【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24RO0002
利用課題名 / Title
テラヘルツ波検出光伝導アンテナに用いる金属グレーティングの作製
利用した実施機関 / Support Institute
広島大学 / Hiroshima Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
平尾 脩造
所属名 / Affiliation
広島大学大学院先進理工系科学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
荒巻佑成,矢野航季
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
田部井 哲夫
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術相談/Technical Consultation（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
光伝導アンテナは, THz波を発生・検出する方法の一つである. 現在, 光通信帯域である1.5 mm帯の光波を利用したTHz波の発生・検出技術の研究が盛んに行われている. 光伝導材料として用いられる材料の一つが低温成長(LT-)GaAsである. キャリアの励起効率の悪さから, THz波の発生・検出信号が弱いという課題がある. そこで本研究では, 金属グレーティングを用いて1.5 mm帯光波の電場を局在的に増強することでキャリアを効率よく励起させ, THz波の検出性能を向上させようと考えた. 実際に金属グレーティングを作製するため, 電子ビーム露光によるレジストパターン（目標露光幅140 nm, 周期240 nm）の作製を行った.
実験 / Experimental
EB(Electron Beam)露光装置を用いて, レジストを塗布したGaAs基板上にグレーティングの潜像を作製した. EB露光装置は広島大学半導体産業技術研究所所有のELS-G100（株式会社エリオニクス）を利用した. また, 露光を行う前にチャージアップ防止剤として, エスペイサー300Z（株式会社レゾナック）を塗布した. エスペイサー塗布条件と露光条件を以下に示す.
エスペイサー塗布条件
エスペイサー塗布：1st:
500 rpm
5 sec 2nd: 4,000 rpm 30 sec ベーク：80 ℃×10 min
露光条件
加速電圧：100 kVフィールドサイズ：500 mmフィールド分割数：200,000×200,000 分割描画時位置分解能(最小ドット間隔)：2.5 nmビーム電流値：100 pAドーズ量：20～220 mC/
設定露光幅：110 nm, 115 nm, 120nm周期：240 nmライン長：50 mm繰り返し回数：124回現像液には日本ゼオン製ZED-N50を, リンスには2-プロパノールをそれぞれ23 ℃に温調して用いた. 攪拌は装置ではなく手作業で行うため, 再現性の担保が難しい. そこで, 「GaAs基板を固定した治具を15 sec固定 + 5 secかけて一周する」を所望の現像時間まで繰り返すという方法を定めることで再現性を高めた.
現像条件
エスペイサー洗浄：超純水で1 min浸漬現像：1～7 min攪拌リンス：1 min攪拌
結果と考察 / Results and Discussion
上記条件と適切な湿度が組み合わさることで, 狙い通りのレジストラインパターン作製ができた. レジストラインパターンに金を蒸着した金属グレーティングのSEM像(図1)と, 湿度と作製可否の関係(表1)を添付した.
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. 光伝導アンテナの金属グレーティング部分
表1. 絶対湿度と作製可否の関係
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
情報通信機構の関根さんに実験で使用する基板を提供していただきました。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 平尾脩造, 荒巻佑成, 矢野航季, "THz波検出用1.5 µm帯励起GaAs光伝導アンテナの高性能化", 一般社団法人レーザー学会学術講演会第45回年次大会（広島）, 令和7年1月22日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件