(57)【要約】【課題】光伝導層を挟み込む一対の電極の間の間隔を適切に設定する。【解決手段】光伝導素子１１０は、表面１１２ａに励起光ＬＢ１が入射する光伝導層１１２と、励起光の入射方向Ｚに交わる所定方向Ｘに沿って光伝導層を挟み込む一対の電極１１３−３、１１４−３とを備え、一対の電極の夫々の入射方向に交わる平面上での形状は、光伝導層内を透過する励起光の光路の外縁に沿って分布する円弧形状である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に励起光が入射する光伝導層と、前記励起光の入射方向に交わる所定方向に沿って前記光伝導層を挟み込む一対の電極とを備え、
前記一対の電極の夫々の前記入射方向に交わる平面上での形状は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する円弧形状である
ことを特徴とする光伝導素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばテラヘルツ波等の電磁波を出射又は検出可能な光伝導素子の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の特性を計測するための計測装置として、テラヘルツ波計測装置が知られている。テラヘルツ波計測装置は、以下の手順で、試料の特性を計測する。まず、超短パルスレーザ光（例えば、フェムト秒パルスレーザ光）を分岐することで得られる一のレーザ光であるポンプ光（言い換えれば、励起光）が、バイアス電圧が印加されているテラヘルツ波発生素子に照射される。その結果、テラヘルツ波発生素子は、テラヘルツ波を出射する。テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波は、試料に照射される。試料に照射されたテラヘルツ波は、試料によって反射される又は試料を透過する。試料によって反射された又は試料を透過したテラヘルツ波は、超短パルスレーザ光を分岐することで得られる他のレーザ光であって且つポンプ光に対する光学的な遅延（つまり、光路長差）が付与されたプローブ光（言い換えれば、励起光）が照射されているテラヘルツ波検出素子に照射される。その結果、テラヘルツ波検出素子は、試料によって反射された又は試料を透過したテラヘルツ波を検出する。テラヘルツ波計測装置は、当該検出したテラヘルツ波（つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号）を解析することで、試料の特性を計測する。
【０００３】
テラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ検出素子の一例として、基板と、基板上に形成され且つギャップ部で離隔したアンテナを成すように配置された一対の電極層と、ギャップ部に形成された光伝導層とを備える光伝導素子がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された光伝導素子では、光伝導層は、一対の電極層のうちギャップ部に向かって延びる一対の電極部の間（つまり、一対の電極部の間のギャップ部）に形成されている。更に、光伝導層の側面は、一対の電極部の側面と電気的に接続されている。
【０００６】
ここで、特許文献１に記載された光伝導素子では、光伝導層を挟み込む一対の電極部の間の間隔（励起光の入射方向又は伝搬方向に交わる所定方向に沿った幅）は、光伝導層の高さ方向（つまり、励起光の入射方向又は伝搬方向）に沿った位置に関わらず、常に一定である。一方で、光伝導層に照射される励起光のビーム径（つまり、励起光の入射方向又は伝搬方向に交わる所定方向に沿った、励起光の光路の広がりの幅）は、光伝導層の高さ方向に沿った位置に応じて変動する。このため、励起光のビーム径の変動を考慮して一対の電極部の形状を選択する（例えば、一対の電極部の間の間隔を適切な間隔に設定する）ことで、光伝導素子の性能を改善する（例えば、Ｓ／Ｎ比を向上させる）余地があると推定される。
【０００７】
尚、テラヘルツ波とは異なる電磁波を用いて試料の特性を計測する任意の計測装置においても、当該計測装置が光伝導素子を備えている限りは、上述した技術的問題が生ずる。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、光伝導層を挟み込む一対の電極の間の間隔が適切に設定されている光伝導素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光伝導素子の第１の例は、表面に励起光が入射する光伝導層と、前記励起光の入射方向に交わる所定方向に沿って前記光伝導層を挟み込む一対の電極とを備え、前記一対の電極の夫々の前記入射方向に交わる平面上での形状は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する円弧形状である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施例のテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子のＩＩ−ＩＩ’断面を示す断面図である。
【図３】図３は、図２（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子のＩＩ−ＩＩ’断面のうち第３電極部及び光伝導層付近の断面を拡大した断面図である。
【図４】図４は、４つの比較例のテラヘルツ波発生素子を、本実施例のテラヘルツ波発生素子と共に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、第２実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子のＶ（１）−Ｖ（１）’断面を示す断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子のＶ（２）−Ｖ（２）’断面を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第３実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子のＶＩ−ＶＩ’断面を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、第４実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図７（ｂ）は、第４実施例のテラヘルツ波発生素子の断面（図７（ａ）中のＶＩＩ（１）−ＶＩＩ（１）’断面）を示す断面図であり、図７（ｃ）は、第４実施例のテラヘルツ波発生素子の断面（図７（ａ）中のＶＩＩ（２）−ＶＩＩ（２）’断面）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、光伝導素子及び計測装置の実施形態について説明を進める。
【００１２】
（光伝導素子の第１実施形態）
＜１＞
本実施形態の光伝導素子は、表面に励起光が入射する光伝導層と、前記励起光の入射方向に交わる所定方向に沿って前記光伝導層を挟み込む一対の電極とを備え、前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記表面と前記入射方向に沿って前記表面に対向する前記光伝導層の裏面との間の領域のうち前記表面及び前記裏面が位置する端部位置とは異なる所定位置において最小になる。
【００１３】
本実施形態の光伝導素子によれば、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔が適切に設定される。その結果、光伝導素子の性能（例えば、テラヘルツ波等の電磁波の発生効率又は検出効率）が向上する。
【００１４】
＜２＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記所定位置は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の前記所定方向に沿ったビーム径が最小となる位置である。
【００１５】
この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔が適切に設定される。
【００１６】
＜３＞
上述の如く所定位置が励起光のビーム径が最小となる位置である光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の間隔の前記入射方向に沿った変化傾向は、前記ビーム径の前記入射方向に沿った変化傾向と同一である。
【００１７】
この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔が適切に設定される。
【００１８】
＜４＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の夫々は、前記光伝導層と接触する接触面を含み、前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記所定方向に沿った一対の前記接触面の間隔である。
【００１９】
この態様によれば、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔に相当する一対の接触面の間隔が適切に設定される。
【００２０】
＜５＞
上述の如く一対の電極の夫々が接触面を備える光伝導素子の他の態様では、前記接触面は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する形状を有している。
【００２１】
この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の形状が適切に設定される。
【００２２】
＜６＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の夫々の前記入射方向に交わる平面上での形状は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する円弧形状である。
【００２３】
この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の形状が適切に設定される。
【００２４】
＜７＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の一方は、前記所定位置において前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔が最小になるように、少なくとも部分的に前記一対の電極の他方に向かって突き出している。
【００２５】
この態様によれば、一方の電極のうち他方の電極に向かって突き出す部分の形成が最小限に抑えられれば、一対の電極の間の寄生容量を小さくすることができる。
【００２６】
＜８＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記入射方向に交わる平面内において、前記一対の電極のうち所定強度以上の前記励起光の光路を前記所定方向に沿って挟み込む一対の第１部分の前記所定方向に沿った間隔は、前記一対の電極のうち前記所定強度以上の前記励起光の光路を前記所定方向に沿って挟み込まない一対の第２部分の前記所定方向に沿った間隔よりも小さい。
【００２７】
この態様によれば、一対の第２部分の間隔を不必要に狭くしてしまうことがないがゆえに、入射方向に交わる平面内において一対の電極の間隔が一定である場合と比較して、一対の電極の間の寄生容量を小さくすることができる。
【００２８】
＜９＞
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極は、前記励起光の光路の外側に形成されている。
【００２９】
この態様によれば、励起光の伝搬が一対の電極によって阻害されることはない。
【００３０】
（計測装置の実施形態）
＜１０＞
本実施形態の計測装置は、試料に電磁波を照射する照射手段と、前記試料に照射された前記電磁波を検出する検出手段とを備え、照射出射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一方は、上述した本実施形態の光伝導素子（但し、その各種態様を含む）を含む。
【００３１】
本実施形態の計測装置によれば、上述した本実施形態の光伝導素子が享受することが可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。
【００３２】
＜１１＞
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記電磁波は、テラヘルツ波を含む。
【００３３】
この態様によれば、計測装置は、テラヘルツ波を用いて試料の特性を計測するテラヘルツ波計測装置として動作することができる。このようなテラヘルツ波計測装置として動作する計測装置もまた、上述した本実施形態の光伝導素子が享受することが可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。
【００３４】
本実施形態の光伝導素子及び計測装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の光伝導素子では、一対の電極の間隔は、光伝導層の表面及び裏面が位置する端部位置とは異なる所定位置において最小になる。本実施形態の計測装置は、本実施形態の光伝導素子を備える。従って、励起光のビーム径に応じた適切な形状を有する光伝導素子、及び、このような光伝導素子を備える計測装置が提供される。
【実施例】
【００３６】
以下、図面を参照しながら、光伝導素子及び計測装置の実施例について説明する。特に、以下では、夫々が「光伝導素子」の一具体例であるテラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０を備え且つ「計測装置」の一具体例であるテラヘルツ波計測装置１００を用いて説明を進める。
【００３７】
（１）テラヘルツ波計測装置１００の構成
初めに、図１を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００の構成について説明する。図１は、本実施例のテラヘルツ波計測装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１００は、テラヘルツ波ＴＨｚを試料１０に照射すると共に、試料１０を透過した又は試料１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、試料１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚ）を検出する。尚、図１に示す例では、テラヘルツ波計測装置１００は、試料１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚを検出している。
【００３９】
テラヘルツ波ＴＨｚは、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）前後の周波数領域（つまり、テラヘルツ領域）に属する電磁波成分を含む電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置１００は、試料１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、試料１０の特性を計測することができる。
【００４０】
ここで、テラヘルツ波ＴＨｚの周期は、サブピコ秒のオーダーの周期であるがゆえに、当該テラヘルツ波ＴＨｚの波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置１００は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用することで、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出する。以下、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置１００についてより具体的に説明を進める。
【００４１】
図１に示すように、テラヘルツ波計測装置１００は、パルスレーザ装置１０１と、「照射手段」の一具体例であるテラヘルツ波発生素子１１０と、ビームスプリッタ１６１と、反射鏡１６２と、反射鏡１６３と、ハーフミラー１６４と、光学遅延機構１２０と、「検出手段」の一具体例であるテラヘルツ波検出素子１３０と、バイアス電圧生成部１４１と、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換部１４２と、制御部１５０とを備えている。
【００４２】
パルスレーザ装置１０１は、当該パルスレーザ装置１０１に入力される駆動電流に応じた光強度を有するサブピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルスレーザ光ＬＢを生成する。パルスレーザ装置１０１が生成したパルスレーザ光ＬＢは、不図示の導光路（例えば、光ファイバ等）を介して、ビームスプリッタ１６１に入射する。
【００４３】
ビームスプリッタ１６１は、パルスレーザ光ＬＢを、夫々が「励起光」の一具体例であるポンプ光ＬＢ１とプローブ光ＬＢ２とに分岐する。ポンプ光ＬＢ１は、不図示の導光路を介して、テラヘルツ波発生素子１１０に入射する。一方で、プローブ光ＬＢ２は、不図示の導光路及び反射鏡１６２を介して、光学遅延機構１２０に入射する。その後、光学遅延機構１２０から出射したプローブ光ＬＢ２は、反射鏡１６３及び不図示の導光路を介して、テラヘルツ波検出素子１３０に入射する。
【００４４】
テラヘルツ波発生素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚを出射する。具体的には、テラヘルツ波発生素子１１０が備えるギャップ部１１５（図２等参照）には、テラヘルツ波発生素子１１０が備える電極層１１３及び１１４（図２等参照）を介して、バイアス電圧生成部１４１が生成したバイアス電圧が印加されている。有効なバイアス電圧（例えば、０Ｖでないバイアス電圧）がギャップ部１１５に印加されている状態でポンプ光ＬＢ１がギャップ部１１５に照射されると、ギャップ部１１５に形成されている光伝導層１１２（図２等参照）にポンプ光ＬＢ１が照射される。この場合、ポンプ光ＬＢ１が照射された光伝導層１１２には、ポンプ光ＬＢ１による光励起によってキャリアが発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０には、発生したキャリアに応じたサブピコ秒オーダーの又はフェムト秒オーダーのパルス状の電流信号が発生する。発生した電流信号は、電極層１１３及び１１４に流れる。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０は、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波ＴＨｚを出射する。
【００４５】
テラヘルツ波発生素子１１０から出射したテラヘルツ波ＴＨｚは、ハーフミラー１６４を透過する。その結果、ハーフミラー１６４を透過したテラヘルツ波ＴＨｚは、試料１０に照射される。試料１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、試料１０によって反射される。試料１０によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、ハーフミラー１６４によって反射される。ハーフミラー１６４によって反射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、テラヘルツ波検出素子１３０に入射する。
【００４６】
テラヘルツ波検出素子１３０は、テラヘルツ波検出素子１３０に入射するテラヘルツ波ＴＨｚを検出する。具体的には、テラヘルツ波検出素子１３０が備えるギャップ部１１５（図２等参照）にプローブ光ＬＢ２が照射されると、ギャップ部１１５に形成されている光伝導層１１２（図２等参照）にプローブ光ＬＢ２が照射される。この場合、プローブ光ＬＢ２が照射された光伝導層１１２には、プローブ光ＬＢ２による光励起によってキャリアが発生する。その結果、キャリアに応じた電流信号が、テラヘルツ波検出素子１３０が備える電極層１１３及び１１４（図２等参照）に流れる。プローブ光ＬＢ２がギャップ部１１５に照射されている状態でテラヘルツ波検出素子１３０にテラヘルツ波ＴＨｚが照射されると、電極層１１３及び１１４に流れる電流信号の信号強度は、テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じて変化する。テラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じて信号強度が変化する電流信号は、電極層１１３及び１１４を介して、Ｉ−Ｖ変換部１４２に出力される。
【００４７】
光学遅延機構１２０は、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の差分（つまり、光路長差）を調整する。具体的には、光学遅延機構１２０は、プローブ光ＬＢ２の光路長を調整することで、光路長差を調整する。光路長差が調整されると、ポンプ光ＬＢ１がテラヘルツ波発生素子１１０に入射するタイミング（或いは、テラヘルツ波発生素子１１０がテラヘルツ波ＴＨｚを出射するタイミング）と、プローブ光ＬＢ２がテラヘルツ波検出素子１３０に入射するタイミング（或いは、テラヘルツ波検出素子１３０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミング）との時間差が調整される。テラヘルツ波計測装置１００は、この時間差を調整することで、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出する。例えば、光学遅延機構１２０によってプローブ光ＬＢ２の光路が０．３ミリメートル（但し、空気中での光路長）だけ長くなると、プローブ光ＬＢ２がテラヘルツ波検出素子１３０に入射するタイミングが１ピコ秒だけ遅くなる。この場合、テラヘルツ波検出素子１３０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミングが、１ピコ秒だけ遅くなる。テラヘルツ波検出素子１３０に対して同一の波形を有するテラヘルツ波ＴＨｚが数十ＭＨｚ程度の間隔で繰り返し入射することを考慮すれば、テラヘルツ波検出素子１３０がテラヘルツ波ＴＨｚを検出するタイミングを徐々にずらすことで、テラヘルツ波検出素子１３０は、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を間接的に検出することができる。つまり、後述するロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０の検出結果に基づいて、テラヘルツ波ＴＨｚの波形を検出することができる。
【００４８】
テラヘルツ波検出素子１３０から出力される電流信号は、Ｉ−Ｖ変換部１４２によって、電圧信号に変換される。
【００４９】
制御部１５０は、テラヘルツ波検出素子１３０の検出結果（つまり、Ｉ−Ｖ変換部１４２が出力する電圧信号）に基づいて、試料１０の特性を計測する。試料１０の特性を計測するために、制御部１５０は、ロックイン検出部１５１と、信号処理部１５２とを備えている。
【００５０】
ロックイン検出部１５１は、Ｉ−Ｖ変換部１４２から出力される電圧信号に対して、バイアス電圧生成部１４１が生成するバイアス電圧を参照信号とする同期検波を行う。その結果、ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波ＴＨｚのサンプル値を検出する。その後、ポンプ光ＬＢ１の光路長とプローブ光ＬＢ２の光路長との間の差分（つまり、光路長差）を適宜調整しながら同様の動作が繰り返されることで、ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚの波形（時間波形）を検出することができる。ロックイン検出部１５１は、テラヘルツ波検出素子１３０が検出したテラヘルツ波ＴＨｚの波形を示す波形信号を、信号処理部１５２に対して出力する。
【００５１】
信号処理部１５２は、ロックイン検出部１５１から出力される波形信号に基づいて、試料１０の特性を計測する。例えば、信号処理部１５２は、テラヘルツ時間領域分光法を用いてテラヘルツ波ＴＨｚの周波数スペクトルを取得すると共に、当該周波数スペクトルに基づいて試料１０の特性を計測する。
【００５２】
（２）テラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０の構成
続いて、テラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０の構成について説明する。尚、テラヘルツ波発生素子１１０の構成は、テラヘルツ波検出素子１３０の構成と同様である。従って、以下では、テラヘルツ波発生素子１１０の構成について説明する。但し、以下の説明は、テラヘルツ波検出素子１３０に対しても同様に適用可能である。更に、以下の説明では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義される三次元座標空間を用いて、テラヘルツ波発生素子１１０を説明する。
【００５３】
（２−１）第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１の構成
はじめに、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照しながら、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子１１０−１”と称する）の構成について説明する。図２（ａ）は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１の上面を示す上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０−１のＩＩ−ＩＩ’断面を示す断面図である。
【００５４】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、テラヘルツ波発生素子１１０−１は、基板１１１と、基板１１１の一方の表面（＋Ｚ軸方向側の表面）上に形成されている光伝導層１１２と、基板１１１の一方の表面上に形成されている一対の電極層（つまり、電極層１１３及び１１４）とを備えている。つまり、テラヘルツ波発生素子１１０−１は、基板１１１と光伝導層１１２並びに電極層１１３及び１１４とが、積層方向であるＺ軸方向（つまり、基板１１１の表面に平行なＸＹ平面に直交する方向）に沿って積層されている積層構造を有している。
【００５５】
基板１１１は、半導体基板である。例えば、基板１１１は、ＩｎＰ（リン化インジウム）基板、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板又はＳｉ（シリコン）基板等であってもよい。基板１１１の形状は板状であるが、その他の形状であってもよい。
【００５６】
光伝導層１１２は、上述したポンプ光ＬＢ１が照射されることでキャリア（例えば、電子又は正孔）が発生する層である。光伝導層１１２は、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）、ＩｎＧａＰ（リン化インジウムガリウム）、ＡｌＡｓ（砒化アルミニウム）、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ（砒化インジウムアルミニウム）、ＩｎＧａＡｓ（砒化インジウムガリウム）、ＧａＡｓＳｂ（ガリウム砒素アンチモン）、ＩｎＧａＡｓＰ（リン化インジウムガリウム砒素）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）、ＩｎＳｂ（アンチモン化インジウム）、及び、低温成長させた上記材料のうちの少なくとも一つから構成される。
【００５７】
電極層１１３及び１１４は、上述したバイアス電圧が印加される一対の電極層である。更に、電極層１１３及び１１４は、光伝導層１１２へのポンプ光ＬＢ１の照射に起因して発生したキャリアに応じた電流信号が流れる一対の電極層である。但し、電極層１１３及び１１４がテラヘルツ波検出素子１３０を構成する場合には、電極層１１３及び１１４は、光伝導層１１２へのプローブ光ＬＢ２の照射に起因して発生したキャリアに応じた電流信号であって且つテラヘルツ波検出素子１３０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚの光強度に応じた電流信号が流れる一対の電極層である。電極層１１３及び１１４のうちの少なくとも一方は、透明電極材料（例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ及びＩＧＺＯのうちの少なくとも一つ）及び金属材料（例えば、Ａｕ、ＡｕＣｒ、ＡｕＧｅＮｉ及びＡｕＳｎのうちの少なくとも一つ）のうちの少なくとも一方から構成される。
【００５８】
電極層１１３は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第１電極部１１３−１と第２電極部１１３−２と第３電極部１１３−３とを含む。第１電極部１１３−１は、Ｙ軸方向に沿って延びる。第２電極部１１３−２は、第１電極部１１３−１の一部を起点に電極層１１４に向かって（つまり、−Ｘ軸方向に向かって）延びる。第３電極部１１３−３は、第２電極部１１３−２の−Ｘ軸側の側面に接すると共に基板１１１を起点に＋Ｚ軸方向に向かって（つまり、積層方向に沿って）延びる。電極層１１３の形状（ＸＹ平面上での形状）は、アルファベットの「Ｔ」となる。
【００５９】
第２電極部１１３−２は、アンテナとして機能し得る。例えば、第２電極部１１３−２は、いわゆるダイポールアンテナとして機能し得る。第１電極部１１３−１は、アンテナとして機能し得るとともに、アンテナとして機能し得る第２電極部１１３−２を介して電流信号が流れ込む伝送線路として機能し得る。例えば、第１電極部１１３−１は、いわゆる平行伝送線路として機能し得る。第３電極部１１３−３は、アンテナとして機能し得ると共に、光伝導層１１２から電流信号（つまり、ポンプ光ＬＢ１の励起によって発生したキャリア）を取り出す電極として機能し得る。但し、第１電極部１１３−１、第２電極部１１３−２及び第３電極部１１３−３は、その他の形状のアンテナ（例えば、いわゆるボウタイ型のアンテナ）として機能してもよい。
【００６０】
電極層１１４は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第１電極部１１４−１と第２電極部１１４−２と第３電極部１１４−３とを含む。第１電極部１１４−１は、Ｙ軸方向に沿って延びる。第２電極部１１４−２は、第１電極部１１４−１の一部を起点に電極層１１３に向かって（つまり、＋Ｘ軸方向に向かって）延びる。第３電極部１１４−３は、第２電極部１１４−２の＋Ｘ軸側の側面に接すると共に基板１１１を起点に＋Ｚ軸方向に向かって（つまり、積層方向に沿って）延びる。電極層１１４の形状（ＸＹ平面上での形状）は、アルファベットの「Ｔ」となる。
【００６１】
第２電極部１１４−２は、アンテナとして機能し得る。例えば、第２電極部１１４−２は、いわゆるダイポールアンテナとして機能し得る。第１電極部１１４−１は、アンテナとして機能し得るとともに、アンテナとして機能し得る第２電極部１１４−２を介して電流信号が流れ込む伝送線路として機能し得る。例えば、第１電極部１１４−１は、いわゆる平行伝送線路として機能し得る。第３電極部１１４−３は、アンテナとして機能し得ると共に、光伝導層１１２から電流信号（つまり、ポンプ光ＬＢ１の励起によって発生したキャリア）を取り出す電極として機能し得る。但し、第１電極部１１４−１、第２電極部１１４−２及び第３電極部１１４−３は、その他の形状のアンテナ（例えば、いわゆるボウタイ型のアンテナ）として機能してもよい。
【００６２】
第３電極部１１３−３と第３電極部１１４−３との間には、電極層１１３及び１１４が形成されないギャップ部１１５が確保される。ギャップ部１１５には、光伝導層１１２が形成されている。従って、第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々は、「所定方向」の一具体例であるＸ軸方向に沿って光伝導層１１２を挟み込む。第３電極部１１３−３の−Ｘ軸側の側面１１３−３ａは、光伝導層１１２の＋Ｘ軸側の側面１１２ｃに接する。第３電極部１１４−３の＋Ｘ軸側の側面１１４−３ａは、光伝導層１１２の−Ｘ軸側の側面１１２ｄに接する。尚、側面１１３−３ａ及び側面１１４−３ａの夫々は、「接触面」の一具体例である。
【００６３】
図２に示す例では、光伝導層１１２のＹ軸方向に沿った幅は、第２電極部１１３−２及び１１４−２並びに第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々のＹ軸方向に沿った幅よりも大きい。つまり、光伝導層１１２は、第２電極部１１３−２及び１１４−２並びに第３電極部１１３−３及び１１４−３から見て、Ｙ軸方向に沿って突き出している。この場合であっても、光伝導層１１２のうちＹ軸方向に沿って突き出している部分は、図２（ａ）の点線の丸印が示すポンプ光ＬＢ１が照射される領域から離れている。このため、光伝導層１１２のうちＹ軸方向に沿って突き出している部分が、テラヘルツ波発生素子１１０の動作に悪影響を与えることはない。但し、光伝導層１１２のＹ軸方向に沿った幅は、第２電極部１１３−２及び１１４−２並びに第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々のＹ軸方向に沿った幅と同一であってもよい。
【００６４】
光伝導層１１２の＋Ｚ軸側の表面１１２ａには、ポンプ光ＬＢ１が照射される。具体的には、ビームスプリッタ１６１から出射したポンプ光ＬＢ１は、表面１１２ａに向かうように（図２（ｂ）に示す例では、「入射方向」の一具体例である−Ｚ軸方向に向かって）空間中を伝搬する。表面１１２ａに到達したポンプ光ＬＢ１は、光伝導層１１２の内部を−Ｚ軸方向に向かって透過していく。ポンプ光ＬＢ１は、光伝導層１１２の内部の焦点位置においてポンプ光ＬＢ１のビーム径が最も小さくなる（つまり、集光される）ように、光伝導層１１２に照射される。つまり、ポンプ光ＬＢ１は、光伝導層１１２の内部の焦点位置に向かってビーム径を縮小させながら伝搬していき、焦点位置に到達した後にはビーム径を拡大させながら伝搬していく。尚、ここで言う「ポンプ光ＬＢ１のビーム径」とは、ポンプ光ＬＢ１の光路の、ＸＹ平面に平行な断面の径を意味する。
【００６５】
本実施例では、電極層１１３及び１１４は、光伝導層１１２の内部におけるポンプ光ＬＢ１の伝搬態様に応じた形状を有している。具体的には、第３電極部１１３−３及び１１４−３は、光伝導層１１２の内部におけるポンプ光ＬＢ１の伝搬態様に応じた形状を有している。
【００６６】
以下、図３を参照しながら、第３電極部１１３−３及び１１４−３の形状について更に説明する。図３は、図２（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０−１のＩＩ−ＩＩ’断面のうち第３電極部１１３−３及び１１４−３並びに光伝導層１１２付近の断面を拡大した断面図である。
【００６７】
図３に示すように、第３電極部１１３−３と第３電極部１１４−３との間の間隔（つまり、Ｘ軸方向に沿った間隔であり、以降、“電極間隔”と称する）は、光伝導層１１２の内部におけるポンプ光ＬＢ１の伝搬態様に応じて定まる所定位置において最小となる。尚、電極間隔は、実質的には、側面１１３−３ａと側面１１４−３ａとの間のＸ軸方向に沿った間隔に相当する。言い換えれば、ポンプ光ＬＢ１の入射方向であるＺ軸方向に沿った仮想的な直線上の位置のうち電極間隔が最小となる位置は、所定位置となる。更に言い換えれば、電極間隔のＺ軸方向（つまり、テラヘルツ波ＴＨｚの入射方向）に沿った分布態様は、所定位置において電極間隔が最小となるような分布態様となる。更に言い換えれば、ＸＺ平面（つまり、ポンプ光ＬＢ１の入射方向（言い換えれば、光伝導層１１２内でのポンプ光ＬＢ１の伝搬方向）であるＺ軸方向に沿っており且つ電極層１１３及び１１４が光伝導層を挟み込むＸ軸方向に沿った平面）に沿ったテラヘルツ波発生素子１１０の断面内において、電極間隔は、所定位置において最小となる。このため、ＸＺ平面に沿ったテラヘルツ波発生素子１１０の断面内において、所定位置における電極間隔は、所定位置からＺ軸方向にずれた他の位置における電極間隔よりも小さくなる。
【００６８】
電極間隔が最小となる所定位置は、表面１１２ａと裏面１１２ｂとの間の領域のうち表面１１２ａ及び裏面１１２ｂが位置する端部位置とは異なる位置である。言い換えれば、所定位置は、Ｚ軸方向に沿った仮想的な直線上の位置のうち端部位置とは異なる位置である。
【００６９】
より具体的には、所定位置は、光伝導層１１２内を透過するポンプ光ＬＢ１のビーム径（つまり、Ｘ軸方向の径）が最小となる焦点位置と一致する。但し、ここでいう「所定位置が焦点位置と一致する」状態は、所定位置が焦点距離と厳密に一致する状態のみならず、所定位置が焦点距離と実質的に一致しているとみなすことが可能な程度に所定位置と焦点位置との間にずれがある（つまり、Ｚ軸方向に沿ってずれがある）状態をも含む。
【００７０】
図３に示す例では、電極間隔は、Ｚ軸方向に沿って以下のように変化している。まず、電極間隔は、表面１１２ａと焦点位置（つまり、所定位置、以下同じ）との間の領域においては、焦点位置までの距離が近い位置における電極間隔ほど小さくなるように変化する。つまり、表面１１２ａと焦点位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Ｚ軸方向に向かうにつれて連続的に減少していく。一方で、電極間隔は、裏面１１２ｂと焦点位置との間の領域においては、焦点位置までの距離が近い位置における電極間隔ほど小さくなるように変化する。つまり裏面１１２ｂと焦点位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Ｚ軸方向に向かうにつれて連続的に増加していく。つまり、Ｚ軸方向に沿った電極間隔の変化傾向は、Ｚ軸方向に沿ったビーム径の変化傾向と同一である。このため、第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々は、実質的には、ポンプ光ＬＢ１の光路の外縁（特に、ＸＺ平面に沿った光路のある断面の外縁）に沿って分布する形状を有しているとも言える。
【００７１】
但し、電極間隔は、図３に示す態様とは異なる態様で変化してもよい。つまり、電極間隔は、所定位置において最小となる限りは、どのように変化してもよい。例えば、表面１１２ａと所定位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Ｚ軸方向に向かうにつれて段階的に減少してもよい。例えば、裏面１１２ｂと所定位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Ｚ軸方向に向かうにつれて段階的に増加してもよい。
【００７２】
第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々は、ポンプ光ＬＢ１の光路の外側に位置する。つまり、側面１１３−３ａ及び１１４−３ａの夫々は、ポンプ光ＬＢ１の光路の内側に位置しない。従って、光伝導層１１２内において、ポンプ光ＬＢ１の伝搬が第３電極部１１３−３及び１１４−３によって阻害されることがない。
【００７３】
以上説明した構成を有するテラヘルツ波発生素子１１０−１は、以下のように製造される。まず、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）装置に、基板１１１がローディングされる。その後、基板１１１上に、０．１ミクロンから０．８ミクロン程度の厚みを有するバッファ層が形成される。例えば、ＧａＡｓから構成されるバッファ層が形成される場合には、バッファ層は、基板１１１の温度が概ね５００度から６００度程度となり、Ｇａ分子線の強度に対するＡｓ分子線の強度の比（以降、“ＧａＡｓ供給比”と称する）が概ね５から３０程度となり且つ１時間当たり１ミクロンの成膜速度が得られる環境下で形成されてもよい。
【００７４】
その後、公知の成膜法等を用いて、バッファ層が形成された基板１１１上に、１ミクロンから４ミクロン程度の厚みを有する光伝導層１１２が一様に形成される。例えば、ＩｎＧａＡｓから構成される光伝導層１１２が形成される場合には、光伝導層１１２は、基板１１１の温度が概ね５００度以下となり且つ１時間当たり１ミクロンの成膜速度が得られる環境下で形成されてもよい。例えば、ＧａＡｓから構成される光伝導層１１２が形成される場合には、光伝導層１１２は、基板１１１の温度が概ね４００度以下となり、ＧａＡｓ供給比が、バッファ層を形成したときに用いられたＧａＡｓ供給比以上となり且つ１時間当たり１ミクロンの成膜速度が得られる環境下で形成されてもよい。
【００７５】
その後、光伝導層１１２に対して、熱アニール処理が施されてもよい。例えば、光伝導層１１２がＧａＡｓから構成される場合には、光伝導層１１２に対して、基板１１１の温度が概ね６００度程度となる環境下で５分から１０分程度熱アニール処理が施されてもよい。
【００７６】
その後、ＭＢＥ装置から光伝導層１１２が形成された基板１１１を取り出して、公知のパターニング法（例えば、リソグラフィー技術及びエッチング技術を組み合わせたパターニング法）を用いて、基板１１１上に一様に形成された光伝導層１１２がパターニングされる。その結果、基板１１１上には、上述した図３に示す形状を有する光伝導層１１２が残る。但し、リソグラフィー技術及びエッチング技術に代えて、機械加工法を用いて、基板１１１上に一様に形成された光伝導層１１２がパターニングされてもよい。
【００７７】
その後、公知の成膜法（例えば、スパッタリング法や、真空蒸着法や、金属成長法や、スプレー法等）や公知のパターニング方法を用いて、基板上に、上述した電極層１１３及び１１４が形成される。その後、ダイシングが施される。その結果、テラヘルツ波発生素子１１０−１の製造が完了する。
【００７８】
以上説明した構成を有するテラヘルツ波発生素子１１０−１によれば、光伝導層１１２の表面１１２ａ及び裏面１１２ｂが位置する端部位置とは異なる所定位置において電極間隔が最小とならない後述する比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、テラヘルツ波発生素子１１０−１によるテラヘルツ波ＴＨｚの発生効率が向上する。具体的には、比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、テラヘルツ波発生素子１１０−１が出射するテラヘルツ波ＴＨｚのシグナル成分の信号レベルが大きくなる。その結果、比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、テラヘルツ波発生素子１１０−１のＳ／Ｎ比が良化する。つまり、テラヘルツ波ＴＨｚの発生効率が向上する。
【００７９】
ここで、本願発明者等は、図４に示す４つの比較例のテラヘルツ波発生素子及び本実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１におけるテラヘルツ波ＴＨｚの発生効率を、コンピュータ演算によってシミュレーションした。尚、第１比較例のテラヘルツ波発生素子は、電極間隔が一定であり且つ光伝導層１１２の内部においてポンプ光ＬＢ１のビーム径が最小となるテラヘルツ波発生素子である。第２比較例のテラヘルツ波発生素子は、電極間隔が一定であり且つ光伝導層１１２の表面１１２ａにおいてポンプ光ＬＢ１のビーム径が最小となるテラヘルツ波発生素子である。第３比較例のテラヘルツ波発生素子は、光伝導層１１２の表面１１２ａにおいてポンプ光ＬＢ１のビーム径が最小となり且つ表面１１２ａから裏面１１２ｂに向かう方向に沿って電極間隔が徐々に広がるテラヘルツ波発生素子である。第４比較例のテラヘルツ波発生素子は、光伝導層１１２の裏面１１２ｂにおいてポンプ光ＬＢ１のビーム径が最小となり且つ表面１１２ａから裏面１１２ｂに向かう方向に沿って電極間隔が徐々に狭くなるテラヘルツ波発生素子である。
【００８０】
シミュレーションの結果、本願発明者等は、本実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１のテラヘルツ波ＴＨｚの発生効率は、第１比較例から第４比較例のいずれのテラヘルツ波発生素子の発生効率よりも良好であるという結果を得た。具体的には、本願発明者等は、本実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１にある強度のポンプ光ＬＢ１を照射することで生ずる電流信号の信号強度（つまり、電流値）を１とすると、第１比較例のテラヘルツ波発生素子に同じ強度のポンプ光ＬＢ１を照射することで生ずる電流信号の信号強度が０．８３になるという結果を得た。本願発明者等は、第２比較例又は第３比較例のテラヘルツ波発生素子に同じ強度のポンプ光ＬＢ１を照射することで生ずる電流信号の信号強度が０．９４になるという結果を得た。本願発明者等は、第４比較例のテラヘルツ波発生素子に同じ強度のポンプ光ＬＢ１を照射することで生ずる電流信号の信号強度が０．７７になるという結果を得た。電流信号の信号強度が大きいほど、発生するテラヘルツ波ＴＨｚの信号強度もまた大きくなる。従って、シミュレーションの結果は、本実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１のテラヘルツ波ＴＨｚの発生効率が良好であることを示している。
【００８１】
ここで、電流信号の信号強度は、ポンプ光ＬＢ１の光励起によって生ずるキャリアの数が多くなるほど大きくなる。光励起によって生ずるキャリアの数は、光伝導層１１２の各部にポンプ光ＬＢ１が与えるエネルギー量の積算値が大きくなるほど大きくなる。光伝導層１１２の各部にポンプ光ＬＢ１が与えるエネルギー量は、光伝導層１１２の各部に到達した時点でのポンプ光ＬＢ１の強度が大きくなるほど大きくなる。
【００８２】
また、電流信号の信号強度は、キャリアの移動速度が大きくなるほど大きくなる。キャリアの移動速度は、光伝導層１１２に印加される電界の強度が大きくなるほど大きくなる。光伝導層１１２に印加される電界の強度は、電極間隔が小さくなるほど大きくなる。
【００８３】
従って、テラヘルツ波ＴＨｚの発生効率を向上するためには、光伝導層１１２の各部に到達した時点でのポンプ光ＬＢ１の強度ができるだけ大きくなるという第１の特性、及び、電極間隔ができるだけ小さくなるという第２の特性を満たせばよい。シミュレーションの結果を踏まえると、本実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１は、各比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、第１の特性及び第２の特性をバランスよく満たしていると言える。具体的には、第１及び第２の特性は、光伝導層１１２の表面１１２ａ及び裏面１１２ｂが位置する端部位置とは異なる所定位置において電極間隔が最小となるというテラヘルツ波発生素子１１０−１の特徴によって、バランスよく満たされている。更に、第１の特性及び第２の特性は、Ｚ軸方向に沿った電極間隔の変化傾向がＺ軸方向に沿ったビーム径の変化傾向と同一である（つまり、第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々が、ポンプ光ＬＢ１の光路の外縁に沿って分布する形状を有している）というテラヘルツ波発生素子１１０−１の特徴によっても、バランスよく満たされている。
【００８４】
尚、ここまでテラヘルツ波検出素子１１０を例に説明してきたが、テラヘルツ波検出素子１３０もまた、光伝導層１１２の表面１１２ａ及び裏面１１２ｂが位置する端部位置とは異なる所定位置において電極間隔が最小とならないテラヘルツ波検出素子と比較して、テラヘルツ波検出素子１３０によるテラヘルツ波ＴＨｚの検出効率が向上する。具体的には、比較例のテラヘルツ波検出素子と比較して、テラヘルツ波検出素子１３０が検出するテラヘルツ波ＴＨｚの信号強度が大きくなる。その結果、比較例のテラヘルツ波検出素子と比較して、テラヘルツ波検出素子１３０のＳ／Ｎ比が良化する。
【００８５】
（２−２）第２実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−２の構成
続いて、図５（ａ）から図５（ｃ）を参照しながら、第２実施例のテラヘルツ波発生素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子１１０−２”と称する）の構成について説明する。図５（ａ）は、第２実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−２の上面を示す上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０−２のＶ（１）−Ｖ（１）’断面を示す断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０−２のＶ（２）−Ｖ（２）’断面を示す断面図である。
【００８６】
図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、第２実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−２は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１と比較して、光伝導層１１２並びに第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々の形状が異なるという点で異なっている。第２実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−２のその他の構成要件は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１のその他の構成要件と同一であってもよい。
【００８７】
具体的には、ＸＹ平面（つまり、ポンプ光ＬＢ１の入射方向に交わる平面）上での光伝導層１１２の形状は、楕円形（或いは、円形）となる。このように光伝導層１１２の形状を楕円形に設定する理由は、ＸＹ平面上でのポンプ光ＬＢ１のビーム形状が円形であるためである。
【００８８】
光伝導層１１２の形状が楕円形となることに合わせて、ＸＹ平面内上での第３電極層１１３及び１１４の夫々の形状は、光伝導層１１２に向かって凹となる円弧形状となる。従って、表面１１２ａと裏面１１２ｂとの間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置がＺ軸方向に沿って所定位置（焦点位置）に近づくほど且つ当該ある位置がＹ軸方向に沿って光伝導層１１２の中心から遠ざかるほど小さくなる。例えば、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、光伝導層１１２の中心から相対的に遠いＸＺ平面に沿った断面内の所定位置での電極間隔ｄ２（図５（ｃ）参照）は、光伝導層１１２の中心に相対的に近いＸＺ平面に沿った断面内の所定位置での電極間隔ｄ１（図５（ｂ）参照）よりも小さくなる。
【００８９】
その結果、ＸＹ平面上での光伝導層１１２の形状が矩形（長方形又は正方形）となる場合と比較して、電極間隔がより小さくなる。従って、テラヘルツ波ＴＨｚの発生効率がより一層向上する。
【００９０】
（２−３）第３実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−３の構成
続いて、図６（ａ）から図６（ｂ）を参照しながら、第３実施例のテラヘルツ波発生素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子１１０−３”と称する）の構成について説明する。図６（ａ）は、第３実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−３の上面を示す上面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すテラヘルツ波発生素子１１０−３のＶＩ−ＶＩ’断面を示す断面図である。
【００９１】
図６（ａ）から図６（ｂ）に示すように、第３実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−３は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１と比較して、光伝導層１１２並びに第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々の形状が異なるという点で異なっている。第３実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−３のその他の構成要件は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１のその他の構成要件と同一であってもよい。
【００９２】
具体的には、上述した第１実施例では、第３電極部１１３−３がポンプ光ＬＢ１の光路の外縁に沿って分布する形状を有しているがゆえに、ＸＺ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３が全体として、第３電極部１１４−３に向かって凸状に突き出している（図２（ｂ）参照）。一方で、第３実施例では、図６（ｂ）に示すように、ＸＺ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３のうちの一部である第１部分１１３−３１が、第３電極部１１４−３に向かって突き出している（例えば、凸状に突き出している、以下同じ）。ＸＺ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３のうちの他の一部である第２部分１１３−３２は、第３電極部１１４−３に向かって突き出していない。言い換えれば、ＸＺ平面に沿ったある断面内において、側面１１３−３ａのうちの一部である第１側面部分１１３−３１ａが、側面１１４−３ａに向かって突き出している。ＸＺ平面に沿ったある断面内において、側面１１３−３ａのうちの他の一部である第２側面部分１１３−３２ａが、側面１１４−３ａに向かって突き出していない。
【００９３】
更に、上述した第１実施例では、第３電極部１１４−３がポンプ光ＬＢ１の光路の外縁に沿って分布する形状を有しているがゆえに、ＸＺ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１４−３が全体として、第３電極部１１３−３に向かって凸状に突き出している（図２（ｂ）参照）。一方で、第３実施例では、図６（ｂ）に示すように、ＸＺ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１４−３のうちの一部である第１部分１１４−３１が、第３電極部１１３−３に向かって突き出している。ＸＺ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１４−３のうちの他の一部である第２部分１１４−３２は、第３電極部１１３−３に向かって突き出していない。言い換えれば、ＸＺ平面に沿ったある断面内において、側面１１４−３ａのうちの一部である第１側面部分１１４−３１ａが、側面１１３−３ａに向かって突き出している。ＸＺ平面に沿ったある断面内において、側面１１４−３ａのうちの他の一部である第２側面部分１１４−３２ａが、側面１１３−３ａに向かって突き出していない。
【００９４】
その結果、ＸＺ平面に沿ったある断面内において第３電極部１１３−３の全体が第３電極部１１４−３に向かって凸状に突き出し且つ第３電極部１１４−３の全体が第３電極部１１３−３に向かって凸状に突き出すテラヘルツ波発生素子と比較して、電極間隔が必要以上に狭くなることがない。従って、第３電極部１１３−３と第３電極部１１４−３との間の寄生容量が相対的に小さくなる。
【００９５】
（２−４）第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−３の構成
続いて、図７（ａ）から図７（ｃ）を参照しながら、第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子１１０−４”と称する）の構成について説明する。図７（ａ）は、第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−４のＸＹ平面に沿った断面を示す断面図である。図７（ｂ）は、第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−４の断面（図７（ａ）中のＶＩＩ（１）−ＶＩＩ（１）’断面に相当）を示す断面図である。図７（ｃ）は、第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−４の断面（図７（ａ）中のＶＩＩ（２）−ＶＩＩ（２）’断面に相当）を示す断面図である。
【００９６】
図７（ａ）から図７（ｃ）に示すように、第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−４は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１と比較して、光伝導層１１２並びに第３電極部１１３−３及び１１４−３の夫々の形状が異なるという点で異なっている。第４実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−４のその他の構成要件は、第１実施例のテラヘルツ波発生素子１１０−１のその他の構成要件と同一であってもよい。
【００９７】
具体的には、第４実施例では、図７（ａ）に示すように、ＸＹ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３及び１１４−３のうちＸ軸方向に沿ってポンプ光ＬＢ１を挟み込む一対の第３部分１１３−３３及び１１４−３３の間の間隔は、第３電極部１１３−３及び１１４−３のうちＸ軸方向に沿ってポンプ光ＬＢ１を挟み込まない一対の第４部分１１３−３４及び１１４−３４の間の間隔よりも小さくなる。或いは、ＸＹ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３及び１１４−３のうちＸ軸方向に沿って所定強度以上のポンプ光ＬＢ１を挟み込む一対の第３部分１１３−３３及び１１４−３３の間の間隔は、第３電極部１１３−３及び１１４−３のうちＸ軸方向に沿って所定強度以上のポンプ光ＬＢ１を挟み込まない一対の第４部分１１３−３４及び１１４−３４の間の間隔よりも小さくなる。例えば、図７（ｂ）は、ＸＹ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３及び１１４−３のうちＸ軸方向に沿ってポンプ光ＬＢ１を挟み込む一対の第３部分１１３−３３及び１１４−３３の間の所定位置における間隔がｄ３であることを示す。例えば、図７（ｂ）は、ＸＹ平面に沿ったある断面内において、第３電極部１１３−３及び１１４−３のうちＸ軸方向に沿ってポンプ光ＬＢ１を挟み込まない一対の第４部分１１３−３４及び１１４−３４の間の所定位置における間隔がｄ４（但し、ｄ４＞ｄ３）であることを示す。
【００９８】
その結果、第３電極部１１３−３及び１１４−３がポンプ光ＬＢ１を挟み込まない領域（つまり、キャリアが発生しない又は発生しにくい領域）において電極間隔が必要以上に狭くなることがない。従って、第３電極部１１３−３と第３電極部１１４−３との間の寄生容量が相対的に小さくなる。
【００９９】
尚、上述の説明では、テラヘルツ波発生素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０を用いて説明を進めた。しかしながら、テラヘルツ波とは異なる任意の電磁波を発生する（言い換えれば、出射する）任意の電磁波発生素子が、上述したテラヘルツ波発生素子１１０と同様の構造を有していてもよい。テラヘルツ波とは異なる任意の電磁波を検出する任意の電磁波検出素子が、上述したテラヘルツ波検出素子１３０と同様の構造を有していてもよい。この場合であっても、任意の電磁波発生素子及び任意の電磁波検出素子の夫々は、上述したテラヘルツ波発生素子１１０又はテラヘルツ波検出素子１３０が享受可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。
【０１００】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光伝導素子及び計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  試料
１００  テラヘルツ波計測装置
１０１  パルスレーザ装置
１１０  テラヘルツ波発生素子
１１１  基板
１１２  光伝導層
１１３、１１４  電極層
１１５  ギャップ部
１２０  光学遅延機構
１３０  テラヘルツ波検出素子
１５０  制御部
１５１  ロックイン検出部
１５２  信号処理部
ＬＢ１  ポンプ光
ＬＢ２  プローブ光
ＴＨｚ  テラヘルツ波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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