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公開番号2024055763
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-18
出願番号2023127328
出願日2023-08-03
発明の名称半導体素子およびテラヘルツ波システム
出願人キヤノン株式会社
代理人弁理士法人大塚国際特許事務所
主分類H01L 21/329 20060101AFI20240411BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体素子の特性の向上と信頼性の向上との両立に有利な技術を提供する。
【解決手段】テラヘルツ波を発振または検出する半導体素子であって、基板と、第1電極と、前記基板と前記第1電極との間で前記第1電極と共にメサ構造を構成し、前記テラヘルツ波の波長における利得媒体を含む半導体層と、前記基板を覆うように配された誘電体層と、前記誘電体層を覆うように配され、前記誘電体層に設けられた開口部を介して前記第1電極の上面に接続された第2電極と、を含み、前記第2電極のうち前記開口部に配された部分は、第1傾斜部と、前記第1傾斜部と前記第1電極との間に配され、前記第1傾斜部よりも前記基板の表面に対する傾きが小さい第2傾斜部と、前記第1傾斜部と前記第2傾斜部とを接続する中間部と、を含み、前記中間部は平面状のテラス部を含み、前記テラス部は前記第1傾斜部および前記第2傾斜部よりも前記基板の表面に対する傾きが小さい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
テラヘルツ波を発振または検出する半導体素子であって、
基板と、第１電極と、前記基板の表面と前記第１電極との間で前記第１電極と共にメサ構造を構成し、前記テラヘルツ波の波長における利得媒体を含む半導体層と、前記基板を覆うように配された誘電体層と、前記誘電体層を覆うように配され、前記誘電体層に設けられた開口部を介して前記第１電極の上面に接続された第２電極と、を含み、
前記第２電極のうち前記開口部に配された部分は、第１傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第１電極との間に配され、前記第１傾斜部よりも前記基板の前記表面に対する傾きが小さい第２傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを接続する中間部と、を含み、
前記中間部は、平面状のテラス部を含み、
前記テラス部は、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部よりも前記基板の前記表面に対する傾きが小さいことを特徴とする半導体素子。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記テラス部の前記誘電体層に接する面は、前記基板の前記表面に平行であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第２傾斜部の表面の法線方向における前記第２傾斜部の膜厚が、前記第１傾斜部の表面の法線方向における前記第１傾斜部の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記テラス部の表面の傾きが、前記基板の前記表面に平行な仮想面に対して±５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記テラス部の前記第１傾斜部と前記第２傾斜部との間の幅が、前記半導体層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記第１傾斜部および前記第２傾斜部の表面が、平面、または、連続的に傾きが変化する面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第２電極のうち前記開口部に配された部分は、前記第１電極に接続された接続部を含み、
前記開口部は、前記接続部が埋め込まれたビア部を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記ビア部の前記基板の前記表面と平行な方向の幅が、前記ビア部の前記基板の前記表面と交差する方向の高さよりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記第２電極のうち前記開口部に配された部分は、前記第２傾斜部と前記接続部とを接続する第２中間部を含み、
前記第２中間部は、平面状の第２テラス部を含み、
前記第２テラス部は、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部よりも前記基板の前記表面に対する傾きが小さいことを特徴とする請求項７に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記第２テラス部の前記誘電体層に接する面は、前記基板の前記表面に平行であることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子およびテラヘルツ波システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波を用いたイメージングシステムや大容量無線通信システム用の発振器や検出器の開発が進められている。テラヘルツ波は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波として定義されうる。特許文献１には、共鳴トンネルダイオード（ＲｅｓｏｎａｎｔＴｕｎｎｅｌｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＲＴＤ）にパッチアンテナを集積したテラヘルツ波を発振または検出する半導体素子が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－０５７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される半導体素子では、ＲＴＤを覆うように誘電体層が配され、誘電体層にＲＴＤを露出させるためのビアホールが設けられ、ビアホールには外部電源に接続するための電極が配される。特許文献１に示される構造において、放射効率（受信効率）を向上させるために誘電体層を厚くする必要がある。厚い誘電体層に対して、誘電体層に形成されるビアホールの傾斜が緩い場合、寄生容量によってテラヘルツ波の放射効率（受信効率）が低下してしまう。一方、誘電体層に形成されるビアホールの傾斜が急な場合、ビアホールの壁面および底面における電極の形成が不完全になりやすく、信頼性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、半導体素子の特性の向上と信頼性の向上との両立に有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る半導体素子は、テラヘルツ波を発振または検出する半導体素子であって、基板と、第１電極と、前記基板の表面と前記第１電極との間で前記第１電極と共にメサ構造を構成し、前記テラヘルツ波の波長における利得媒体を含む半導体層と、前記基板を覆うように配された誘電体層と、前記誘電体層を覆うように配され、前記誘電体層に設けられた開口部を介して前記第１電極の上面に接続された第２電極と、を含み、前記第２電極のうち前記開口部に配された部分は、第１傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第１電極との間に配され、前記第１傾斜部よりも前記基板の前記表面に対する傾きが小さい第２傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを接続する中間部と、を含み、前記中間部は、平面状のテラス部を含み、前記テラス部は、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部よりも前記基板の前記表面に対する傾きが小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体素子の特性の向上と信頼性の向上との両立に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本実施形態の半導体素子の構成例を示す図。
図１の半導体素子のプロセスフローを示す図。
図１の半導体素子の変形例を示す図。
図１の半導体素子の変形例を示す図。
図４の半導体素子の開口部の形状を説明する図。
図１の半導体素子の変形例を示す図。
図１の半導体素子の変形例を示す図。
図１の半導体素子の変形例を示す図。
図１の半導体素子の変形例を示す図。
本実施形態の半導体素子を用いたテラヘルツ波システムおよび通信システムの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【００１０】
図１（ａ）、１（ｂ）～図１０（ａ）、１０（ｂ）を参照して、本開示の実施形態による半導体素子について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の半導体素子１００の外観を示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるＡ－Ａ’間の半導体素子１００の構成例を示す断面図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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