特開 2025-143766 半導体デバイス、通信装置、撮像システムおよびレーダー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025143766

(43)【公開日】2025-10-02

(54)【発明の名称】半導体デバイス、通信装置、撮像システムおよびレーダー装置

(51)【国際特許分類】

   H03B 7/08 20060101AFI20250925BHJP

   H01Q 3/36 20060101ALI20250925BHJP

   H01Q 23/00 20060101ALI20250925BHJP

【ＦＩ】

H03B7/08

H01Q3/36

H01Q23/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】42

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024043186

(22)【出願日】2024-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村尾 竜耶

(72)【発明者】

【氏名】小山 泰史

(72)【発明者】

【氏名】北澤 佑記

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA06

5J021AB06

5J021DB03

5J021FA03

5J021FA06

5J021FA13

5J021FA24

5J021GA02

5J021JA08

(57)【要約】

【課題】ＲＴＤ発振器に注入同期を行いつつ、ＲＴＤ発振器の発振状態を変化させた場合であっても、ＲＴＤ発振器を安定した発振状態にすることができる技術を提供する。
【解決手段】ＲＴＤ発振器と、前記ＲＴＤ発振器を同期する基準発振器と、前記ＲＴＤ発振器の発振信号を調整する発振調整部と、前記基準発振器と前記発振調整部とを制御する制御部と、を有し、前記発振調整部は、前記制御部からの信号により、前記基準発振器の動作に応じて前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする半導体デバイス。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＲＴＤ発振器と、前記ＲＴＤ発振器を同期させる基準発振器と、前記ＲＴＤ発振器の発振信号を調整する発振調整部と、前記基準発振器と前記発振調整部とを制御する制御部と、を有し、前記制御部からの制御信号により、前記基準発振器の動作に応じて前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする半導体デバイス。

【請求項2】

前記制御部は、前記基準発振器の動作に応じて、前記発振調整部への前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項3】

前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号を用いて、前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項4】

前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号を用い、前記基準発振器の出力に対する伝送遅延または位相変化をもとに前記発振調整部を制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項5】

バイアスを印加するバイアス部をさらに備え、前記発振調整部は、前記バイアス部および前記ＲＴＤ発振器に電気的に接続され、前記ＲＴＤ発振器のバイアスを調整することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項6】

前記発振調整部は、前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号に対して前記ＲＴＤ発振器から反射する反射信号を確認することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項7】

前記発振調整部は、前記反射信号から前記ＲＴＤ発振器の基準となるバイアス電位を決定することを特徴とする請求項６に記載の半導体デバイス。

【請求項8】

前記制御部は、前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号の設定値に対応する制御信号を前記発振調整部に入力することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項9】

前記制御部は、前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号の設定値に対応しない制御信号を前記発振調整部に入力し、前記発振調整部は、前記同期信号に応じた制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項10】

注入同期部をさらに有し、前記注入同期部は、前記基準発振器から出力された第１の同期信号をもとに、前記ＲＴＤ発振器を同期させる第２の同期信号を前記ＲＴＤ発振器に注入することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項11】

前記制御部は、前記注入同期部の制御を行い、前記注入同期部の動作に応じて、前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項12】

前記注入同期部は、前記第１の同期信号の遅延時間または位相または強度を調整し、調整後の同期信号である前記第２の同期信号を前記ＲＴＤ発振器に注入することを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項13】

前記注入同期部は、前記ＲＴＤ発振器に出力する信号の遅延時間または位相または強度に対応した信号を前記発振調整部に出力することを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項14】

前記制御部は、前記基準発振器または前記注入同期部から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号の設定値に対応しない制御信号を前記発振調整部へ与え、前記発振調整部は、当該同期信号に応じた制御を行うことを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項15】

前記発振調整部は、前記ＲＴＤ発振器に電気的に接続され、前記ＲＴＤ発振器のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項16】

前記インピーダンス調整手段は、バラクタダイオードを含む回路を備えることを特徴とする請求項１５に記載の半導体デバイス。

【請求項17】

前記ＲＴＤ発振器は、１つ以上のＲＴＤと共振用の導体とを電気的に接続した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項18】

前記ＲＴＤ発振器は、１つ以上のアンテナに電気的に接続され、前記アンテナは前記発振信号からなる電磁波を放射または検出することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項19】

前記ＲＴＤ発振器はアクティブアンテナであり、前記共振用の導体はアンテナを兼ねることを特徴とする請求項１７に記載の半導体デバイス。

【請求項20】

前記ＲＴＤ発振器の発振信号の変調または復調を行う変復調部をさらに有し、前記変復調部は、前記ＲＴＤ発振器と電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項21】

前記変復調部に入力するベースバンド信号の強度または帯域幅に応じて、前記発振調整部を調整することを特徴とする請求項２０に記載の半導体デバイス。

【請求項22】

前記変復調部に入力するベースバンド信号の帯域幅が広がるほど、前記発振調整部は前記ＲＴＤ発振器の自励発振周波数と基準信号に含まれる周波数成分を近づけるように調整することを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。

【請求項23】

前記発振調整部は、前記バイアスを調整することで、前記ＲＴＤ発振器で共振する信号の位相を変えることを特徴とする請求項５に記載の半導体デバイス。

【請求項24】

前記発振調整部は、前記ＲＴＤ発振器のインピーダンスを調整することで、前記ＲＴＤ発振器で共振する信号の位相または強度を変えることを特徴とする請求項１５に記載の半導体デバイス。

【請求項25】

前記ＲＴＤ発振器は、前記基準発振器の基準周波数のハーモニック成分に同期して発振するサブハーモニック周波数が注入同期されることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項26】

前記基準発振器により周波数を変化させると同時に、前記発振調整部は、前記基準発振器から出力される周波数のハーモニック成分に同期するバイアス電位に調整して、前記ＲＴＤ発振器にバイアスを印加することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項27】

前記ＲＴＤ発振器のバイアス電位は、ＲＴＤの負性抵抗領域に設定されることを特徴とする請求項５に記載の半導体デバイス。

【請求項28】

前記ＲＴＤ発振器と、前記ＲＴＤ発振器と接続する前記アンテナとの組み合わせを複数、備えることを特徴とする請求項１８に記載の半導体デバイス。

【請求項29】

前記発振調整部は、複数の前記アンテナから放射されるそれぞれの信号の位相差を調整することを特徴とする請求項２８に記載の半導体デバイス。

【請求項30】

前記ＲＴＤ発振器で発振する発振信号は、０．３ＴＨｚから０．６ＴＨｚうちのいずれかの周波数の信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項31】

前記基準発振器の出力する信号強度は、前記ＲＴＤ発振器の出力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項32】

Ｎ行Ｍ列（ＮとＭは自然数）で配列された複数の前記ＲＴＤ発振器を備え、前記発振調整部と前記注入同期部のそれぞれの個数はＮ×Ｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項33】

１つ以上のＲＴＤ発振器を含む第１のグループと、他の１つ以上のＲＴＤ発振器を含む第２のグループに分けたとき、第１のグループにおける前記ＲＴＤ発振器をそれぞれグループ内で共通の前記発振調整部に接続し、第２のグループにおける前記ＲＴＤ発振器をそれぞれグループ内で共通の前記注入同期部に接続することを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。

【請求項34】

Ｎ行Ｍ列（ＮとＭは自然数）で配列された複数の前記ＲＴＤ発振器を備え、１つ以上の隣接する前記ＲＴＤ発振器の発振信号の位相差を変えることでビームフォーミングを行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項35】

複数の前記ＲＴＤ発振器に対して、共通の基準発振器を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項36】

複数の前記ＲＴＤ発振器に対して、複数の基準発振器を備え、少なくとも２つの基準発振器の周波数および位相が一致することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項37】

前記アンテナは、正方形のパッチアンテナであることを特徴とする請求項１８に記載の半導体デバイス。

【請求項38】

前記電磁波は、テラヘルツ帯の周波数を持つ電磁波であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体デバイス。

【請求項39】

前記ＲＴＤ発振器は、マイクロストリップライン共振器であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項40】

請求項１から３９のいずれか一項に記載の半導体デバイスと、
電磁波を放射する発信部と、
電磁波を検出する受信部と、
を有することを特徴とする通信装置。

【請求項41】

請求項１から３９のいずれか一項に記載の半導体デバイスと、
電磁波を被写体に向けて放射する発信部と、
前記被写体から反射または透過した前記電磁波を検出する受信部と、
を有することを特徴とする撮像システム。

【請求項42】

請求項１から３９のいずれか一項に記載の半導体デバイスと、
電磁波を放射する発信部と、
放射した前記電磁波の反射波を検出する受信部と、
放射波と反射波から距離を計測する
ことを特徴とするレーダー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイス、通信装置、撮像システムおよびレーダー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

テラヘルツ波を発生する電流注入型の光源として、テラヘルツ波の電磁波利得を有する素子と共振器とを集積した発振器が知られる。このうち、共鳴トンネルダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＲＴＤ）とアンテナを集積した発振器は、１ＴＨｚ近傍の周波数領域で室温動作する素子として期待されている。特許文献１には、ＲＴＤを用いた発振器に対してマスター信号を供給することで注入同期発振器となるよう構成し、マスター信号からＲＴＤ発振器の位相を制御することでＲＴＤ発振器の位相雑音を軽減するアンテナ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２３－１５７７３７公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、ＲＴＤ発振器に注入同期を行いつつ、ＲＴＤ発振器の発振状態を変化させた場合であっても、ＲＴＤ発振器を安定した発振状態にすることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様による半導体デバイスは、ＲＴＤ発振器と、前記ＲＴＤ発振器を同期する基準発振器と、前記ＲＴＤ発振器の発振信号を調整する発振調整部と、前記基準発振器と前記発振調整部とを制御する制御部と、を有し、前記制御部からの制御信号により、前記基準発振器の動作に応じて、前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、ＲＴＤ発振器に注入同期を行いつつ、ＲＴＤ発振器の発振状態を変化させた場合であっても、ＲＴＤ発振器を安定した発振状態にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態におけるブロック図である。

【図2】ＲＴＤ発振器における注入同期の特性を示すグラフである。

【図3】発振調整部によるバイアス調整の構成例を示す模式図である。

【図4】発振調整部によるフィードバック制御の構成例を示す模式図である。

【図5】発振調整部によるインピーダンス調整回路の構成例を示す模式図である。

【図6】ＲＴＤ発振器とその周辺部品の等価回路の例を示す図である。

【図7】第２実施形態におけるブロック図である。

【図8】注入同期部における位相調整の構成例を示す模式図である。

【図9】第３実施形態におけるブロック図である。

【図10】第４実施形態におけるブロック図である。

【図11】第５実施形態におけるブロック図である。

【図12】その他の実施形態における構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図面を参照しながら各実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技
術思想を具体化するためのものであって、本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なものとは限らず、複数の特徴は任意に組み合わせることができる。各実施形態の説明において、他の実施形態と同一の構成については説明を省略する場合がある。実施形態は、適宜変更、あるいは他の実施形態と適宜組み合わせることが可能である。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。

【0009】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の半導体デバイスに係る装置１０の構成例を示すブロック図である。なお、以降の説明では、便宜上、半導体デバイス１００と装置１０を区別して説明するが、本願明細書における半導体デバイスは、半導体デバイス１００だけでなく、装置１０を含む概念である。また、以下では、装置１０を送信器として用いる場合について説明を行うが、装置１０は受信器として用いることも可能である。

【0010】

装置１０は、半導体デバイス１００内部で生成した信号をテラヘルツ波１０３として空間中に放射するように構成される。ここで、テラヘルツ波とは、１０ＧＨｚ以上１００ＴＨｚ以下、より好適には、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数領域内の電磁波を示す。

【0011】

ＲＴＤ発振器１０４は、発振源であるＲＴＤ１０８と共振構造をもつ共振導体１０９とで構成されている。ＲＴＤ発振器は、半導体構造を有する共鳴トンネルダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＲＴＤ）と共振構造と組み合わせることで、テラヘルツ波１０３を発生または検出することができる。ＲＴＤ発振器で発振する発振信号は０．３ＴＨｚから０．６ＴＨｚのいずれかの周波数の信号を含むことができる。ＲＴＤ発振器１０４には、半導体デバイス１００外部の基準発振器１０２による基準信号が入力される。ＲＴＤ発振器１０４は単体でも自励発振周波数において自励発振を行うが、基準発振器１０２をマスター発振器として利用し、ＲＴＤ発振器１０４をスレーブとして動作させることで、位相雑音の低減を行うことが可能である。基準発振器１０２は、テラヘルツ波のタイミングを同期させるための波源であり、テラヘルツ波の発振周波数ｆ_ＴＨｚのＮ分の１（Ｎは自然数）倍のサブハーモニック周波数を出力する。ＲＴＤ発振器には、このサブハーモニック周波数が注入同期される。本実施形態では２分の１として説明する。また、基準発振器により周波数を変化させると同時に、発振調整部は基準発振器から出力される基準周波数のハーモニック成分に同期するバイアス電位を調整して、ＲＴＤ発振器にバイアスを印加することができる。基準発振器１０２の信号出力は、スレーブとなるＲＴＤ発振器１０４の出力よりも大きい信号を出力する。

【0012】

基準発振器１０２からＲＴＤ発振器１０４への入力によって注入される電力は、ＲＴＤ１個の出力Ｐ_ＲＴＤ（（３／１６）ｃｏｓωτ×ΔＩΔＶ）以上が望ましい。ここで、Ｐ_ＲＴＤは、ＲＴＤの出力、ωはテラヘルツ波の角周波数、τは半導体層内のキャリア走行時間である。また、ΔＩ、ΔＶは、ＲＴＤの負性抵抗領域の電流ピークと電流バレーのそれぞれ電流差、電圧差である。ＲＴＤ発振器１０４の内部に搭載されるＲＴＤの個数に限りはなく、搭載されるＲＴＤの個数分を足し合わせた電力を基準発振器１０２からＲＴＤ発振器１０４へと入力されることが好適である。基準発振器１０２の出力は（ＲＴＤ発振器１０４のＲＴＤ個数）×Ｐ_ＲＴＤ（（３／１６）ｃｏｓωτ×ΔＩΔＶ）に加えて、基準発振器１０２からＲＴＤ発振器１０４の各ＲＴＤまでの伝送損失分より大きい出力が望まれる。一方、基準発振器１０２からの出力はＰ_ＲＴＤよりも小さい場合でもロッキングできる。具体的には、ＲＴＤ１個の出力に対して１万分の１程度の小信号であっても、基準発振器１０２の信号に対してＲＴＤ発振器１０４が同期することが確認されている。本実施形態の適用を行う回路は、Ｐ_ＲＴＤ（（３／１６）ｃｏｓωτ×ΔＩΔＶ）よりも小さい出力を持つ基準発振器１０２を用いた場合でも、基準発振器１０２が出力する周波数
精度などを保ちつつ、ＲＴＤ発振器１０４を同期させることが可能である。すなわち、基準発振器１０２が出力する信号強度はＰ_ＲＴＤの値に大きく依存せずに設定可能である。

【0013】

発振調整部１０６は、半導体デバイス１００の外部に配置された制御部１０１により入力される制御信号により、基準発振器１０２の動作に応じて、ＲＴＤ発振器１０４の発振調整を行う。

【0014】

発振調整部１０６は、ＲＴＤ発振器１０４と電気的に接続され、ＲＴＤ発振器１０４が発振する際の電圧および電流の調整の他に、共振導体１０９のインピーダンスを制御するなどを行うインピーダンス調整手段を備えることができる。発振調整部１０６は、ＲＴＤ発振器１０４が発生するテラヘルツ波の信号の周波数、位相、強度など物理的なパラメータを調整する。

【0015】

ＲＴＤ発振器１０４の共振構造を持つ共振導体は、マイクロストリップライン共振器であり、広い下導体のＧＮＤと、線路状の上導体と、その間の誘電体によって構成される。上導体の線長がＲＴＤ発振器１０４内で発振する信号の波長λに対してλ／２の倍数となるよう設定される。具体的には０．５［ＴＨｚ］の波長λは０．６［ｍｍ］となるため、共振器上の比誘電率が２程度であるからλ／２の電気長は０．１５［ｍｍ］となる。この線長を基準として設計に用いることが好適である。誘電体の厚みはλ／１０以上λ／３以下が好適に用いられる。

【0016】

半導体デバイス１００は、バイアスを印加するバイアス部１０５を備えることができる。バイアスを発振調整部１０６の制御に使用する場合は、発振調整部１０６を介してＲＴＤ発振器１０４にバイアスを供給することができるが、直接、ＲＴＤ発振器１０４に対して供給することも可能である。本発明を適用できるバイアス部の接続構成は本実施形態の限りではない。

【0017】

バイアス部１０５は、ＲＴＤ１０８を駆動するために必要な電力を供給し、ＲＴＤ１０８にかかるバイアス電位を調整する。ＲＴＤの場合、バイアス信号はＲＴＤの微分負性抵抗領域となる電圧から選択されて、印加される。バイアス部１０５からＲＴＤ１０８へと印加されるＲＴＤを駆動するバイアス電位はおよそ直流に近いため、直接的に接続が行われることやローパスフィルタなどを介して入力することが好適である。

【0018】

図２を用いて、基準発振器１０２からＲＴＤ発振器１０４に対して行う同期処理のふるまいについて説明する。図２（ａ）は、ＲＴＤ１０８に印加されたバイアス電位を横軸に、ＲＴＤ発振器１０４で発振する周波数を縦軸にしてグラフにプロットした際のイメージを表している。基準発振器１０２からＲＴＤ発振器１０４に対して基準信号を入力し、ＲＴＤ発振器１０４の周波数を安定させる処理は注入同期と呼ばれる。本実施形態では、ＲＴＤ発振器１０４は基準発振器１０２が出力する信号のハーモニック（高調波）成分を利用している。グラフ内の実線は基準発振器１０２から入力がある場合、すなわち注入同期を行った場合のＲＴＤ発振器１０４内にみられる発振周波数とバイアス電位をプロットしたグラフのイメージ（注入同期プロット２０１）である。基準発振器１０２からは０．５［ＴＨｚ］の１／２倍のサブハーモニック周波数０．２５［ＴＨｚ］が入力されている。グラフ内の破線は、注入同期を行っていない場合のＲＴＤ発振器１０４内に見られる発振周波数とバイアス電位をプロットしたイメージ（非注入同期プロット２０２）である。この周波数は一例であり、基準発振器１０２が出力する信号の周波数はＲＴＤ発振器１０４と同じ、あるいはハーモニック成分であれば、本実施形態の限りではない。

【0019】

まず、ＲＴＤ１０８の自励発振周波数を確認する。図２（ａ）の非注入同期プロット２０２を確認すると、バイアス電位０．７［Ｖ］のとき、０．５［ＴＨｚ］の発振を行うも
のとなっている。バイアス電位を下げると自励発振周波数は低いほうに遷移し、バイアス電位を上げると自励発振周波数は高いほうに遷移することがわかる。次に、注入同期プロット２０１を確認する。バイアス電位０．７［Ｖ］のとき、０．５［ＴＨｚ］であるポイントは同様だが、バイアス電位を０．６９［Ｖ］まで下げる際も周波数は０．５［ＴＨｚ］を維持している。同様に、バイアス電位を０．７１［Ｖ］へと上げた際も０．５［ＴＨｚ］を維持している。これは基準発振器１０２からの注入同期によってＲＴＤ発振器１０４の発振周波数がロックされているという現象である。このように周波数が固定されることをロックする、周波数の固定されている状態から固定されていない状態へと変化することをロックが外れるという。

【0020】

図２（ａ）のグラフでは、ロックする領域はバイアス電位が０．６９［Ｖ］から０．７１［Ｖ］の領域であることがわかり、この領域をロッキングレンジという。ロッキングレンジ内では被注入同期発振器であるＲＴＤ発振器１０４は基準発振器１０２の周波数に依存して固定される。また、このロッキングレンジの範囲についてはＲＴＤ発振器１０４へと入力される基準発振器１０２の信号が強ければ広がり、逆に弱い場合は、狭い電圧レンジとなることが知られている。

【0021】

図２（ｂ）は注入同期時ありの場合における、ＲＴＤ１０８のバイアス電位を横軸に、注入された基準発振器１０２の信号とＲＴＤ発振器１０４の信号の位相差を表したものである。０．７［Ｖ］の位置では位相差が０°であり、これは注入同期の周波数と自励発振の周波数が一致していることで、周波数および位相の一致が見られている。バイアス電位を下げていくと位相は－９０°の方向へと変化し、バイアス電位を上げていくと＋９０°の方向へと位相が変化する。これらは基準発振器１０２とＲＴＤ発振器１０４の自励発振周波数がずれることによって、ロックした際に周波数差が位相差となって表れていることを意味する。この位相差は理論式で求めることができ、φ＝ｓｉｎ^－１（Ｑ√（（Ｐ_ｏ／Ｐ_ｉ）×（ｆ_１－ｆ_０）／（ｆ_１）））となる。φはＲＴＤ発振器１０４の発振位相であり、Ｐｉは発振電力である。Ｐｏは基準発振器から入力され同期する基準信号のハーモニック成分における発振電力で、ＱはＲＴＤ発振器１０４のＱ値である。Ｑ値は、周波数スペクトルが鋭いほど高くなり、発振回路の出力指標として用いられる。ｆ_１は自励発振周波数であり、ｆ_０は注入同期によって発振する周波数、すなわち基準発振器１０２の発振周波数である。この位相差は、式を見てわかる通り－９０°から＋９０°の範囲で変化するという事を表している。すなわち、ロッキングレンジ範囲内での位相差は－９０°から＋９０°の範囲で変化し、ロッキングレンジの幅は注入同期発振器の発振電力と注入電力の比に応じて変化するということがいえる。

【0022】

図３は、本実施形態の発振調整部１０６を説明する図である。発振調整部１０６はＲＴＤ発振器１０４の発振状態を調整するための回路であり、本実施形態ではその一例として説明する。制御部１０１から出力される制御信号をもとに発振調整部１０６を制御し、ＲＴＤ発振器１０４へと調整を与える。その際、基準発振器１０２の動作に応じて制御を行うことを可能としている。

【0023】

図３（ａ）は、発振調整部１０６によって、バイアス部１０５のバイアス電位を調整する回路を備えている。発振調整部１０６はバイアス部１０５からＲＴＤ発振器１０４に供給する電源ラインを入力する。入力した電源は抵抗Ｒ１（３０１）を通して出力ポート３０２へと接続し、最終的にＲＴＤ発振器１０４へと接続される。抵抗Ｒ１（３０１）と出力ポート３０２の間ではＧＮＤ電位との間に可変抵抗Ｒｖ（３０３）を接続されている。出力ポート３０２の電位はバイアス部１０５のバイアス電位を抵抗Ｒ１（３０１）と可変抵抗Ｒｖ（３０３）とで分圧した電位が出力されることになる。可変抵抗Ｒｖ（３０３）は入力ポート３０４に制御部１０１からの制御信号を入力し、その信号をもとに可変抵抗Ｒｖ（３０３）の抵抗値の調整を行う。可変抵抗Ｒｖ（３０３）の抵抗を調整することで
、ＲＴＤ発振器１０４に与えるバイアス電位を制御することができる。ＲＴＤ発振器１０４はバイアス電位が変わることにより、発振する信号の位相を変化させることができる。

【0024】

図３（ｂ）に、発振調整部１０６ｂによってＲＴＤ発振器１０４を動的に調整する際の一例を示す。バイアス部１０５からくる配線は発振調整部１０６ｂ内でインダクタＬ１（３０５）を介して出力ポート３０２へと接続される。インダクタＬ１と出力ポート３０２の間で分岐し、キャパシタＣ１（３０６）が接続される。このインダクタＬ１（３０５）とキャパシタＣ１（３０６）はバイアス・ティの役割を行い、バイアス部１０５からの直流成分とキャパシタＣ１（３０６）側からの交流成分を重畳させた信号を出力ポート３０２に出力することができる。キャパシタＣ１（３０６）の出力ポート３０２と反対側の端子は可変抵抗Ｒｖ（３０３）と制御信号源３０７がＧＮＤとの間に並列に接続されている。制御部１０１からの制御信号は２つの入力ポート（３０４、３０８）を介して入力される。入力ポート３０８からの信号は、制御信号源３０７の発振周波数を制御する。制御信号源の信号は正弦波のような連続的なものであるが、離散的な値をとるパルスはなどであってもよい。入力ポート３０４からの信号は可変抵抗Ｒｖ（３０３）の抵抗値を変化させることで、発振する交流信号の振幅を制御する。出力ポート３０２からはＲＴＤ発振器１０４を発振させるために必要となる負性抵抗領域への直流成分の電位に加えて、その電位を時間に応じて上下させるような交流成分の調整ができる。そうすることで、時間的に変化するビーム走査を行う際の位相制御などへの対応が可能である。また、発振調整部１０６ｂによる交流成分の調整はＲＴＤ発振器１０４の離散的な電圧値の変化を送信したいデータ列に合わせて変化させることで、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）などの位相変調制御に用いることも可能である。上述したバイアス電位の調整手段において、ＲＴＤ発振器１０４のバイアス電位を変更する他の回路構成や、ＲＴＤ発振器１０４のＧＮＤ側の電位を変化させる方法などは、他の手段でも代用可能である。ＲＴＤ発振器１０４のＲＴＤ１０８に印加されるバイアス電位を変化させる手段は本実施形態の限りではない。

【0025】

図３（ａ）や図３（ｂ）において、図１における基準発振器１０２の動作に応じて制御部１０１からの制御信号を調整することが可能である。具体的には、基準発振器１０２から出力される同期信号の周波数に応じて、入力ポート３０４に入力される可変抵抗Ｒｖ（３０３）の設定値を調整することができる。基準発振器１０２から出力される周波数はＲＴＤ発振器１０４の注入同期される際の周波数となるが、その際のバイアス電位は、図２（ａ）に示したように自励発振周波数が変わってくるため、周波数に応じた電圧調整が必要である。制御部１０１は、基準発振器１０２の制御を行い、基準発振器１０２が出力する周波数を検知することができる。また、他の制御部（不図示）から基準発振器１０２を制御し、その情報を制御部１０１が信号として受信するなども可能であり、基準発振器の信号強度、位相、周波数などの設定情報を得る手段はこの限りではない。さらに、制御部１０１による制御の具体例として、基準発振器１０２が出力する信号の強度設定や位相変化なども考えられる。基準発振器１０２が出力する信号強度が変わると、ＲＴＤ発振器１０４に入力される信号強度も変わるため、ロッキングレンジに変化が生じる。発振調整部による電圧調整は、ロッキングレンジ内で実施する必要があるため、調整量を変えた制御指示を制御部１０１から発振調整部１０６へと送る必要がある。位相変化においても先に説明した周波数やロッキングレンジとバイアス電圧の関係から同様に調整することができる。

【0026】

図４に、発振調整部１０６ｃのその他の調整方法を説明するためのブロック図を示す。発振調整部１０６ｃは、バイアス部１０５から抵抗Ｒ１（３０１）を介して出力ポート３０２へと接続される。抵抗Ｒ１（３０１）と出力ポート３０２の間にはスイッチ３１１とスイッチ３１７が接続され、スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御部１０１から入力ポート３０９に入力された制御信号により切り替えることができる。スイッチ３１１のもう一方の端子には可変抵抗Ｒｖ（３０３）が接続され、スイッチ３１１がＯＮの場合は、図３（ａ）
と同様の回路となる。スイッチ３１７のもう一方の端子には、調整回路３１４が接続されている。スイッチ３１７がＯＮの場合は、調整回路３１４の出力が出力ポート３０２へとつながるように構成される。スイッチ３１１とスイッチ３１７は、排他的にＯＮ／ＯＦＦされるように構成される。

【0027】

調整回路３１４は、基準発振器１０２から出力された基準信号の出力の一部を入力ポート３１０から入力したものを、分周器３１３を通してＮ分周し、Ｎ分周後の信号をミキサ３１６に入力する。ミキサ３１６には、Ｎ分周の信号の他に調整用発振器３１５の出力信号が入力され、それらの位相を比較し、その位相差に応じた差分電圧を出力する。ミキサ３１６から出力された電圧値は、調整回路の出力として、フィルタ３１２によって出力信号を所望の周波数帯へと平滑化して出力する。

【0028】

発振調整部１０６ｃが制御部１０１の制御信号を受け、基準発振器１０２の動作に応じて制御する。発振調整部１０６ｃは、基準発振器１０２の出力するＲＴＤ発振器１０４を同期する信号や、それに準ずる信号（ＲＴＤ発振器からの反射信号など）を受けることで調整のフィードバック制御が可能である。また、基準発振器１０２とＲＴＤ発振器１０４の位相がそろうことで戻り信号や反射波（反射信号）の影響が小さくなるなどの信号変化もフィードバック制御に有効に利用できる。位相がそろっていることが確認できれば、その時点のＲＴＤ発振器１０４のバイアスは基準となる中心点であることがわかるため、そこを基準にバイアスを±０．０１［Ｖ］変化させるなどの調整に応用できる。そのために、基準発振器１０２の出力信号を入力して制御を行うといった構成が考えられる。他にも、調整用発振器３１５の代わりに基準発振器１０２が出力した基準信号を用いるなどもできる。図４の回路構成は一例であり、本実施形態を適用した発振調整部の回路構成はこの限りではない。

【0029】

図５は、発振調整部１０６ｄにおいて、ＲＴＤ発振器１０４のインピーダンス調整などを行う際の構成例である。ＲＴＤ発振器１０４の共振導体１０９は、ＲＴＤ発振器１０４の発振信号を共振させるために必要であり、共振導体１０９に図５のような回路を接続することで、インピーダンス調整を行うことが可能である。発振調整部１０６ｄには、λ／２線路であるＺ１とＺ２が直列に接続されている。Ｚ１のＺ２と反対側の端子はオープンであり、オープンスタブとして機能する。Ｚ２のＺ１と反対側の端子はスイッチ３２１が接続されている。スイッチ３２１は、発振調整部１０６ｄに制御部１０１から入力された制御信号が入力ポート３１８を介して接続され、スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御している。Ｚ１とＺ２の接続部には、可変インピーダンス回路３２０が接続されている。可変インピーダンス回路３２０は、キャパシタＣ２とインピーダンスＺ１と可変キャパシタンスＣｖであるバラクタダイオードがＧＮＤとの間に接続されている。可変キャパシタンスＣｖの容量を調整するために、制御部１０１から入力ポート３１９を介して入力された信号が、インダクタＬ２を通ってＺ１との間で接続されている。発振調整部１０６ｄは、スイッチ３２１をＯＮすることにより、ＲＴＤ発振器１０４と接続され、共振導体１０９のインピーダンスを調整することができる。さらに、図５にあるようにＣｖなどバラクタダイオードなどの可変容量またはトランジスタを用いた可変インピーダンス回路を用いることで、制御部１０１からの制御性を高めることが可能である。

【0030】

図示した構成例の他にも、マイクロストリップ線路をスイッチで切り替えることで反射波の影響を変化させるインピーダンス調整回路を備えることができる。また、９０°ハイブリッド回路と可変キャパシタンスを用いた反射型の位相調整回路など、インピーダンスや接続した線路の位相を可変できる回路を備えることができる。これらの回路は、共振導体１０９のインピーダンスを基準発振器１０２からくる同期信号の周波数などに合わせて調整を行うことで、ＲＴＤ発振器１０４の発振時の損失を抑えて、発振の効率を上げることができる。また、損失を増やす構成をとることで発振強度の調整を行うことや、放射方
向を変化させるなど、発振調整部１０６ｄによってＲＴＤ発振器１０４の発振信号の調整を行う回路を構成することができる。さらに、入力ポート３１９の信号に、基準発振器１０２から出力された信号からなる周波数や位相の変化、伝送遅延などの情報を加えることもできる。また、ＲＴＤ発振器１０４を同期する同期信号の変化に応じて可変インピーダンス回路３２０の制御パラメータへとフィードバックするなどの調整も可能である。

【0031】

次に、制御部１０１における制御について説明する。制御部１０１は、発振調整部１０６が調整を行うために必要な制御信号を送信することで、制御を行う。本実施形態では、制御部１０１は、基準発振器１０２と発振調整部１０６の制御を行っている。装置１０を駆動させる際に、基準発振器１０２を制御し、周波数、位相、出力強度のパラメータを設定する。基準発振器は、一般的なＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路を使って、さらに低い周波数の源振、例えば水晶発振子を用いた高精度の発振源などから入力した発振信号を所望の周波数を発振するよう構成する。制御部１０１は、基準発振器１０２の設定および基準発振器１０２の発振が安定したことを受け、発振調整部へと制御信号を送る。その際、基準発振器１０２が発振し、出力する周波数をもとに制御信号として与える発振調整部１０６の調整値を決定することができる。具体的な設定例として、基準発振器１０２はＲＴＤ発振器１０４の発振する周波数の２分の１の周波数で発振する。そのため、０．２４［ＴＨｚ］で発振する場合は、ＲＴＤ発振器１０４が０．４８［ＴＨｚ］であるためバイアス電圧を０．６９［Ｖ］に設定するように制御する。また、発振周波数が０．２５［ＴＨｚ］の場合は、ＲＴＤ発振器１０４が０．５０［ＴＨｚ］となるためバイアス電圧を０．７［Ｖ］に設定するよう制御する。このように、制御部１０１は、基準発振器１０２がＲＴＤ発振器１０４を同期するために出力する基準信号の設定をもとに、発振調整部１０６の制御を行うことができる。

【0032】

さらに、基準発振器１０２が出力した信号がＲＴＤ発振器１０４に到達するまでの遅延などで、位相が変化することがあらかじめ分かっている場合がある。その場合は、制御部１０１がＲＴＤ発振器１０４の位相を調整する際に、変化する位相分を差し引いた位相調整を与えることで、基準発振器１０２からＲＴＤ発振器１０４への位相遅延分を補正することができる。あるいは、基準発振器１０２が出力するＲＴＤ発振器１０４を同期するための信号を分岐させ、制御部１０１へと入力させることができる。その場合は制御部１０１が基準発振器１０２を設定することが無い場合でも、ＲＴＤ発振器１０４へ与えられる信号の周波数や位相、強度などを認識でき、発振調整部１０６へとフィードバックすることも可能である。また、基準発振器１０２の出力が装置の動作に応じて変化する場合、例えばＲＴＤ発振器１０４の発振により反射波や戻り信号などの影響で、位相や強度が変化してしまうなどの場合でも、変動に応じた緻密なフィードバック制御を行うことが可能である。また、注入同期の信号強度によってロッキングレンジの幅は広がるが、位相に関しては－９０°から＋９０°の範囲を変化するという現象もみられる。このため、基準発振器１０２からの信号強度に応じて、バイアス調整のスピードや変更量を変えることも考えられる。

【0033】

他にも、図４で説明した発振調整部１０６ｃを用いる場合では、制御部１０１から制御信号を与えられた発振調整部１０６ｃが基準発振器１０２の出力信号を受けて制御を行う回路を構成することができる。制御部１０１は、発振調整部１０６ｃで制御のＯＮ／ＯＦＦや調整量、調整タイミングなどを変更することができる。そうすることで、基準発振器１０２の動作に応じて、発振調整部１０６ｃの制御を行うことができる。いずれの場合も制御部１０１からの信号による指示を受け、発振調整部１０６ｃからＲＴＤ発振器１０４に対する発振信号の調整を、基準発振器１０２の動作に応じて行うことができる。制御部１０１の制御内容やフィードバック信号、基準発振器１０２の構成及び周波数や分周の割合、バイアス電圧の値などは説明のための一例であり、この限りではない。

【0034】

本実施形態における装置１０の等価回路について図６を用いて説明を行う。ＲＴＤ発振器１０４は、バイアス部１０５の電位を発振調整部１０６の分圧回路で分圧した出力電位Ｖ１（３３０）とＧＮＤとを等価回路素子を介して接続する。ＲＴＤ発振器１０４は、ＲＴＤ１０８とインピーダンスＺ２で示される共振導体１０９やＲＴＤが持つ寄生インピーダンスとの組み合わせである。図の左端には基準発振器１０２が配置されている。基準発振器１０２とＲＴＤ発振器１０４の間には、基準発振器１０２が出力し、ＲＴＤ発振器１０４を同期する信号である基準信号の伝送路３３１を示す。伝送路３３１は寄生インダクタンスＬ３、Ｌ４や寄生キャパシタンスＣ５、Ｃ６、寄生抵抗Ｒ３、Ｒ４などとともに伝送路のインピーダンスＺ３などを備える。基準発振器１０２と伝送路３３１との間は基準発振器１０２の信号を通過させるようにキャパシタンスＣ４によってＡＣカップリングによって電気的に接続されている。ＲＴＤ発振器１０４と伝送路３３１の間もまた基準信号を通過させるためにキャパシタンスＣ３によって電気的に接続されている。

【0035】

基準発振器１０２の基準信号の周波数はＲＴＤ発振器１０４の発振信号の周波数の１／２に設定されており、キャパシタンスＣ３は基準信号の周波数を通過させ、発振信号の周波数を遮断するよう構成することが好適である。制御部１０１は基準発振器１０２の発振状態および発振調整部１０６の可変抵抗Ｒｖを制御するように構成されている。ＲＴＤ発振器１０４にはアンテナ１０７がキャパシタンスＣ７を介して接続される。キャパシタンスＣ７はＲＴＤ発振器１０４が発振するテラヘルツ帯の周波数を通過させ、基準信号の周波数を遮断するよう構成された、キャパシタンスまたは扇型のラジアル・スタブによるフィルタ等を用いて接続することが望ましい。さらに、アンテナ１０７はパッチアンテナ等の平面アンテナを形成し、線路とのインピーダンス整合をとるためにパッチアンテナの端から多少インセットした位置へと接続される。ＲＴＤ発振器１０４の出力は、アンテナ１０７上に定在波を形成し、空間中へと放射されることになる。

【0036】

キャパシタンスＣ７近傍にはＡＣカップリングによる接続の他にも、フィルタ回路を用いることが考えられる。ここで、基準発振器１０２の出力する基準信号の波長をλ_ｉｎｊとし、ＲＴＤ発振器１０４の発生する発振信号の波長をλとして説明する。ＲＴＤ発振器１０４の入力側では高周波回路で好適に使用される、λ_ｉｎｊ／４となるショートスタブが考えられる。ＲＴＤ発振器１０４への入力端にショートスタブを適切に配置することで、基準信号の周波数では信号を通過させつつ、ＲＴＤ発振器１０４の発振信号は２倍の周波数となるためＧＮＤへとクランプされる。一方で、ＲＴＤ発振器１０４の出力端、アンテナへと接続するほうではλ_ｉｎｊ／４のオープンスタブを配置しておく。オープンスタブのため、基準信号の周波数は通過させず、２倍の周波数である発振信号の周波数では通過するフィルタを構成することができる。スタブフィルタの構成はマイクロ波やミリ波の回路を応用して、テラヘルツ帯の周波数に合うようスケール調整を行って適宜配置することが可能であり、本実施形態の説明した限りではない。

【0037】

装置１０に配置されている制御部１０１は、半導体デバイス１００上ではなく、半導体デバイス１００が実装されているプリント基板上の別の集積回路（ＩＣ）として実装されている。集積回路ＩＣの出力がプリント基板上の配線を経由して半導体デバイス１００に入力され、発振調整部１０６を制御するという構成である。しかし、本発明を適用できる制御部１０１の配置に関しては、本実施形態の限りではない。同一の半導体チップにおいて集積されたＩＣとして実装されていてもよく、複数の半導体基板を積層した半導体チップの中で複数の基板に分かれて配置することもできる。さらには複数の半導体チップがフリップチップなどの接合技術で電気的に接続していてもよい。いずれの場合も基準発振器１０２の動作に応じて発振調整部１０６の制御を行うことで、ＲＴＤ発振器１０４の発振信号を制御でき、本発明を適用した半導体デバイスを構成することが可能である。

【0038】

本実施形態で説明した発振調整部（１０６、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ）などによ
るＲＴＤ発振器１０４の発振信号の調整を行うことができる。その結果、装置１０が出力するテラヘルツ波１０３の周波数、位相、放射強度、ビームの形状などを選択的または相補的に制御することが可能となる。周波数を変化させると周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）などのデジタル変調やＦＭ変調が可能となり、通信やレーダーなどの応用が考えられる。また、位相を変化させると位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調やＱＰＳＫ変調、が可能となり、強度を変化させるとＡＭ変調や強度シフトキーイング（ＡＳＫ）変調などが可能となる。位相と強度を自在に変化できれば直交位相振幅変調なども組み合わせ次第で可能となる。ビームの形状を変化させればビームフォーミングにより所望の受信相手に向けて効率よくテラヘルツ波１０３を送信することができる。本実施形態をとることで、ＲＴＤ発振器１０４において、注入同期による周波数精度の向上だけでなく、変調やビームフォーミングなどの付加機能をつけることができる。

【0039】

（第２実施形態）
第２実施形態では、テラヘルツ波を放射する装置１１の説明を行う。図７は、第２の実施形態におけるブロック図である。半導体デバイス１００において、基準発振器１０２から出力された基準信号（第１の同期信号）は注入同期部１１０へと入力されている。注入同期部１１０は、発振調整部１０６とＲＴＤ発振器１０４に信号を出力する。また、ＲＴＤ発振器１０４は、変調を行うよう構成されている。変調は、ベースバンド信号１１２をもとにＲＴＤ発振器１０４の信号と合成し、アンテナ１０７から変調されたテラヘルツ波１１３を放射するよう構成されている。本実施形態のブロックの接続以外にも、放射するテラヘルツ波を増幅するパワーアンプ（ＰＡ）や不要波を除去するなどのフィルタなどを適宜配置することもできる。

【0040】

注入同期部１１０について、説明する。注入同期部１１０は、基準発振器１０２から出力された基準信号（第１の同期信号）をもとに、ＲＴＤ発振器１０４を同期するために注入する注入同期信号（第２の同期信号）を生成する。本実施形態における注入同期部は、基準信号（第１の同期信号）の位相を変化させる移相器を有している。図８（ａ）は、本実施形態の注入同期部１１０に配置されている移相器である。λ／４の線路４本をループ状に接続し、一つのλ／４線路Ａ（３４０）の両端を入力３４１と出力３４２としている。また、λ／４線路Ｂ（３４３）とλ／４線路Ｃ（３４４）の接続部および、λ／４線路Ｃ（３４４）とλ／４線路Ｄ（３４５）との接続部には可変キャパシタンスを配置した構成で、反射型の移相器である。

【0041】

図８（ｂ）は注入同期部１１０のその他の参考例であり、例えば伝搬時間の異なる２つの線路（３４６、３４７）を入力端のスイッチ３４８と、出力端のスイッチ３４９により切り替える経路切換型の移相器などを用いることもできる。他にも、ミリ波やマイクロ波で使用されている、ローデッドライン型の移相器、ベクトル合成型の移相器も利用できる。また、配置する場所や設定したい移相量及び対応する帯域幅に応じて、集中定数のＬ・ＣおよびＦＥＴのスイッチを複数個組み合わせてＬＣ型の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を選択することができる。さらに、広域通過フィルタ（ＨＰＦ）に切り替えることによる位相差を利用するＬＰ／ＨＰ切換型なども、適宜選択することができる。

【0042】

注入同期部１１０は、制御部１０１から制御信号を入力し、注入同期信号（第２の同期信号）の位相を基準発振器の基準信号（第１の同期信号）の位相からずらすなどの調整を行うことが可能となる。さらに、注入同期部１１０は、基準発振器１０２よりもＲＴＤ発振器１０４に近いところで制御を行うことができる。これにより、基準発振器１０２から出力される基準信号の伝送路による遅延時間なども加味した状態で、個別のＲＴＤ発振器１０４に応じた調整を行うことが可能である。また、フィルタやインピーダンス調整回路をＲＴＤ発振器１０４との間に適宜配置することによって、反射波を抑制し、ＲＴＤ発振器１０４の安定した発振を助けることができる。また、注入同期部は発振調整部１０６へ
と調整後の同期信号（第２の同期信号）を注入することで、発振調整部１０６のバイアス調整によるフィードバックを行うことが可能である。これにより、発振調整部１０６は基準発振器１０２の動作および、基準発振器１０２の動作によって出力される基準信号（第１の同期信号）をもとに生成された注入同期信号（第２の同期信号）の動作に応じて、発振調整部１０６の制御を行うことが可能である。

【0043】

本実施形態の構成例以外にも、注入同期部１１０の制御は、別の制御部によって制御されることも可能である。また、注入同期部１１０から直接発振調整部１０６へと信号を伝送しない構成を採用することができる。その場合は、注入同期部１１０を制御する制御部１０１がもつ制御情報から、発振調整部１０６に与える制御信号に調整を加えることで、発振調整部１０６は注入同期信号の動作に応じて制御を行うことができればよい。たとえば、制御部が、基準発振器や注入同期部から出力されるＲＴＤ発振器を同期する同期信号の設定値に対応しない制御信号を発振調整部へ伝送し、発振調整部が当該同期信号に応じた制御を行ってもよい。本実施形態の接続構成は特に限定されない。

【0044】

注入同期部１１０には、移相器の他にも、ＲＴＤ発振器１０４と発振調整部１０６とに信号を分岐する分岐回路などを有していてもよい。分岐回路は通常マイクロ波回路などの高周波の回路に用いられるＴ型分岐の回路やパワーデバイダ、ハイブリッドカプラやラットレース回路を用いた接続を適宜利用することができる。等分に分岐することで出力信号の強度は半分となるため、注入同期信号の強度を補うような増幅回路を配置することも可能である。また、注入同期部１１０に基準発振器１０２から出力された基準信号の位相とＲＴＤ発振器１０４へと出力する注入同期信号の位相を確認する位相差検出手段を設けることができる。これにより、位相差に応じたフィードバック信号だけを発振調整部１０６に送ることができる。いずれの場合でも注入同期部１１０の役割は大きく２つであり、一つは、基準発振器１０２からくる基準信号をもとに、ＲＴＤ発振器１０４へと注入同期する注入同期信号（第２の同期信号）を生成する。もう一つは、ＲＴＤ発振器１０４へと注入同期する注入同期信号（第２の同期信号）の情報を発振調整部１０６へと出力する。以上２つの機能を実現でき、さらに、信号伝送を補助する増幅回路やフィルタ回路、反射波を低減するインピーダンス調整回路など、適宜配置されていても良い。

【0045】

図７のＲＴＤ発振器１０４には、ベースバンド信号１１２が入力されている。ベースバンド信号は周波数１０［ＧＨｚ］の振幅変調によるベースバンド信号である。ベースバンド信号１１２は半導体デバイス１００の外部にあるベースバンドＩＣによって生成され、入力される。ＲＴＤ発振器１０４はベースバンド信号１０［ＧＨｚ］とＲＴＤ発振器１０４の発振信号である周波数０．５［ＴＨｚ］、すなわち５００［ＧＨｚ］の信号とを合成することで、５５０［ＧＨｚ］の信号を生成する。この信号はアンテナ１０７へと伝わって空間中に放射されテラヘルツ波１１３として、受信相手（不図示）へと放射される。ＲＴＤ発振器１０４を復調で使用する場合には、ＲＴＤ発振器１０４の発振信号とアンテナ１０７から入力された入力信号をもとに、ベースバンド信号を出力する。ベースバンド信号の線路には適宜フィルタ等を用いて出力信号を選択するようにしてもよい。さらに、ベースバンド信号１１２や変調の状況に応じて、ＲＴＤ発振器１０４の制御、すなわち発振調整部１０６の制御へとフィードバックすることも可能である。注入同期部１１０の注入する電力を高めることや、バイアス電圧を自励発振周波数と注入信号の持つ周波数が近づくように調整するなど、変調信号の持つ情報に応じて切り替えることも可能である。これにより、変調する際の帯域が広くなることでＲＴＤ発振器１０４のロックが外れるなどの不安定をなくすことができる。

【0046】

ベースバンド信号は入力前に一度アップコンバートされたＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号でもよく、周波数や帯域および変調方法については通信システムによって適宜選択されるものである。また、ＲＴＤ発振器１０４の出力する周波
数も本装置が通信を行うために確保されるチャネルによって変わるものである。本実施形態ではＲＴＤ発振器への変調をもとに説明しているが、バイアス部からのバイアス電圧にバイアス・ティなどを使用してベースバンド信号を高周波信号側から入力することで変調するなどの対応も可能である。ＲＴＤ発振器の発振信号の変調あるいは復調を行う変復調部は、ＲＴＤ発振器と電気的に接続することができる。本発明を用いた変復調の構成は、前記で説明した限りではない。

【0047】

本実施形態の回路を用いることで、ＲＴＤ発振器１０４を通信用のローカル発振器（ＬＯ発振器）として利用し、ベースバンドからの変調信号に対応して、テラヘルツ波を変調することができる。変復調部に入力するベースバンド信号の強度や帯域幅に応じて、発振調整部を調整することができる。変復調部に入力するベースバンド信号の帯域幅が広がるほど、発振調整部はＲＴＤ発振器の自励発振周波数と基準信号に含まれる周波数成分に近づけるように調整することができる。注入同期部１１０を設けることで、基準発振器１０２からの信号は一旦注入同期前に成形され、ＲＴＤ発振器１０４に最適な形で入力を行うことができる。ＲＴＤ発振器１０４の発振精度の向上と変調制御を両立した送信デバイスを構成することができる。

【0048】

（第３実施形態）
図９に示した第３の実施形態であるテラヘルツ放射装置１２では、従来の実施形態とは異なる複数のアンテナ（１０７ａ、１０７ｂ、アレイアンテナともいう）を有している。そのため、アンテナに接続されるＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）もアンテナの個数分、（図示では２つ）に分けて配置されている。注入同期部（１１０ａ、１１０ｂ）や発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）も同様である。一方、バイアス部１０５やＧＮＤ部は同一の電源線であるが、図示する関係上分かれて図示している。図示した２つまたは複数のアンテナ（１０７ａ、１０７ｂ）はそれぞれテラヘルツ波（１１３ａ、１１３ｂ）を放射しているが、フェーズドアレイ配置となっている。アンテナ間の間隔は放射する波長以下、好適にはλ／２以下の間隔で配置されることが望ましい。アンテナが複数という構成の実施形態であり、半導体デバイス１００の内部のブロックの分割構成はこの限りではない。

【0049】

図９の構成の中には複数のアンテナからなる構成においても共通の部分がいくつか存在する。基準発振器１０２は複数のＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）に対して共通としている。フェーズドアレイであるため、基準となる周波数および位相は同一の発振器から生成されることが望ましいが、複数の基準発振器の周波数や位相をそろえるよう調整したものをそれぞれ配置していても良い。ベースバンド入力信号１１２においても共通である。同じデータを複数のアンテナから同時に放射するため、一つのベースバンド入力信号１１２から２つのＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）に分岐して入力している。これらも基準発振器同様、同期のみ行い分離して入力されてもよい。制御部１０１は基準発振器１０２の制御および、２つの発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）の制御を行うため、接続されている。

【0050】

図９では２つのブロックに分かれているが、共通にできる部分もある。例えば、注入同期部（１１０ａ、１１０ｂ）はそれぞれのＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）に別々に配置されているが、共通の１モジュールとしても良い。共通化することで、基準発振器１０２からの基準信号の配線が簡略化できる。共通の場合には注入同期部にバトラー・マトリクス回路などを用いることで、基準発振器１０２からの位相を複数のＲＴＤ発振器１０４に対して位相差をつけて分配するなどの構成も可能である。また、複数のＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）の間の位相のずれなどを確認しつつ発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）で個別調整を行うことが可能になる。そうすることで、アレイアンテナ間の位相調整をより高精度に実施することができる。発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）においても
個別に制御する従来の実施形態と同様の制御の他、共通調整としてバイアス部１０５からくるバイアス電圧をＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）の相互の動作状態に応じて調整することができる。

【0051】

発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）は、アレイアンテナ間の位相を合わせることで、アレイ配置された平面の鉛直上方（図９の右側）方向に指向性のあるテラヘルツ波のビームを作り出すことができる。これはアレイアンテナから放射されるテラヘルツ波（１１３ａ、１１３ｂ）の等位相で発振することによる信号の強め合いがその方向で起こるからである。一方で、アンテナ１０７ａの位相をアンテナ１０７ｂの位相より少し遅らせることで、放射ビームをアンテナ１０７ａ側（図９の右上側）に傾けることができる。位相制御を行うことで、フェーズドアレイアンテナのビームフォーミングの実現ができる。このことからも、ベースバンド信号１１２による変調と、発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）で行うビームフォーミング制御との個別の対応が可能である。ビームフォーミングを行う際のアンテナ間の位相差と走査角の関係は、ｓｉｎθ＝（λφ）／（２πｄ）で表される。ここで、θはビームの放射角度、λは放射する電磁波の波長、φは位相差、ｄはアレイアンテナのピッチである。アンテナピッチｄ＝λ／２のとき、位相差φ＝π／２とすると、θ＝π／６、すなわち３０度の放射角でビームを放射することが可能となる。

【0052】

第３の実施形態によれば、アンテナアレイによるビームフォーミングなどの位相制御を発振調整部（１０６ａ、１０６ｂ）で実現することが可能となる。本実施形態を採用することで、基準発振器１０２からの信号による注入同期を実現し、ＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）の発振を安定させつつ、各ＲＴＤ発振器の位相をずらしたビームフォーミングも行うことができる。これにより、テラヘルツ発振器の高機能化を行うことができる。

【0053】

（第４実施形態）
図１０は、本実施形態の装置１３の概要を表すブロック図である。従来の実施形態と異なり、４つのアンテナ（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ）を備えている。４つのアンテナは縦と横にマトリクス状に配置され、２行２列のアレイを構成する。このアンテナアレイの２次元平面（紙面と同一方向に定義する）を基準に鉛直方向にビームを放射するテラヘルツ送信器となっている。このアレイの数は一例であり、Ｎ行Ｍ列（この場合Ｎ、Ｍは同一または異なる自然数）で配列されたアレイ配置で適宜実現することができる。２系統の注入同期部（１１０ｃ、１１０ｄ）は共通の基準発振器１０２から出力される基準信号を入力している。注入同期部１１０ｃは、横一列のＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｃ）に注入同期を行い、注入同期部１１０ｄは、別の横一列のＲＴＤ発振器（１０４ｂ、１０４ｄ）に注入同期を行うよう構成される。さらに、２系統の発振調整部（１０６ｃ、１０６ｄ）を備える。発振調整部１０６ｃは縦一列のＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ）の調整を行い、もう一方の発振調整部１０６ｄは別の縦一列のＲＴＤ発振器（１０４ｃ、１０４ｄ）の調整を行うよう構成される。このように１つ以上のＲＴＤ発振器を含む第１のグループと、他の１つ以上のＲＴＤ発振器を含む第２のグループに分けたとき、それぞれのグループ内で共通の発振調整部と注入同期部を用いることができる。

【0054】

注入同期部（１１０ｃ、１１０ｄ）は基準発振器１０２からの基準信号を入力し、各ＲＴＤ発振器に注入同期する信号へと変換する。注入同期部１１０ｃと注入同期部１１０ｄとの相対的な位相差をずらすことで、２×２のアレイにおける、上下のビームフォーミングを実現できる。また、発振調部（１０６ｃ、１０６ｄ）による調整で、１つ以上の隣接するＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ）の位相を調整することができる。これにより、発振調整部１０６ｃと発振調整部１０６ｄの位相を相対的に変化させることで左右方向のビームフォーミングが実現できる。これらを組み合わせることで、平面から出るビームの方向を自在に設定することができる。

【0055】

また、すべてのＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ）に対応する個別の回路を配置する必要がなくなるため、配線の共通化などができ、回路レイアウトを効率よく行うことができる。テラヘルツ波の波長は０．５ＧＨｚの場合、波長λは０．６ｍｍとなるため、λ／２以下のピッチでアンテナ（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ）を配置する際の配置制約や、アンテナ周囲の回路構造による損失の増加などが効率の低下につながりやすい。そのため、アンテナを複数のグループに分割し、グループ内で共通の制御を行うことで、回路や配線の簡略化を実現できる。図９のように縦列と横列でグループを分けて配線することや、横列に共通の注入同期部、発振調整部を設けるなどの対応も可能である。さらに、Ｎ行Ｎ列のアレイアンテナをＭ行Ｍ列（Ｍ＜Ｎ、Ｍ、Ｎは自然数）のアレイアンテナグループとして制御するなどもできる。これにより、発振調整部と注入同期部のそれぞれの個数をＮ×Ｎ以下とすることができる。具体的な例でいうと、４×４のアレイアンテナに対して、２行２列のグループを４つ設け、それらを個別に制御するなどの対応が可能である。

【0056】

本実施形態の回路を利用することで、２次元アレイアンテナに対してもＲＴＤ発振器（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ）に対して適切に注入同期を行いつつ、発振調整部による制御を実現できる。これにより、レイアウト性が悪化することによる損失を抑えることができる。

【0057】

（第５実施形態）
図１１（ａ）は、本実施形態の装置１４を表すブロック図である。ＲＴＤ発振器１１４には、ＲＴＤ１０８のほかに共振器と放射器を兼ねたパッチアンテナ１１５を備える。パッチアンテナ１１５は、ＲＴＤ発振器１１４の発振信号を共振する共振構造となっており、さらに面内で共振した電磁波を空間中に放射するアンテナとしても機能する。空間中に放射されたテラヘルツ波１０３は、対向側の受信装置（不図示）によって受信される。本実施形態では、単一のＲＴＤ発振器１１４としているが、複数個を１列に並べた１次元のアレイアンテナや、平面上に配置した２次元アレイアンテナを構成することも可能である。

【0058】

図１１（ｂ）は、ＲＴＤ発振器１１４の半導体基板上の構造を表す概略図である。発振調整部１０６から入力されるバイアスおよび調整値は導体層１２０を介してパッチアンテナ１１５近辺へと伝達され、ビア１２１を介してパッチアンテナ１１５へと入力される。パッチアンテナ１１５は放射用の上導体層１２２とＧＮＤ用の下導体層１２３と、上導体層１２２と下導体層１２３の間に配置された誘電体層１２４とで構成され、ＧＮＤは下導体層１２３と接続することで基準電位を決定している。上導体層１２２と下導体層１２３の間にはＲＴＤ１０８が配置されている。ＲＴＤ１０８を分解すると、ＲＴＤのデバイスを形成するＲＴＤ層１２５と上導体層１２２と接続するビアもしくは導体層１２６および下導体層１２３と接続する導体層１２７とで構成されている。パッチアンテナ１１５へと入力されたバイアスおよび調整値は上導体層１２２を介してＲＴＤ層１２５に接続され、ＧＮＤとの電位差によるバイアス電位がＲＴＤ１０８に印加される。基準発振器１０２からの信号は不図示とするが、ＲＴＤ１０８またはいずれかの導体層に対して基準発振器１０２が発振して出力する信号の周波数帯近傍を通過させるようＡＣ接続されて入力される。これらの素子は半導体基板１２８上に半導体集積技術を用いて積層、パターニングされて形成される。上導体層１２２の上側に配置された誘電体層１２９は保護層であり、この半導体デバイスを保護するためのものである。

【0059】

ＲＴＤ発振器１１４がアンテナと一体化したアクティブアンテナとなることで、ＲＴＤ１０８が発振した信号を短い線路で放射器（パッチアンテナ１１５）へと接続することができる。このとき、共振用の導体がアンテナを兼ねることができる。テラヘルツ波１０３の周波数帯では、基板上の配線による導体損失や誘電体損失が出力低下の大きな原因とな
る。そのため、本実施形態のデバイス装置ではコンパクトで小型のデバイスとなるだけでなく、低損失で効率よく放射できる形態を実現できる。

【0060】

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

【0061】

例えば、上述の実施形態では無線通信装置における送信器を例にして説明しているが、用途はこれに限定されるものではなく、例えばレーダー装置であってもよい。ＦＭＣＷレーダーであれば、定常的に周波数掃引を行う必要があるが、図１のような第１実施形態の回路を用いて基準発振器１０２の出力周波数を掃引し、ＲＴＤ発振器１０４で発振信号を生成して放射してもよい。その場合、周波数の掃引幅が大きくなることで注入同期のロックが外れることや、自励発振との周波数差でＲＴＤ発振器１０４の発振信号の位相が変化してしまうなどの問題がある。発振調整部は基準発振器１０２が出力する信号の周波数に応じてＲＴＤ発振器１０４のバイアスを適宜調整することで、周波数や位相の不安定さをなくすことができる。

【0062】

また、上述の実施形態ではテラヘルツ波のアンテナとして正方形パッチアンテナを用いているが、アンテナの形状はこれに限られない。例えば、矩形及び三角形などの多角形、円形、楕円系などのパッチ導体および、ループアンテナやログペリアンテナ、ビバルディアンテナなどの平面アンテナおよびホーンアンテナなどが用いられてもよい。

【0063】

また、例えば、上述の実施形態では、一つのＲＴＤ発振器に対して一つのＲＴＤを配置した例を記載しているが、複数個のＲＴＤを配置してＰｕｓｈ－Ｐｕｓｈ方式やＰｕｓｈ－Ｐｕｌｌ方式によって共振器内で同時に発振させることもできる。また、一つのＲＴＤ発振器に対して一つのアンテナを対応づけて説明しているが、１対Ｎ、Ｎ対１、Ｎ対Ｎ（Ｎは自然数）の様な複数個の接続が配線されていてもよい。

【0064】

他にも、積層構造を用いてＲＴＤ発振器の構造を説明したが、これに限られない。すなわち、積層構造を用いない発振装置に対しても上述の議論を適用することができる。
また、ＲＴＤの材料として、以下の組み合わせのそれぞれが用いられてもよい。
・ＧａＡｓ基板上に形成したＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／およびＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
・ＩｎＰ基板上に形成したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｂ
・ＩｎＡｓ基板上に形成したＩｎＡｓ／ＡｌＡｓＳｂおよびＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ
・Ｓｉ基板上に形成したＳｉＧｅ／ＳｉＧｅ
上述の構造と材料は、所望の周波数などに応じて適宜選定されうる。

【0065】

上述の実施形態のいずれかの半導体デバイスを、テラヘルツカメラシステム（撮像システム）に適用した場合について説明する。
以下、図１２（ａ）を参照して説明する。テラヘルツカメラシステム１１００は、テラヘルツ波ＴＷを放射する発信部１１０１と、テラヘルツ波ＴＷを検出する受信部１１０２とを有する。さらに、テラヘルツカメラシステム１１００は、外部からの信号に基づき、発信部１１０１や受信部１１０２の動作を制御し、検出したテラヘルツ波に基づく画像を処理し、または、外部へ出力するための制御部１１０３を有する。各実施形態の半導体デバイスは、発信部１１０１であってもよいし、受信部１１０２であってもよい。発信部１１０１から放射されたテラヘルツ波は被写体１１０５において反射し、受信部１１０２において検出される。このような発信部１１０１と受信部１１０２とを有するカメラシステムは、アクティブ型の反射イメージングカメラシステムとも呼ばれうる。また、発信部１
１０１と受信部１１０２を対向させ、その中間に被写体を配置することで、被写体を透過したテラヘルツ波を観察する透過イメージングシステムも考えうる。なお、発信部１１０１がないパッシブ型カメラシステムにおいて、上述の各実施形態のアンテナ装置を受信部１１０２として用いることができる。ビームフォーミングが可能な各実施形態のアンテナ装置を用いることにより、カメラシステムの検出感度を向上させ、高画質の画像を得ることが可能となる。

【0066】

上述の実施形態のいずれかの半導体デバイスをテラヘルツ通信システム（通信装置）に適用した場合について説明する。
以下、図１２（ｂ）を参照して説明する。装置は、通信システムの構成部品として使用することができる。通信システムとして、単純なＡＳＫ方式から、スーパーヘテロダインやダイレクトコンバージョンなどが想定される。スーパーヘテロダイン方式の通信システムは、例えば、アンテナ１２００、増幅器１２０１、ミキサ１２０２、フィルタ１２０３、ミキサ１２０４、変換器１２０５、デジタルベースバンド変復調器１２０６、及び局部発振器（１２０７、１２０８）を含む。

【0067】

受信器の場合、アンテナ１２００を介して受信されたテラヘルツ波が、ミキサ１２０２によって中間周波数の信号に変換される。その後、ミキサ１２０４によってベースバンド帯の信号に変換され、変換器１２０５においてアナログ波形がデジタル波形に変換される。そして、そのデジタル波形がベースバンドにおいて復調されて通信信号が得られる。

【0068】

送信器の場合、通信信号が変調された後に変換器１２０５によってデジタル波形からアナログ波形に変換され、その後にミキサ１２０４及びミキサ１２０２を介して周波数変換されて、アンテナ１２００からテラヘルツ波として出力される。ダイレクトコンバージョン方式の通信システムは、アンテナ１２００、増幅器１２１１、ミキサ１２１２）、変復調器１２１３、及び局部発振器１２１４を含む。ダイレクトコンバージョン方式では、受信時に、ミキサ１２１２により受信されたテラヘルツ波が直接ベースバンド帯の信号に変換され、送信時に、ミキサ１２１２により送信対象のベースバンド帯の信号がテラヘルツ帯の信号に変換される。その他の構成はスーパーヘテロダイン方式と同様である。

【0069】

上述の各実施形態に係る装置は、半導体デバイスの電気制御でテラヘルツ波のビームフォーミングをおこなうことができる。このため、送受信機間の電波のアライメントが可能である。したがって、ビームフォーミングが可能な各実施形態のアンテナ装置を用いることにより、通信システムにおいて、信号対雑音比等の無線品質を向上させ、大容量の情報伝達を広いカバレッジエリアで、かつ、低コストで行うことが可能となる。また、送信と受信に同じ局部発振器を用いて周波数スイープを行うことができれば、ＦＭＣＷのレーダー装置として送信した信号と反射波の遅延や位相情報から距離を計測するなどの対応も可能である。たとえば、発信部から電磁波を放射して、放射した電磁波（放射波）が物体に反射し、その反射波を受信部で検出し、放射波と反射波から距離を計測することにより、距離をすることができる。本発明を適用することで信号対雑音比等の無線品質を向上させ、測距精度の向上が可能で、かつ、低コストで行うことが可能となる。

【0070】

以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。なお、本明細書の開示内容は、本明細書に記載したことのみならず、本明細書および本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。

【0071】

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
ＲＴＤ発振器と、前記ＲＴＤ発振器を同期させる基準発振器と、前記ＲＴＤ発振器の発振信号を調整する発振調整部と、前記基準発振器と前記発振調整部とを制御する制御部と
、を有し、前記制御部からの制御信号により、前記基準発振器の動作に応じて前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする半導体デバイス。
（構成２）
前記制御部は、前記基準発振器の動作に応じて、前記発振調整部への前記制御信号を生成することを特徴とする構成１に記載の半導体デバイス。
（構成３）
前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号を用いて、前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする構成１又は２に記載の半導体デバイス。
（構成４）
前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号を用い、前記基準発振器の出力に対する伝送遅延または位相変化をもとに前記発振調整部を制御することを特徴とする構成１～３のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成５）
バイアスを印加するバイアス部をさらに備え、前記発振調整部は、前記バイアス部および前記ＲＴＤ発振器に電気的に接続され、前記ＲＴＤ発振器のバイアスを調整することを特徴とする構成１～４のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成６）
前記発振調整部は、前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号に対して前記ＲＴＤ発振器から反射する反射信号を確認することを特徴とする構成１～５のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成７）
前記発振調整部は、前記反射信号から前記ＲＴＤ発振器の基準となるバイアス電位を決定することを特徴とする構成６に記載の半導体デバイス。
（構成８）
前記制御部は、前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号の設定値に対応する制御信号を前記発振調整部に入力することを特徴とする構成１～７のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成９）
前記制御部は、前記基準発振器から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号の設定値に対応しない制御信号を前記発振調整部に入力し、前記発振調整部は、前記同期信号に応じた制御を行うことを特徴とする構成１～８のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１０）
注入同期部をさらに有し、前記注入同期部は、前記基準発振器から出力された第１の同期信号をもとに、前記ＲＴＤ発振器を同期させる第２の同期信号を前記ＲＴＤ発振器に注入することを特徴とする構成１～９のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１１）
前記制御部は、前記注入同期部の制御を行い、前記注入同期部の動作に応じて、前記発振調整部の制御を行うことを特徴とする構成１０に記載の半導体デバイス。
（構成１２）
前記注入同期部は、前記第１の同期信号の遅延時間または位相または強度を調整し、調整後の同期信号である前記第２の同期信号を前記ＲＴＤ発振器に注入することを特徴とする構成１０又は１１に記載の半導体デバイス。
（構成１３）
前記注入同期部は、前記ＲＴＤ発振器に出力する信号の遅延時間または位相または強度に対応した信号を前記発振調整部に出力することを特徴とする構成１０～１２のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１４）
前記制御部は、前記基準発振器または前記注入同期部から出力される前記ＲＴＤ発振器を同期させる同期信号の設定値に対応しない制御信号を前記発振調整部へ与え、前記発振
調整部は、当該同期信号に応じた制御を行うことを特徴とする構成１０～１３のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１５）
前記発振調整部は、前記ＲＴＤ発振器に電気的に接続され、前記ＲＴＤ発振器のインピーダンスを調整するインピーダンス調整手段を有することを特徴とする構成１～１４のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１６）
前記インピーダンス調整手段は、バラクタダイオードを含む回路を備えることを特徴とする構成１５に記載の半導体デバイス。
（構成１７）
前記ＲＴＤ発振器は、１つ以上のＲＴＤと共振用の導体とを電気的に接続した構成を有することを特徴とする構成１～１６のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１８）
前記ＲＴＤ発振器は、１つ以上のアンテナに電気的に接続され、前記アンテナは前記発振信号からなる電磁波を放射または検出することを特徴とする構成１～１７のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成１９）
前記ＲＴＤ発振器はアクティブアンテナであり、前記共振用の導体はアンテナを兼ねることを特徴とする構成１７に記載の半導体デバイス。
（構成２０）
前記ＲＴＤ発振器の発振信号の変調または復調を行う変復調部をさらに有し、前記変復調部は、前記ＲＴＤ発振器と電気的に接続することを特徴とする構成１～１９のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２１）
前記変復調部に入力するベースバンド信号の強度または帯域幅に応じて、前記発振調整部を調整することを特徴とする構成２０に記載の半導体デバイス。
（構成２２）
前記変復調部に入力するベースバンド信号の帯域幅が広がるほど、前記発振調整部は前記ＲＴＤ発振器の自励発振周波数と基準信号に含まれる周波数成分を近づけるように調整することを特徴とする構成２０又は２１に記載の半導体デバイス。
（構成２３）
前記発振調整部は、前記バイアスを調整することで、前記ＲＴＤ発振器で共振する信号の位相を変えることを特徴とする構成１～２２のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２４）
前記発振調整部は、前記ＲＴＤ発振器のインピーダンスを調整することで、ＲＴＤ発振器で共振する信号の位相または強度を変えることを特徴とする構成１～２３のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２５）
前記ＲＴＤ発振器は、前記基準発振器の基準周波数のハーモニック成分に同期して発振するサブハーモニック周波数が注入同期されることを特徴とする構成１～２４のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２６）
前記基準発振器により周波数を変化させると同時に、前記発振調整部は、前記基準発振器から出力される周波数のハーモニック成分に同期するバイアス電位に調整して、前記ＲＴＤ発振器にバイアスを印加することを特徴とする構成１～２５のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２７）
前記ＲＴＤ発振器のバイアス電位は、ＲＴＤの負性抵抗領域に設定されることを特徴とする構成１～２６のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２８）
前記ＲＴＤ発振器と、前記ＲＴＤ発振器と接続する前記アンテナとの組み合わせを複数、備えることを特徴とする構成１８～２７のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成２９）
前記発振調整部は、複数の前記アンテナから放射されるそれぞれの信号の位相差を調整することを特徴とする構成２８に記載の半導体デバイス。
（構成３０）
前記ＲＴＤ発振器で発振する発振信号は、０．３ＴＨｚから０．６ＴＨｚうちのいずれかの周波数の信号を含むことを特徴とする構成１～２９のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３１）
前記基準発振器の出力する信号強度は、前記ＲＴＤ発振器の出力よりも大きいことを特徴とする構成１～３０のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３２）
Ｎ行Ｍ列（ＮとＭは自然数）で配列された複数の前記ＲＴＤ発振器を備え、前記発振調整部と前記注入同期部のそれぞれの個数はＮ×Ｍ以下であることを特徴とする構成１～３１のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３３）
１つ以上のＲＴＤ発振器を含む第１のグループと、他の１つ以上のＲＴＤ発振器を含む第２のグループに分けたとき、第１のグループにおける前記ＲＴＤ発振器をそれぞれグループ内で共通の前記発振調整部に接続し、第２のグループにおける前記ＲＴＤ発振器をそれぞれグループ内で共通の前記注入同期部に接続することを特徴とする構成１０～３２のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３４）
Ｎ行Ｍ列（ＮとＭは自然数）で配列された複数の前記ＲＴＤ発振器を備え、１つ以上の隣接する前記ＲＴＤ発振器の発振信号の位相差を変えることでビームフォーミングを行うことを特徴とする構成１～３３のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３５）
複数の前記ＲＴＤ発振器に対して、共通の基準発振器を備えることを特徴とする構成１～３４のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３６）
複数の前記ＲＴＤ発振器に対して、複数の基準発振器を備え、少なくとも２つの基準発振器の周波数および位相が一致することを特徴とする構成１～３５のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３７）
前記アンテナは、正方形のパッチアンテナであることを特徴とする構成１８～３６のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３８）
前記電磁波は、テラヘルツ帯の周波数を持つ電磁波であることを特徴とする構成１８～３７のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成３９）
前記ＲＴＤ発振器は、マイクロストリップライン共振器であることを特徴とする構成１～３８のいずれかに記載の半導体デバイス。
（構成４０）
構成１から３９のいずれか一に記載の半導体デバイスと、
電磁波を放射する発信部と、
電磁波を検出する受信部と、
を有することを特徴とする通信装置。
（構成４１）
構成１から３９のいずれか一に記載の半導体デバイスと、
電磁波を被写体に向けて放射する発信部と、
前記被写体から反射または透過した前記電磁波を検出する受信部と、
を有することを特徴とする撮像システム。
（構成４２）
構成１から３９のいずれか一に記載の半導体デバイスと、
電磁波を放射する発信部と、
放射した前記電磁波の反射波を検出する受信部と、
放射波と反射波から距離を計測する
ことを特徴とするレーダー装置。

【符号の説明】

【0072】

１００ 半導体デバイス
１０１ 制御部
１０２ 基準発振器
１０４ ＲＴＤ発振器
１０６ 発振調整部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】