(57)【要約】【課題】レーザ光の照射位置を好適に調整可能であると共にＳ／Ｎ比の悪化を抑制可能な光伝導素子及び計測装置を提供する。【解決手段】光伝導素子（１１０）は、基板（１１１）と、光伝導層（１１２）と、一対の電極層（１１３ａ、１１３ｂ）とを備え、一対の電極層はギャップ部（１１４）を形成し、光伝導層は、基板の表面のうち一対の電極層及びギャップ部の下側に位置する第１面部分（１１１ａ−１、１１１ａ−２、１１１ｂ−１、１１１ｂ−２、１１１ｃ）上に形成されている一方で、基板の表面のうち第２面部分（１１１ｄ）上には形成されていない。【選択図】図３
2020198448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された光伝導層と、
前記光伝導層上に形成された一対の電極層と
を備え、
前記一対の電極層は、当該一対の電極層が形成されていないギャップ部を、当該一対の電極層の間に所定のギャップ距離で形成し、
前記光伝導層は、前記基板上のうち前記一対の電極層及び前記ギャップ部を前記基板に投影した面である第１面部分上と、前記一対の電極層の外縁からの距離が前記ギャップ距離以下となる部分を前記基板に投影した面である第３面部分上と、に形成されている一方で、前記基板上のうち前記第１面部分及び前記第３面部分とは異なる第２面部分上には形成されていない
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及びこのような光伝導素子を備える計測装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
計測対象物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、計測対象物の特性を計測する。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出射素子に照射される。その結果、テラヘルツ波出射素子は、テラヘルツ波を出射する。テラヘルツ波出射素子が出射したテラヘルツ波は、計測対象物に照射される。計測対象物に照射されたテラヘルツ波は、計測対象物によって反射される又は計測対象物を透過する。計測対象物によって反射された又は計測対象物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、計測対象物によって反射された又は計測対象物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、計測対象物の特性を計測する。
【０００３】
テラヘルツ波出射素子及びテラヘルツ検出素子の一例として、基板と、基板上に形成された光伝導層と、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、一対の電極層の夫々から他方の電極層に向かって延びる電極部分の間に確保されるギャップ領域のみに形成されている。一方で、テラヘルツ波を好適に出射又は検出するためには、レーザ光（つまり、ポンプ光又はプローブ光）が光伝導層に照射される必要がある。しかしながら、光伝導層がギャップ領域のみに形成されている場合には、レーザ光の照射位置を光伝導層上に設定することが困難である。というのも、レーザ光の照射位置は、レーザ光が照射された光伝導層に発生したキャリアに起因した一対の電極層の間の抵抗（例えば、電気抵抗値）の変化を監視することで調整される。しかしながら、特許文献１に記載された光伝導素子では、ギャップ領域以外の領域に光伝導層が形成されていないがゆえに、ギャップ領域以外の領域にレーザ光が照射されたとしても一対の電極層の間の抵抗が殆ど又は全く変化しない。このため、一対の電極層の間の抵抗の変化を監視することでレーザ光の照射位置を調整することが困難であるか、又は、調整に多くの時間を要するという技術的問題が生ずる。
【０００６】
他方で、ギャップ領域のみならず、半導体基板の全面に光伝導層を形成する対応策が考えられる。この場合、ギャップ領域以外の領域にレーザ光が照射された場合においてもギャップ領域の抵抗が変化し得るがゆえに、レーザ光の照射位置が好適に調整される。しかしながら、半導体基板の全面に光伝導層が形成されている場合には、半導体基板の全面に光伝導層が形成されていない場合と比較して、光伝導素子が出射するテラヘルツ波又は光伝導素子が検出したテラヘルツ波に重畳されるノイズ成分の信号レベルが相対的に大きくなる。このため、光伝導素子のＳ／Ｎ比が悪化するという技術的問題が生ずる。
【０００７】
尚、テラヘルツ波とは異なる電磁波を用いて計測対象物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、レーザ光の照射位置を好適に調整可能であると共にＳ／Ｎ比の悪化を抑制可能な光伝導素子、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、基板と、前記基板上に形成された光伝導層と、前記光伝導層上に形成された一対の電極層とを備え、前記一対の電極層は、当該一対の電極層が形成されていないギャップ部を、当該一対の電極層の間に形成し、前記光伝導層は、前記基板の表面のうち前記一対の電極層及び前記ギャップ部の下側に位置する第１面部分上に形成されている一方で、前記基板の表面のうち前記第１面部分とは異なる第２面部分上には形成されていない。
【００１０】
本発明の光伝導素子の第２の例は、基板と、前記基板上に形成された光伝導層と、前記光伝導層上に形成された一対の電極層とを備え、前記一対の電極層は、当該一対の電極層が形成されていないギャップ部を、当該一対の電極層の間に形成し、前記光伝導層は、（ｉ）前記光伝導層の前記一対の電極層側を向いている面の面積である第１面積が、前記一対の電極層の前記光伝導層側を向いている面の面積である第２面積よりも大きくなるように、且つ、（ｉｉ）前記第１面積と前記第２面積との差分が所定値以下になるように、前記基板上に形成されている。
【００１１】
本発明の計測装置の第１の例は、計測対象物に電磁波を出射する出射手段と、前記計測対象物に照射された前記電磁波を検出する検出手段とを備え、前記照射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一方は、上述した本発明の光伝導素子の第１又は第２の例を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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出射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出射素子のＩＩ（１）−ＩＩ（１）’断面を示す断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すテラヘルツ波出射素子のＩＩ（２）−ＩＩ（２）’断面を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子が備える各構成要素を個別に示す分解斜視図である。
【図４】図４は、テラヘルツ波出射素子が出射するテラヘルツ波の波形をフーリエ変換したスペクトルを示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、第２実施例のテラヘルツ波出射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出射素子の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出射素子のＶ（２）−Ｖ（２）’断面を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２実施例のテラヘルツ波出射素子の構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、第２実施例の光伝導層の上面を示す上面図であり、図６（ｃ）は、第２実施例の基板の表面を示す上面図である。
【図７】図７（ａ）は、第３実施例のテラヘルツ波出射素子の上面を示す上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すテラヘルツ波出射素子のＶＩＩ（１）−ＶＩＩ（１）’断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（光伝導素子の第１実施形態）
＜１＞
第１実施形態の光伝導素子は、基板と、前記基板上に形成された光伝導層と、前記光伝導層上に形成された一対の電極層とを備え、前記一対の電極層は、当該一対の電極層が形成されていないギャップ部を、当該一対の電極層の間に形成し、前記光伝導層は、前記基板の表面のうち前記一対の電極層及び前記ギャップ部の下側に位置する第１面部分上に形成されている一方で、前記基板の表面のうち前記第１面部分とは異なる第２面部分上には形成されていない。
【００１５】
第１実施形態の光伝導素子は、テラヘルツ波等の電磁波を出射することができる。例えば、バイアス電圧が一対の電極層に印加されると、一対の電極層が形成するギャップ部に、バイアス電圧が印加される。ギャップ部にバイアス電圧が印加されている状態でギャップ部（特に、ギャップ部に形成されている光伝導層）にレーザ光が照射されると、レーザ光が照射された光伝導層には、レーザ光による光励起によってキャリアが生ずる。キャリアが生ずると、光伝導素子には、発生したキャリアに応じた電流信号が発生する。電流信号は、一対の電極層に流れる。その結果、光伝導素子は、一対の電極層から電磁波を出射する。
【００１６】
一方で、第１実施形態の光伝導素子は、テラヘルツ波等の電磁波を検出することができる。例えば、ギャップ部（特に、ギャップ部に形成されている光伝導層）にレーザ光が照射されると、レーザ光が照射された光伝導層には、レーザ光による光励起によってキャリアが生ずる。キャリアが生ずると、発生したキャリアに応じた電流信号が一対の電極層に流れるのは上述のとおりである。ここで、レーザ光がギャップ部に照射されている状態で光伝導素子に電磁波が照射されると、一対の電極層に流れる電流信号の信号強度は、電磁波の強度に応じて変化する。その結果、光伝導素子は、一対の電極層に流れる電流信号を検出することで、電磁波を検出することができる。
【００１７】
第１実施形態では特に、光伝導層は、第１面部分に形成されている。第１面部分は、基板の表面のうち一対の電極層及びギャップ部の下側に位置する面部分である。従って、光伝導層は、一対の電極層及びギャップ部の下側に形成されている。このため、光伝導層がギャップ部の下側のみに形成されている第１比較例の光伝導素子と比較して、第１実施形態の光伝導素子では、光伝導素子上でのレーザ光の照射位置がより好適に調整される。なぜならば、ギャップ部以外の領域（典型的には、一対の電極層の下側に形成されている光伝導層）にレーザ光が照射された場合においても一対の電極層の間の抵抗が変化し得るからである。
【００１８】
一方で、光伝導層は、第２面部分には形成されていない。第２面部分は、基板の表面のうち第１面部分とは異なる面部分である。つまり、第２面部分は、基板の表面のうち一対の電極層及びギャップ部の下側に位置しない面部分の少なくとも一部である。言い換えれば、第２面部分は、基板の表面のうちその上側に一対の電極層及びギャップ部が形成されない面部分の少なくとも一部である。従って、基板の表面には、光伝導層が形成されない第２面部分が存在する。このため、光伝導層が基板上の全面に渡って形成されている第２比較例の光伝導素子と比較して、第１実施形態の光伝導素子では、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルが小さくなる。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化が好適に抑制される。
【００１９】
以上説明したように、第１実施形態の光伝導素子によれば、レーザ光の照射位置が好適に調整されると共に、Ｓ／Ｎ比の悪化が抑制される。
【００２０】
＜２＞
第１実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記第２面部分は、前記基板の表面のうち前記第１面部分を除く面部分である。
【００２１】
この態様によれば、基板の表面のうち第１面部分を除く面部分が第２面部分となるがゆえに、光伝導層は、実質的には、電極層及びギャップ部の下側のみに形成される。このため、光伝導層が基板上の全面に渡って形成されている第２比較例の光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子では、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルがより一層小さくなる。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化がより一層好適に抑制される。
【００２２】
＜３＞
第１実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記光伝導層は、前記第１面部分上にのみ形成されている。
【００２３】
この態様によれば、光伝導層は、電極層及びギャップ部の下側のみに形成される。このため、光伝導層が基板上の全面に渡って形成されている第２比較例の光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子では、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルがより一層小さくなる。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化がより一層好適に抑制される。
【００２４】
＜４＞
第１実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記光伝導層は、前記第１面部分に加えて、前記基板の表面のうち前記第１面部分の近傍に位置する第３面部分に形成されており、前記第２面部分は、前記基板の表面のうち前記第１面部分及び前記第３面部分とは異なる面部分である。
【００２５】
この態様によれば、光伝導層は、第１面部分に加えて第３面部分に形成されている。第３面部分は、基板の表面のうち第１面部分の近傍に位置する面部分である。ここでいう「第１面部分の近傍」とは、第１面部分との間の距離（典型的には、第１面部分の外縁との間の距離）が所定距離以下になる領域を意味する。従って、一対の電極層及びギャップ部の下側のみに光伝導層が形成されている光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子は、光伝導層がより広範囲に渡って形成されている。このため、ギャップ部以外の領域（典型的には、一対の電極層の下側に形成されている光伝導層）にレーザ光が照射された場合においても一対の電極層の間の抵抗がより変化しやすくなる。その結果、光伝導層がギャップ部の下側のみに形成されている第１比較例の光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子では、光伝導素子上でのレーザ光の照射位置が調整しやすくなる。
【００２６】
一方で、光伝導層がより広範囲に渡って形成可能であるものの、光伝導層の形成範囲は、第１面部分及び第１面部分の近傍である第３面部分に限定される。従って、光伝導層の形成範囲が必要以上に拡大することはない。従って、光伝導層がより広範囲に渡って形成可能であるものの、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルが過度に大きくなることは殆ど又は全くない。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化が好適に抑制される。
【００２７】
＜５＞
上述の如く光伝導層が第３面部分に形成される光伝導素子の他の態様では、前記第２面部分は、前記基板の表面のうち前記第１面部分及び前記第３面部分を除く面部分である。
【００２８】
この態様によれば、基板の表面のうち第１面部分及び第３面部分を除く面部分が第２面部分となるがゆえに、光伝導層は、実質的には、電極層及びギャップ部の下側並びにその近傍のみに形成される。このため、光伝導層が基板上の全面に渡って形成されている第２比較例の光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子では、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルがより一層小さくなる。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化がより一層好適に抑制される。
【００２９】
＜６＞
上述の如く光伝導層が第３面部分に形成される光伝導素子の他の態様では、前記光伝導層は、前記第１面部分及び前記第３面部分上にのみ形成されている。
【００３０】
この態様によれば、光伝導層は、電極層及びギャップ部の下側並びにその近傍のみに形成される。このため、光伝導層が基板上の全面に渡って形成されている第２比較例の光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子では、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルがより一層小さくなる。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化がより一層好適に抑制される。
【００３１】
＜７＞
第１実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記光伝導層は、平面視において前記一対の電極層の形状と同一又は相似の形状を有する光伝導部を含む。
【００３２】
この態様によれば、光伝導層のうちの少なくとも一部の形状が、当該光伝導層の少なくとも一部の上に形成される一対の電極層の形状と同一又は相似となる。このため、上述した光励起によって生じたキャリアに起因した電流信号は、一対の電極層のみならず、当該一対の電極層の下側に形成される光伝導層（実質的には、一対の光伝導層）にも流れる。つまり、光伝導層は、一対の電極層の一部として機能することができる。その結果、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に含まれる信号成分の信号レベルが相対的に大きくなる。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化がより一層好適に抑制される。
【００３３】
＜８＞
第１実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極層の夫々は、（ｉ）第１の方向に沿って延びる第１電極部と、（ｉｉ）前記第１の方向に交わる第２の方向に沿って延びると共に前記ギャップ部を形成する第２電極部とを備えており、前記光伝導層は、（ｉ）前記第１電極部の下側に形成され、平面視において前記第１電極部の形状と同一又は相似の形状を有し、且つ前記第１の方向に沿って延びる第１光伝導部と、（ｉｉ）前記第２電極部の下側に形成され、平面視において前記第２電極部の形状と同一又は相似の形状を有し、且つ前記第２の方向に沿って延びる第２光伝導部と、（ｉｉｉ）前記ギャップ部の下側に形成され、前記一対の電極層が備える一対の前記第２電極部の下側に形成される一対の前記第２光伝導部を連結する第３光伝導部とを備える。
【００３４】
この態様によれば、一対の電極層及びギャップ部の下側に光伝導層が好適に形成される。
【００３５】
＜９＞
第１実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記光伝導層は、（ｉ）前記光伝導層の前記一対の電極層側を向いている面の面積である第１面積が、前記一対の電極層の前記光伝導層側を向いている面の面積である第２面積よりも大きくなるように、且つ、（ｉｉ）前記第１面積と前記第２面積との差分が所定値以下になるように、前記基板上に形成されている。
【００３６】
この態様によれば、光伝導層は、電極層及びギャップ部の下側並びにその近傍に形成される。従って、一対の電極層及びギャップ部の下側のみに光伝導層が形成されている光伝導素子（つまり、第１面積と第２面積とが同一となる光伝導素子）と比較して、この態様の光伝導素子は、光伝導素子がより広範囲に渡って形成されている。このため、ギャップ部以外の領域（典型的には、一対の電極層の下側に形成されている光伝導層）にレーザ光が照射された場合においても一対の電極層の間の抵抗がより変化しやすくなる。その結果、光伝導層がギャップ部の下側のみに形成されている第１比較例の光伝導素子と比較して、この態様の光伝導素子では、光伝導素子上でのレーザ光の照射位置がより好適に調整される。
【００３７】
一方で、光伝導層がより広範囲に渡って形成可能であるものの、光伝導層の形成範囲は、第１面積と第２面積との差分が所定値以下となる程度に制限される。従って、光伝導層の形成範囲が必要以上に拡大することはない。従って、光伝導層がより広範囲に渡って形成可能であるものの、光伝導素子が出射する又は検出した電磁波に重畳されるノイズ成分の信号レベルが過度に大きくなることは殆ど又は全くない。その結果、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化が好適に抑制される。
【００３８】
（光伝導素子の第２実施形態）
＜１０＞
第２実施形態の光伝送素子は、基板と、前記基板上に形成された光伝導層と、前記光伝導層上に形成された一対の電極層とを備え、前記一対の電極層は、当該一対の電極層が形成されていないギャップ部を、当該一対の電極層の間に形成し、前記光伝導層は、（ｉ）前記光伝導層の前記一対の電極層側を向いている面の面積である第１面積が、前記一対の電極層の前記光伝導層側を向いている面の面積である第２面積よりも大きくなるように、且つ、（ｉｉ）前記第１面積と前記第２面積との差分が所定値以下になるように、前記基板上に形成されている。
【００３９】
第２実施形態の光伝導素子は、第１実施形態の光伝導素子と同様に、テラヘルツ波等の電磁波を出射又は検出することができる。
【００４０】
第２実施形態では特に、光伝導層は、電極層及びギャップ部の下側並びにその近傍に形成される。従って、一対の電極層及びギャップ部の下側のみに光伝導層が形成されている光伝導素子（つまり、第１面積と第２面積とが同一となる光伝導素子）と比較して、第２実施形態の光伝導素子は、光伝導素子がより広範囲に渡って形成されている。このため、上述したように、第２実施形態の光伝導素子では、光伝導素子上でのレーザ光の照射位置がより好適に調整される。
【００４１】
一方で、光伝導層がより広範囲に渡って形成可能であるものの、光伝導層の形成範囲は、第１面積と第２面積との差分が所定値以下となる程度に制限される。このため、上述したように、光伝導素子のＳ／Ｎ比の悪化が好適に抑制される。
【００４２】
以上説明したように、第２実施形態の光伝導素子によれば、レーザ光の照射位置が好適に調整されると共に、Ｓ／Ｎ比の悪化が抑制される。
【００４３】
尚、上述した第１実施形態の光伝導素子が採用し得る態様は、第２実施形態の光伝導素子もまた適宜採用可能である。
【００４４】
（計測装置の実施形態）
＜１１＞
本実施形態の計測装置は、計測対象物に電磁波を出射する出射手段と、前記計測対象物に照射された前記電磁波を検出する検出手段とを備え、前記出射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一方は、上述した第１又は第２実施形態の光伝導素子（但し、その各種態様を含む）を含む。
【００４５】
本実施形態の計測装置によれば、上述した第１又は第２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。
【００４６】
＜１２＞
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。
【００４７】
この態様によれば、計測装置は、テラヘルツ波を用いて計測対象物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、上述した第１又は第２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。
【００４８】
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。
【００４９】
以上説明したように、第１実施形態の光伝導素子では、光伝導層は、基板の表面のうち一対の電極層及びギャップ部の下側に位置する第１面部分上に形成されている一方で、基板の表面のうち第１面部分とは異なる第２面部分上には形成されていない。第２実施形態の光伝導素子では、光伝導層は、（ｉ）光伝導層の一対の電極層側を向いている面の面積である第１面積が、一対の電極層の光伝導層側を向いている面の面積である第２面積よりも大きくなるように、且つ、（ｉｉ）第１面積と第２面積との差分が所定値以下になるように形成されている。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、レーザ光の照射位置を好適に調整されると共に、Ｓ／Ｎ比の悪化が抑制される。
【実施例】
【００５０】
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出射素子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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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を計測対象物１０に照射すると共に、計測対象物１０を透過した又は計測対象物１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚ（つまり、計測対象物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、計測対象物１０が反射したテラヘルツ波ＴＨｚを検出している。
【００５３】
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、計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚを解析することで、計測対象物１０の特性を計測することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
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、「出射手段」の一具体例であるテラヘルツ波出射素子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。
【００５６】
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。
【００５７】
ビームスプリッタ１６１は、パルスレーザ光ＬＢを、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、テラヘルツ波出射素子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。
【００５８】
テラヘルツ波出射素子１１０は、テラヘルツ波ＴＨｚを出射する。具体的には、テラヘルツ波出射素子１１０が備えるギャップ部１１４（図２等参照）には、テラヘルツ波出射素子１１０が備える電極層１１３ａ及び１１３ｂ（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１１４に印加されている状態でポンプ光ＬＢ１がギャップ部１１４に照射されると、ギャップ部１１４の下側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、テラヘルツ波出射素子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１１３ａ及び１１３ｂに流れる。その結果、テラヘルツ波出射素子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。
【００５９】
テラヘルツ波出射素子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、計測対象物１０に照射される。計測対象物１０に照射されたテラヘルツ波ＴＨｚは、計測対象物１０によって反射される。計測対象物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。
【００６０】
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１１４（図２等参照）にプローブ光ＬＢ２が照射されると、ギャップ部１１４の下側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１１３ａ及び１１３ｂ（図２等参照）に流れる。プローブ光ＬＢ２がギャップ部１１４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１１３ａ及び１１３ｂ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１１３ａ及び１１３ｂを介して、Ｉ−Ｖ変換部１４２に出力される。
【００６１】
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がテラヘルツ波出射素子１１０に入射するタイミング（或いは、テラヘルツ波出射素子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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、計測対象物１０の特性を計測する。計測対象物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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、計測対象物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計測対象物１０の特性を計測する。
【００６６】
（２）テラヘルツ波出射素子１１０及びテラヘルツ波検出素子１３０の構成
続いて、テラヘルツ波出射素子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、テラヘルツ波出射素子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、テラヘルツ波出射素子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、テラヘルツ波出射素子１１０を説明する。
【００６７】
（２−１）第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１の構成
はじめに、図２（ａ）から図２（ｃ）及び図３（ａ）から図３（ｂ）を参照しながら、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波出射素子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出射素子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出射素子１１０−１のＩＩ（１）−ＩＩ（１）’断面を示す断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すテラヘルツ波出射素子１１０−１のＩＩ（２）−ＩＩ（２）’断面を示す断面図である。図３（ａ）は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１の構成を示す斜視図である。図３（ｂ）は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１が備える各構成要素を個別に示す斜視図である。
【００６８】
図２（ａ）から図２（ｃ）及び図３（ａ）から図３（ｂ）に示すように、テラヘルツ波出射素子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、光伝導層１１２の一方の表面（＋Ｚ軸方向側の表面）上に形成されている一対の電極層１１３（つまり、電極層１１３ａ及び１１３ｂ）とを備えている。つまり、テラヘルツ波出射素子１１０−１は、基板１１１と光伝導層１１２と一対の電極層１１３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。
【００６９】
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。
【００７０】
光伝導層１１２は、上述したポンプ光ＬＢ１又はプローブ光ＬＢ２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。
【００７１】
電極層１１３ａ及び１１３ｂは、上述したバイアス電圧が印加されると共に光伝導層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１１３ａ及び１１３ｂがテラヘルツ波検出素子１３０を構成する場合には、電極層１１３ａ及び１１３ｂ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１１３ａ及び１１３ｂ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。
【００７２】
電極層１１３ａ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１１３ａ−１と第２電極部１１３ａ−２とを含む。第１電極部１１３ａ−１は、Ｙ軸方向に沿って延びる。第２電極部１１３ａ−２は、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に沿って延びる。第２電極部１１３ａ−２は、第１電極部１１３ａ−１の一部を起点に電極層１１３ｂに向かって延びる。電極層１１３ａの形状（ＸＹ平面上での形状）は、アルファベットの「Ｔ」となる。
【００７３】
電極層１１３ｂは、物理的に一体化されている第１電極部１１３ｂ−１と第２電極部１１３ｂ−２とを含む。第１電極部１１３ｂ−１は、Ｙ軸方向に沿って延びる。第２電極部１１３ｂ−２は、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に沿って延びる。第２電極部１１３ｂ−２は、第１電極部１１３ｂ−１の一部を起点に電極層１１３ａに向かって延びる。電極層１１３ｂの形状（ＸＹ平面上での形状）は、アルファベットの「Ｔ」となる。
【００７４】
第２電極部１１３ａ−２及び１１３ｂ−２の夫々は、アンテナとして機能し得る。例えば、第２電極部１１３ａ−２及び１１３ｂ−２は、いわゆるダイポールアンテナとして機能し得る。一方で、第１電極部１１３ａ−１及び１１３ｂ−１の夫々は、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１１３ａ−２及び１１３ｂ−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１１３ａ−１及び１１３ｂ−１は、いわゆる平行伝送線路として機能し得る。但し、第２電極部１１３ａ−２及び１１３ｂ−２及び第１電極部１１３ａ−１及び１１３ｂ−１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。この場合、第２電極部１１３ａ−２及び１１３ｂ−２及び第１電極部１１３ａ−１及び１１３ｂ−１は、その他の形状のアンテナとして機能することが可能な形状を有することが好ましい。
【００７５】
第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間には、電極層１１３ａ及び１１３ｂが形成されないギャップ部１１４が確保される。従って、第２電極部１１３ａ−２及び１１３ｂ−２の夫々は、ギャップ部１１４に隣接している（言い換えれば、ギャップ部１１４を規定又は形成している）電極部である。ポンプ光ＬＢ１（更には、プローブ光ＬＢ２）は、ギャップ部１１４に照射されることが好ましい。つまり、ポンプ光ＬＢ１（更には、プローブ光ＬＢ２）は、少なくとも、ギャップ部１１４の下側に形成される光伝導層１１２に照射されることが好ましい。
【００７６】
第１実施例では特に、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側（図中、−Ｚ軸側、以下同じ）のみに形成されている。つまり、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域以外の領域には形成されていない。
【００７７】
言い換えれば、光伝導層１１２は、基板１１１の表面（図では、＋Ｚ軸側の表面）のうち電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側に位置する第１面部分のみに形成されている。具体的には、光伝導層１１２は、（ｉ）第１電極部１１３ａ−１の下側に位置する第１面部分１１１ａ−１、（ｉｉ）第２電極部１１３ａ−２の下側に位置する第１面部分１１１ａ−２、（ｉｉｉ）第１電極部１１３ｂ−１の下側に位置する第１面部分１１１ｂ−１、（ｉｖ）第２電極部１１３ｂ−２の下側に位置する第１面部分１１１ｂ−２、及び、（ｖ）ギャップ部１１４の下側に位置する第１面部分１１１ｃに形成されている。つまり、光伝導層１１２は、基板１１１の表面のうち第１面部分を除く第２面部分１１１ｄには形成されていない。
【００７８】
このため、光伝導層１１２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光伝導部１１２ａ−１と、第２光伝導部１１２ａ−２と、第１光伝導部１１２ｂ−１と、第２光伝導部１１２ｂ−２と、第３光伝導部１１２ｃとを含む。
【００７９】
第１光伝導部１１２ａ−１は、第１面部分１１１ａ−１に形成されている。第１光伝導部１１２ａ−１は、第１電極部１１３ａ−１の下側に形成されている。第１光伝導部１１２ａ−１は、Ｙ軸方向に沿って伸びる。ＸＹ平面に沿った第１光伝導部１１２ａ−１の形状は、ＸＹ平面に沿った第１電極部１１３ａ−１の形状と同一である。
【００８０】
第２光伝導部１１２ａ−２は、第１面部分１１１ａ−２に形成されている。第２光伝導部１１２ａ−２は、第２電極部１１３ａ−２の下側に形成されている。第２光伝導部１１２ａ−２は、Ｘ軸方向に沿って、第１光伝導部１１２ａ−１の一部を起点に第３光伝導部１１２ｃに向かって（言い換えれば、第１光伝導部１１２ｂ−１又は第２光伝導部１１２ｂ−２に向かって）伸びる。ＸＹ平面に沿った第２光伝導部１１２ａ−２の形状は、ＸＹ平面に沿った第２電極部１１３ａ−２の形状と同一である。
【００８１】
第１光伝導部１１２ｂ−１は、第１面部分１１１ｂ−１に形成されている。第１光伝導部１１２ｂ−１は、第１電極部１１３ｂ−１の下側に形成されている。第１光伝導部１１２ｂ−１は、Ｙ軸方向に沿って伸びる。ＸＹ平面に沿った第１光伝導部１１２ｂ−１の形状は、ＸＹ平面に沿った第１電極部１１３ｂ−１の形状と同一である。
【００８２】
第２光伝導部１１２ｂ−２は、第１面部分１１１ｂ−２に形成されている。第２光伝導部１１２ｂ−２は、第２電極部１１３ｂ−２の下側に形成されている。第２光伝導部１１２ｂ−２は、Ｘ軸方向に沿って、第１光伝導部１１２ｂ−１の一部を起点に第３光伝導部１１２ｃに向かって（言い換えれば、第１光伝導部１１２ａ−１又は第２光伝導部１１２ａ−２に向かって）伸びる。ＸＹ平面に沿った第２光伝導部１１２ｂ−２の形状は、ＸＹ平面に沿った第２電極部１１３ｂ−２の形状と同一である。
【００８３】
第３光伝導部１１２ｃは、第１面部分１１１ｃに形成されている。第３光伝導部１１２ｃは、ギャップ部１１４の下側に形成されている。第３光伝導部１１２ｃは、Ｘ軸方向に沿って伸びる。第３光伝導部１１２ｃは、第２光伝導部１１２ａ−２と第２光伝導部１１２ｂ−２との間に位置する。ＸＹ平面に沿った第３光伝導部１１２ｃの形状は、ＸＹ平面に沿ったギャップ部１１４の形状と同一である。
【００８４】
以上説明した構成を有するテラヘルツ波出射素子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０．５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。
【００８５】
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３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。
【００８６】
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。
【００８７】
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、上述した第１光伝導部１１２ａ−１と、第２光伝導部１１２ａ−２と、第１光伝導部１１２ｂ−１と、第２光伝導部１１２ｂ−２と、第３光伝導部１１２ｃとが残る。
【００８８】
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、光伝導層１１２上に、上述した電極層１１３ａ及び１１３ｂが形成される。その後、ダイシングが施される。その結果、テラヘルツ波出射素子１１０−１の製造が完了する。
【００８９】
尚、上述の説明では、光伝導層１１２がパターニングされた後に、一対の電極層１１３ａ及び１１３ｂが形成されている。しかしながら、電極層１１３ａ及び１１３ｂが形成された後に、光伝導層１１２がパターニングされてもよい。
【００９０】
以上説明した構成を有するテラヘルツ波出射素子１１０−１によれば、以下の技術的効果が得られる。
【００９１】
まず、第１実施例では、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側のみに形成されている。このため、光伝導層１１２がギャップ部１１４の下側のみに形成されている第１比較例のテラヘルツ波出射素子と比較して、テラヘルツ波出射素子１１０−１では、テラヘルツ波出射素子１１０−１上でのポンプ光ＬＢ１の照射位置がより好適に調整される。以下、ポンプ光ＬＢ１の照射位置がより好適に調整される理由について説明する。
【００９２】
テラヘルツ波出射素子１１０−１上でのポンプ光ＬＢ１の照射位置は、例えば、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗（つまり、第２電極部１１３ａ−２から第２電極部１１３ｂ−２へと至る電流経路の抵抗）の変化を監視することで調整される。尚、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗は、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間を流れる電流信号を監視することで比較的容易に特定可能である。第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗は、ポンプ光ＬＢ１が光伝導層１１２に照射されることで発生するキャリアの位置がギャップ部１１４に近づくと小さくなる。つまり、ポンプ光ＬＢ１の照射位置がギャップ部１１４の下部に位置する光伝導層１１２に近づくと第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗は小さくなる。このため、ポンプ光ＬＢ１がギャップ部１１４（つまり、ギャップ部１１４の下部に位置する光伝導層１１２）に適切に照射されている状態を実現するためには、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗が相対的に小さくなる若しくは所定閾値よりも小さくなる又は最も小さくなるようにポンプ光ＬＢ１の照射位置が調整されればよい。
【００９３】
ここで、光伝導層１１２がギャップ部１１４の下側のみに形成されている第１比較例のテラヘルツ波出射素子では、ギャップ部１１４以外の領域にポンプ光ＬＢ１が照射されたとしても、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗が殆ど又は全く変化しない。このため、第１比較例のテラヘルツ波出射素子では、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗の変化を監視することでポンプ光ＬＢ１の照射位置を調整することが困難となる。或いは、ポンプ光ＬＢ１の照射位置の調整に多くの時間を要する。
【００９４】
しかるに、第１実施例では、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側のみに形成されている。このため、ギャップ部１１４以外の領域にポンプ光ＬＢ１が照射された場合であっても、ポンプ光ＬＢ１が光伝導層１１２の少なくとも一部に照射されている限りは、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗が変化する。このため、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１では、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗の変化を監視することでポンプ光ＬＢ１の照射位置を調整することができる。
【００９５】
第１実施例では更に、光伝導層１１２は、基板１１１の表面の全体に形成されることはない。つまり、光伝導層１１２は、基板１１１の一部に選択的に形成される一方で、基板１１１の他の一部に選択的に形成されない。具体的には、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域以外の領域には形成されていない。ここで、ポンプ光ＬＢ１の照射に起因して光伝導層１１２に発生するキャリアは、テラヘルツ波ＴＨｚの信号成分を構成する電流信号となるだけではなく、テラヘルツ波ＴＨｚの信号成分に意図せず重畳されてしまうノイズ成分を構成する電流信号ともなりえる。特に、第１電極部１１３ａ−１と第１電極部１１３ｂ−１との間の相対的に広い領域に光伝導層１１２が形成されている場合には、ギャップ部１１４やその近傍の光伝導層１１２にポンプ光ＬＢ１が照射されることで発生するキャリアは、ノイズ成分を構成する電流信号となりやすい。このため、光伝導層１１２が基板１１１の表面の全体に形成されている第２比較例のテラヘルツ波出射素子が出射するテラヘルツ波ＴＨｚに重畳されてしまうノイズ成分の信号レベルは、相対的に大きくなる。しかるに、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１では、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域以外の領域には形成されていない。このため、第２比較例のテラヘルツ波出射素子と比較して、テラヘルツ波出射素子１１０−１が出射するテラヘルツ波ＴＨｚに重畳されてしまうノイズ成分の信号レベルが小さくなる。その結果、テラヘルツ波出射素子１１０−１のＳ／Ｎ比の悪化が好適に抑制される。
【００９６】
加えて、光伝導層１１２の形状（ＸＹ平面上での形状）は、電極層１１３ａ及び１１３ｂの形状と同一となる。このため、上述した光励起によって生じたキャリアに起因した電流信号は、電極層１１３ａ及び１１３ｂのみならず、当該電極層１１３ａ及び１１３ｂの下側に形成される光伝導層１１２にも流れる。つまり、光伝導層１１２は、実質的には、電極層１１３ａ及び１１３ｂの一部として機能することができる。その結果、テラヘルツ波出射素子１１０−１が出射するテラヘルツ波ＴＨｚに含まれる信号成分の信号レベルが相対的に大きくなる。その結果、テラヘルツ波出射素子１１０−１のＳ／Ｎ比の悪化が抑制される。
【００９７】
尚、Ｓ／Ｎ比の悪化は、テラヘルツ波出射素子１１０−１のダイナミックレンジの狭小化に相当する。ダイナミックレンジは、図４に示すように、テラヘルツ波ＴＨｚ（スペクトル）に含まれる信号成分（図４中の「シグナル（Ｓ）」）の信号レベルとテラヘルツ波ＴＨｚ（スペクトル）に含まれるノイズ成分（図４中の「ノイズ（Ｎ）」）の信号レベルとの差分に相当する。第１実施例では、ダイナミックレンジの狭小化が抑制される。つまり、ダイナミックレンジが相対的に大きくなる。
【００９８】
このように、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１によれば、ポンプ光ＬＢ１の照射位置が好適に調整されると共に、Ｓ／Ｎ比の悪化が抑制される。同様に、第１実施例のテラヘルツ波検出素子１３０−１によれば、プローブ光ＬＢ２の照射位置が好適に調整されると共に、Ｓ／Ｎ比の悪化が抑制される（具体的には、テラヘルツ波検出素子１３０−１が検出するテラヘルツ波ＴＨｚに重畳されてしまうノイズ成分の信号レベルが小さくなり、加えて、テラヘルツ波検出素子１３０−１が検出するテラヘルツ波ＴＨｚに含まれる信号成分の信号レベルが大きくなる）。
【００９９】
（２−２）第２実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−２の構成
続いて、図５（ａ）から図５（ｃ）及び図６（ａ）から図６（ｃ）を参照しながら、第２実施例のテラヘルツ波出射素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波出射素子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出射素子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出射素子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出射素子１１０−２のＶ（２）−Ｖ（２）’断面を示す断面図である。図６（ａ）は、第２実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−２の構成を示す斜視図である。図６（ｂ）は、第２実施例の光伝導層１１２の上面を示す上面図である。図６（ｃ）は、第２実施例の基板１１１の表面を示す上面図である。
【０１００】
図５（ａ）から図５（ｃ）及び図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、第２実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−２は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１と比較して、光伝導層１１２の形成位置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出射素子１１０−２のその他の構成要件は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１のその他の構成要件と同一であってもよい。
【０１０１】
具体的には、上述の第１実施例では、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域以外の領域には形成されていない。一方で、第２実施例では、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域以外の領域のうちの少なくとも一部（つまり、第１実施例の第２面１１１ｄの少なくとも一部）に形成されていてもよい。その結果、第２実施例では、電極層１１３ａ及び１１３ｂ側を向いている光伝導層１１２の表面（図中の＋Ｚ軸側の表面）の面積は、光伝導層１１２側を向いている電極層１１３ａ及び１１３ｂの表面（図中の−Ｚ軸側の表面）の面積よりも小さくなる。但し、光伝導層１１２が基板１１１上において過度に広範囲に形成されることを抑制するべく、電極層１１３ａ及び１１３ｂ側を向いている光伝導層１１２の表面の面積と、光伝導層１１２側を向いている電極層１１３ａ及び１１３ｂの表面の面積との差分は、所定値以下となることが好ましい。
【０１０２】
例えば、光伝導層１１２は、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域の近傍に加えて、電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域の近傍にも形成されている。光伝導層１１２は、上述した第１面部分（つまり、第１面部分１１１ａ−１、第１面部分１１１ａ−２、第１面部分１１１ｂ−１、第１面部分１１１ｂ−２及び第１面部分１１１ｃ）に加えて、基板１１１の表面のうち電極層１１３ａ及び１１３ｂ並びにギャップ部１１４の下側の領域の近傍に位置する第３面部分にも形成されている。具体的には、光伝導層１１２は、（ｉ）第１面部分１１１ａ−１及び１１１ａ−２の近傍に位置する第３面部分１１１ａ−３、（ｉｉ）第１面部分１１１ｂ−１及び１１１ｂ−２の近傍に位置する第３面部分１１１ｂ−３、及び、（ｉｉｉ）第１面部分１１１ｃの近傍に位置する第３面部分１１１ｃ−３に形成されている。つまり、光伝導層１１２は、基板１１１の表面のうち第１面部分及び第３面部分を除く第２面部分１１１ｅ（つまり、第１実施例の第２面部分１１１ｄのうちの一部）には形成されていない。
【０１０３】
尚、第２実施例でいう「第１面部分の近傍に位置する第３面部分」とは、第１面部分の外縁からの距離が所定距離（例えば、数ミクロンから数十ミクロン）以内におさまる面部分を意味する。従って、第３面部分内の任意の点から第１面部分の外縁までの距離は、最大でも所定距離となる。
【０１０４】
このため、光伝導層１１２は、上述した第１光伝導部１１２ａ−１、第２光伝導部１１２ａ−２、第１光伝導部１１２ｂ−１、第２光伝導部１１２ｂ−２及び第３光伝導部１１２ｃに加えて、第４光伝導部１１２ａ−３、第４光伝導部１１２ｂ−３及び第５光伝導部１１２ｃ−３を含む。第４光伝導部１１２ａ−３、第４光伝導部１１２ｂ−３及び第５光伝導部１１２ｃ−３は、物理的に一体に構成されている又は電気的に接続されている。第４光伝導部１１２ａ−３、第４光伝導部１１２ｂ−３及び第５光伝導部１１２ｃ−３は、上述した第１光伝導部１１２ａ−１、第２光伝導部１１２ａ−２、第１光伝導部１１２ｂ−１、第２光伝導部１１２ｂ−２及び第３光伝導部１１２ｃと、物理的に一体に構成されている又は電気的に接続されている。
【０１０５】
第４光伝導部１１２ａ−３は、第３面部分１１１ａ−３に形成されている。第４光伝導部１１２ａ−３上には、電極層１１３ａが形成されていない。第４光伝導部１１２ａ−３は、第１光伝導部１１２ａ−１及び第２光伝導部１１２ａ−２を取り囲む。ＸＹ平面に沿った第４光伝導部１１２ａ−３の外縁の形状は、ＸＹ平面に沿った第１電極部１１３ａ−１及び第２電極部１１３ａ−２の外縁の形状と相似である。つまり、第１光伝導部１１２ａ−１、第２光伝導部１１２ａ−２及び第４光伝導部１１２ａ−３からなる構造体のＸＹ平面に沿った形状は、ＸＹ平面に沿った第１電極部１１３ａ−１及び第２電極部１１３ａ−２の形状と相似である。
【０１０６】
第４光伝導部１１２ｂ−３は、第３面部分１１１ｂ−３に形成されている。第４光伝導部１１２ｂ−３上には、電極層１１３ｂが形成されていない。第４光伝導部１１２ｂ−３は、第１光伝導部１１２ｂ−１及び第２光伝導部１１２ｂ−２を取り囲む。ＸＹ平面に沿った第４光伝導部１１２ｂ−３の外縁の形状は、ＸＹ平面に沿った第１電極部１１３ｂ−１及び第２電極部１１３ｂ−２の外縁の形状と相似である。つまり、第１光伝導部１１２ｂ−１、第２光伝導部１１２ｂ−２及び第４光伝導部１１２ｂ−３からなる構造体のＸＹ平面に沿った形状は、ＸＹ平面に沿った第１電極部１１３ｂ−１及び第２電極部１１３ｂ−２の形状と相似である。
【０１０７】
第５光伝導部１１２ｃ−３は、第３面部分１１１ｃ−３に形成されている。第５光伝導部１１２ｃ−３は、第３光伝導部１１２ｃを取り囲む。ＸＹ平面に沿った第５光伝導部１１２ｃ−３の外縁の形状は、ＸＹ平面に沿ったギャップ部１１４の外縁の形状と相似である。つまり、第３光伝導部１１２ｃ及び第５光伝導部１１２ｃ−３からなる構造体のＸＹ平面に沿った形状は、ＸＹ平面に沿ったギャップ部１１４の形状と相似である。
【０１０８】
以上説明した第２実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−２は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。特に、第２実施例では、第１実施例と比較して、光伝導層１１２がより広範囲に渡って形成されている。このため、第１実施例と比較して、ポンプ光ＬＢ１が光伝導層１１２の少なくとも一部に照射されやすくなるがゆえに、第２電極部１１３ａ−２と第２電極部１１３ｂ−２との間の抵抗がより変化しやすくなる。その結果、第１実施例と比較して、ポンプ光ＬＢ１の照射位置が調整しやすくなる。
【０１０９】
（２−３）第３実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−３の構成
続いて、図７（ａ）から図７（ｂ）を参照しながら、第３実施例のテラヘルツ波出射素子１１０（以降、便宜上、“テラヘルツ波出射素子１１０−３”と称する）の構成について説明する。図７（ａ）は、第３実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−３の上面を示す上面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すテラヘルツ波出射素子１１０−３のＶＩＩ（１）−ＶＩＩ（１）’断面を示す断面図である。
【０１１０】
図７（ａ）から図７（ｂ）に示すように、第３実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−３は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１と比較して、光伝導層１１２の一部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出射素子１１０−３のその他の構成要件は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１のその他の構成要件と同一であってもよい。
【０１１１】
具体的には、第３実施例では、第３光伝導部１１２ｃの表面は、第１光伝導部１１２ａ−１及び１１２ｂ−１並びに第２光伝導部１１２ａ−２及び１１２ｂ−２の表面よりも、＋Ｚ軸方向に向かって突き出ている。このとき、第３光伝導部１１２ｃの表面の全体が＋Ｚ軸方向に向かって突き出ていてもよい。或いは、第３光伝導部１１２ｃの表面の一部が＋Ｚ軸方向に向かって突き出ていてもよい。その結果、ギャップ部１１４の少なくとも一部は、第３光伝導部１１２ｃによって埋められる。
【０１１２】
第３光伝導部１１２ｃの表面は、電極層１１３ａ及び１１３ｂの表面よりも、＋Ｚ軸方向に向かって突き出ている。但し、第３光伝導部１１２ｃの表面は、電極層１１３ａ及び１１３ｂの表面よりも、＋Ｚ軸方向に向かって突き出ていなくてもよい。第３光伝導部１１２ｃの表面の一部が＋Ｚ軸方向に向かって突き出ていてもよい。
【０１１３】
以上説明した第３実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−３は、第１実施例のテラヘルツ波出射素子１１０−１が享受する効果と同様の効果を好適に享受することができる。特に、第３実施例では、光伝導層１１２の一部が＋Ｚ軸方向に向かって突き出る立体構造が採用されているがゆえに、テラヘルツ波出射素子１１０−３が出射する又はテラヘルツ波検出素子１３０−３が検出したテラヘルツ波ＴＨｚに含まれる信号成分の信号レベルが相対的に大きくなる。その結果、テラヘルツ波出射素子１１０−３又はテラヘルツ波検出素子１３０−３のＳ／Ｎ比の悪化が抑制される。
【０１１４】
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】
【０１１５】
１０  計測対象物
１００  テラヘルツ波計測装置
１０１  パルスレーザ装置
１１０  テラヘルツ波出射素子
１１１  基板
１１２  光伝導層
１１３ａ、１１３ｂ  電極層
１１４  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】
2020198448.tif 000003
【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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