイス作製プロセスの改善および、デバイス構造の改善に取り組んだ。デバイス作製プロセスについては、主にGaN結晶成長条件、p型GaNへの接触抵抗の低減を試みた。MOVPE法による、GaNの結晶成長条件を検討し、10 nm/min程度の低成長レートで薄膜GaNの精密な膜厚制御を可能とし、高周波発振に向けた薄膜GaNデバイス層の成長へは一定の目途がついた。また、p型GaNに対する抵抗性接触電極材料として従来のNi系電極から新規にPd系電極を検討し、その接触比抵抗を従来の半分程度にまで低減し、10-4 Ωcm2台と他の機関と比較しても遜色ない優れた接触比抵抗が実現できた。デバイス構造については、れまで、単純なp+-n-n+構造としていたところを、接合界面に高濃度n型層を挟んだp+-n+-n-n+構造を検討した。その結果、従来よりも低電圧での駆動に成功し、発振動作に必要な入力電力を約半減した。また、従来よりも高出力での動作に成功した。これらの検討結果を用いて、マイクロ波帯GaN IMPATTダイオードを作製した結果、周波数は最高で21 GHz (従来比約2倍), 出力は最大で8 W (従来比約10倍)が得られ、世界で初めてGaN IMPATTダイオードのワット級動作を実現した。また、高周波化に合わせて、空洞共振器を新たに設計し、それに付随する導波管、同軸変換アダプタを整備し、34 GHz帯までの発振測定を可能とした。加えて、先行してスペクトラムアナライザに取り付けるミキサを用意し、Wバンド（～100 GHz）までの測定系を整備した。