(57)【要約】【課題】  性能劣化の少ない光伝導素子をＳｉ基板上に作製すること。【解決手段】  テラヘルツ波を発生又は検出する光伝導素子は、Ｓｉ基板１と、Ｇｅを含むバッファ層２と、Ｇａ及びＡｓを含む第１の半導体層３と、Ｇａ及びＡｓを含む第２の半導体層４と、電極５と、をこの順に備える。第２の半導体層４の元素比率は、第１の半導体層３のＧａ／Ａｓの元素比率よりも小さい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を発生又は検出する光伝導素子であって、
Ｓｉ基板と、Ｇｅを含むバッファ層と、Ｇａ及びＡｓを含む第１の半導体層と、Ｇａ及びＡｓを含む第２の半導体層と、電極と、をこの順に備え、
前記第２の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率は、前記第１の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率よりも小さい
ことを特徴とする光伝導素子。
【請求項２】
前記第１の半導体層の厚さは、１ｕｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の光伝導素子。
【請求項３】
前記第１の半導体層の厚さは、１００ｎｍ以上１ｕｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の光伝導素子。
【請求項４】
前記第１の半導体層の厚さは、１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の光伝導素子。
【請求項５】
前記第１の半導体層の成長温度は、５００℃以上８００℃以下である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項６】
前記第１の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率が、０．９９６０以上１．００４以下である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項７】
前記第２の半導体層が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、及びＩｎＧａＡｓＰの少なくともいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項８】
前記第２の半導体層の抵抗率は、１０００Ω・ｃｍ以上１０００００００Ω・ｃｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項９】
前記第２の半導体層が、ＧａＡｓからなり、
前記第２の半導体層の成長温度は、２００℃以上４００℃以下である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項１０】
前記第２の半導体層が、ＧａＡｓからなり、
前記第２の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率が、０．９９６０未満である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項１１】
前記第２の半導体層が、ＧａＡｓからなり、
前記第２の半導体層が、０．１ａｔｍ％以上３ａｔｍ％以下の範囲でＡｓを余剰に含む
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項１２】
前記バッファ層が、Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ（０≦ｘ≦１）からなり、
組成比ｘが、前記Ｓｉ基板側から前記第１の半導体層側へ向けて次第に大きくなっている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項１３】
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）を含むバリア層を更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項１４】
前記バリア層が、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）からなる層とＧａＡｓからなる層とを交互に積層した多層膜を有する
ことを特徴とする特徴とする請求項１３に記載の光伝導素子。
【請求項１５】
前記バリア層が、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）からなる層とＩｎＧａＰからなる層とを交互に積層した多層膜を有する
ことを特徴とする特徴とする請求項１３に記載の光伝導素子。
【請求項１６】
前記電極が、複数の電極を有し、
前記複数の電極が、前記第２の半導体層の上に配置されている
ことを特徴とする特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光伝導素子。
【請求項１７】
テラヘルツ波を発生又は検出する光伝導素子の製造方法であって、
Ｓｉ基板上に、Ｇｅを含むバッファ層と、Ｇａ及びＡｓを含む第１の半導体層と、Ｇａ及びＡｓを含む第２の半導体層と、電極と、をこの順に形成する工程を有し、
前記第２の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率は、前記第１の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率よりも小さい
ことを特徴とする光伝導素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の半導体層の成長温度は、５００℃以上８００℃以下である
ことを特徴とする請求項１７に記載の光伝導素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の半導体層が、ＧａＡｓからなり、
前記第２の半導体層の成長温度は、２００℃以上４００℃以下である
ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光伝導素子の製造方法。
【請求項２０】
テラヘルツ時間領域分光装置であって、
テラヘルツ波を発生する発生部と、
前記テラヘルツ波を検出する検出部と、を備え、
前記発生部及び前記検出部の少なくともいずれかが、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光伝導素子を有する
ことを特徴とするテラヘルツ時間領域分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝導素子、光伝導素子の製造方法、及び、テラヘルツ時間領域分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波からテラヘルツ（ＴＨｚ）波にかけた電磁波（３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下；以後単にテラヘルツ波ともいう）を用いた非破壊なセンシング技術が開発されている。この周波数帯の電磁波の応用分野として、Ｘ線に代わる安全な透視検査装置としてイメージングを行う技術が開発されている。また、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて分子の結合状態などの物性を調べる分光技術、キヤリア濃度や移動度、導電率などの物性を調べる計測技術、生体分子の解析技術などが開発されている。
【０００３】
テラヘルツ波の発生、検出方法として光伝導素子を用いる方法が広く用いられている。光伝導素子は、移動度が比較的大きくて、キャリア寿命がピコ秒以下という特殊な半導体と、その上に設けられた二つの電極とで構成されている。電極間に電圧を印加した状態で電極間のギャップに超短パルスレーザ光の照射を行うと、励起された光キャリアにより電流が瞬間的に電極間を流れることで、広い周波数スペクトルを有するテラヘルツ波を放射する仕組みとなっている。このような光伝導素子をテラヘルツ波の検出器としても用いてテラヘルツ時間領域分光装置（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を構成することで、上記のような計測、イメージング技術が研究されている。
【０００４】
一般的な光伝導素子において、上記した特殊な半導体にはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどの化合物半導体を用いることができる。また、特に２００〜４００℃の温度領域で結晶成長した低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）膜を用いることが多い（非特許文献１）。ＬＴ−ＧａＡｓは高抵抗ＧａＡｓ（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板上に結晶成長されることがほとんどである。そのためＴＨｚ波がＳＩ−ＧａＡｓ基板を通過する際に、８ＴＨｚ付近を中心とするＴＯフォノン吸収を原因として、ＴＨｚ波パワーの利用効率の低下や、狭帯域化などの問題が発生している。
【０００５】
その問題はＴＨｚ波吸収が大きいＳＩ−ＧａＡｓをＴＨｚ波吸収の少ない基板へ切り替えることで解決される。特に高抵抗ＳｉはＴＨｚ波に対して損失が少ない点や、ＧａＡｓをヘテロエピタキシー成長する基板材料として使用できる点などから、ＳＩ−ＧａＡｓを置き換えるには有望な材料である。
【０００６】
Ｓｉ基板上へ異種材料のＧａＡｓなどの化合物半導体を結晶成長させるヘテロエピタキシーの技術については古くから多くの研究がなされており、その履歴について記載されている文献もある（非特許文献２）。しかしながら、従来の検討は転位密度の低減や、成長基板の大面積化などの観点で行われており、必ずしもＴＨｚ波発生・検出に適した光伝導素子に応用する結晶成長技術という観点では行われてこなかった。また、従来の検討ではＬＴ−ＧａＡｓは転位を抑制するバッファ層として利用されることが多く、質のよいＬＴ−ＧａＡｓをＳｉ基板上に成長させる検討についてはほとんどなされてこなかった。非特許文献２中のＧｅをバッファ層として使用してＧａＡｓを成長する技術では、ＧｅはＳｉ中や、ＧａＡｓ中に拡散しやすいことが問題として知られている。ＳｉやＧａＡｓにデバイスが作製される場合には、Ｇｅの拡散によりデバイス性能が設計から外れたものとなる問題があった。
【０００７】
結晶成長技術の発展とともに、デバイス化の検討も進んできた。Ｓｉ基板上に成長したＧａＡｓをデバイスの機能層として利用する際に、Ｓｉ基板とＧａＡｓ機能層との間に絶縁層として導電性ＧａＡｓなどを挿入する技術が開示されている（特許文献１）。基板に対して略平行な方向へ通電して機能を発揮するホール素子やトランジスタなどのデバイスにおいては、基板へのリーク電流を低減することで消費電力低減などの性能向上に繋がる。ＴＨｚ波を発生及び検出する光伝導素子においても、基板へのリーク電流を防止する技術はノイズの低減などに繋がる重要なものである。
【０００８】
結晶中の貫通転位は意図せぬ電流パスとなるため、絶縁層の機能低下や、機能層に作製されるデバイスの不良発生を招くことが広く知られている。一般的に、Ｓｉ上に積むＧａＡｓを厚膜化することで貫通転位同士が合流して貫通転位密度が減少することが知られている。特許文献1に記載の発明においても貫通転位を減少させるために機能層ＧａＡｓの下層に存在するバッファ層などのＧａＡｓ層を数ｕｍの厚さとしなくてはならなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許２５６４８５６
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｊ  Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔ．２８  ２４６４（１９９２）
【非特許文献２】Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｕｓｐｅｋｈｉ  ５１（５）４３７（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来の非特許文献２や特許文献１の例においては、先述した通り貫通転位を低減する課題について着目されたものが殆どであり、ＴＨｚ波発生・検出に適した光伝導素子をＳｉ基板上に作製する結晶成長技術という観点では行われてこなかった。つまり、厚いＧａＡｓ層を使用するとＴＨｚ波の吸収が大きくなるため発生及び検出されるパワーの低減が発生する。そのため、従来の検討結果はＴＨｚ波を発生及び検出する光伝導素子に適した構造ではなかった。
【００１２】
貫通転位はＧｅをバッファ層とすることで著しく低減される。しかし、Ｓｉ基板上へのＧａＡｓ成長のバッファ層としてＧｅを使用する場合においては、Ｇｅ拡散の影響が光伝導素子の性能に影響しない構造としなくてはならないが、その点については考慮されることがなかった。
【００１３】
つまりＳｉ基板上にＬＴ−ＧａＡｓなどの化合物半導体を使った光伝導素子を作製する点に関しては、最適化が未だに行われていないのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面としての光伝導素子は、テラヘルツ波を発生又は検出する光伝導素子であって、Ｓｉ基板と、Ｇｅを含むバッファ層と、Ｇａ及びＡｓを含む第１の半導体層と、Ｇａ及びＡｓを含む第２の半導体層と、電極と、をこの順に備え、前記第２の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率が、前記第１の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一側面としての光伝導素子によれば、欠けの少ない周波数スペクトルを得ることができる。本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の光伝導素子の構成例を説明する図。
【図２】ＧａＡｓの厚さをいくつか変化させた場合におけるパワー吸収率を説明する図。
【図３】実施形態２の光伝導素子の構成例を説明する図。
【図４】実施形態３の光伝導素子の構成例を説明する図。
【図５】実施形態４のＴＨｚ−ＴＤＳ装置の構成例を説明する図。
【図６】実施例１の光伝導素子の構成を説明する図。
【図７】ＬＴ−ＧａＡｓのＴＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の光伝導素子は、Ｓｉ基板上にＧｅからなるバッファ層を介してＧａ及びＡｓを含む半導体層（第２の半導体層）を備える。更に、本発明の光伝導素子は、その第２の半導体層とバッファ層との間にＧａ及びＡｓを含む半導体層（第１の半導体層）を有し、第２の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率が、第１の半導体層のＧａ／Ａｓの元素比率よりも小さいことを特徴とする。なお、第１の半導体層が１００ｎｍ以上１ｕｍ以下の厚みを有することが望ましい（第１の半導体層が１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の厚みを有することが更に望ましい。）。このように構成することで、例えば、発生及び検出されるＴＨｚ波が基板を通過する際の、ＧａＡｓにおいては８から１０ＴＨｚ前後にあるフォノン吸収によるパワー損失を許容範囲内に収束させることができる。またＧｅの拡散や結晶の歪が化合物半導体層に及ぶことを防止できる。その効果により広帯域で８ＴＨｚ近辺のデータに欠けのない周波数スペクトルを得る性能劣化の少ない光伝導素子を提供できる。
【００１８】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（実施形態１）
本発明の第一の実施形態を、図１を参照して説明する。図１（ａ）は本実施形態の光伝導素子の断面図で、（ｂ）は上面図である。図１は、Ｓｉ基板１に対してＧｅ（Ｇｅを含むバッファ層）２、ＧａＡｓ（第１の半導体層）３、ＬＴ−ＧａＡｓ（第２の半導体）４がそれぞれ順に結晶成長された基板上に、複数の電極５を設けて製造した光伝導素子を表している。
【００２０】
低抵抗なシリコンにおいては、自由キャリア吸収によるＴＨｚ波の損失が大きくなるため、Ｓｉ基板１は高抵抗Ｓｉであり、１０Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有することが好ましい。本実施形態では一般的に高抵抗Ｓｉを得やすいＦＺ法を使用して結晶成長した抵抗率３ｋΩ・ｃｍのシリコンをＳｉ基板１として採用した。また基板の面方位は（１００）であり、その方位から傾いたオフアングルを持つものも適宜使用しうる。
【００２１】
Ｇｅ２は、Ｓｉ基板１とＧａＡｓ３との間に存在する格子定数差を吸収し、貫通転位などの欠陥を抑制するバッファ層として成長されたものである。Ｇｅ２とＳｉ基板１との格子定数は約４％の差があるが、Ｇｅ２はその格子定数差をよく吸収し、欠陥の発生を抑制する材料として好適である。またＧｅ２はＴＨｚ波の吸収が少ないという点でも、本実施形態に使用する材料として好適なものである。さらにＧｅ２によりＳｉ基板１の大口径化に対応できるなどの利点がある。
【００２２】
Ｇｅ２はモノゲルマン（ＧｅＨ４）を用いた減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法などの技術を使用して結晶成長することができる。通常Ｇｅ２の結晶成長はＳｉ基板１の温度を６００℃以上９００℃以下の範囲に保ちながら実施することで、欠陥が少ない良質な結晶が得られることが知られている。しかし本実施形態の場合のように異種材料であるＳｉ基板１上にＧｅ２を結晶成長させる場合には、３００℃以上５００℃以下まで温度を下げることで、Ｇｅ２とＳｉ基板１との格子定数差を効果的に吸収できる。そのためＧｅ２の全てまたはその一部は３００℃以上５００℃以下の領域で結晶成長されても良い。またＧｅ２の成長後に不活性ガス中で熱処理を加えることで、Ｇｅ２中に発生した貫通転位がＳｉ基板１界面近傍でループ状転位に変化することが知られている。この熱処理を施すことで、欠陥がＧｅ２とＧａＡｓ３との界面に到達することを防止することもできる。
【００２３】
ＧａＡｓ３はＧｅ２とＬＴ−ＧａＡｓ４との間に設けられており、Ｇｅ２とＧａＡｓ３間の格子定数差から発生する歪を吸収し、Ｇｅ２がＬＴ−ＧａＡｓ４へ拡散することを防止する目的で挿入されている。ＧａＡｓ３はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）などの技術を使用して結晶成長することができる。通常ＧａＡｓ３の結晶成長はＳｉ基板１の温度を５００℃以上８００℃以下の範囲に保ちながら実施することで、欠陥が少ない良質な結晶が得られることが知られている。良質な結晶とは転位やアンチサイトなどの欠陥が少なく、ＧａＡｓ３の場合にはＧａとＡｓとの組成比が１：１であるストイキオメトリに近いもののことをいう。具体的には、Ｇａ：Ａｓの元素比率が（４９．９〜５０．１）：（５０．１〜４９．９）の範囲（Ｇａ／Ａｓの元素比率が０．９９６０以上１．００４以下）であれば充分であった。組成比がストイキオメトリの状態から乖離してしまうと、ＧａＡｓ３の導電率が低下することを原因として作製する光伝導素子の低抵抗化を招いてしまうという問題が発生する。また、組成ずれによる新たな欠陥が導入される、または、フリーキャリアの増加に伴いテラヘルツの吸収量が増加してしまう、などの問題が発生する。本実施形態ではＳｉ基板１の温度を６５０℃に保ちながら結晶成長をすることで、Ｇｅ２とＧａＡｓ３間の格子定数差から発生する歪を吸収することができている。ここでいう歪とは本来の格子定数からのずれによる結晶の歪みのことを言う。この歪が存在する範囲はＧａＡｓ３の成長温度に依存して変化するが、おおよそ１００ｎｍ以下の範囲内で、Ｇｅ２とＧａＡｓ３との界面からＧａＡｓ３内へと及んでいる。歪が残留したままのＧａＡｓ３の表面にＬＴ−ＧａＡｓ４を成長すると、表面モフォロジーの悪化や臨界膜厚の低下などが発生する。そのため、ＬＴ−ＧａＡｓ４に接するＧａＡｓ３の表面は欠陥が少なく、本来の格子定数からのずれが少ない結晶性の良いものにする必要がある。
【００２４】
ＬＴ−ＧａＡｓ４は光伝導素子の機能層として成長されている。光伝導素子として使われる場合、ＬＴ−ＧａＡｓ４はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）などの技術を使用して、２００℃以上４００℃以下の温度領域で結晶成長される。この温度範囲での成長ではＬＴ−ＧａＡｓ４内には余剰にＡｓが取り込まれることが知られている。この余剰Ａｓにより生じる欠陥が短キャリア寿命という特徴に寄与しているといわれている。本実施形態でのＬＴ−ＧａＡｓ４は０．１ａｔｍ％以上３ａｔｍ％以下の範囲でＡｓを余剰に含有していた。ＬＴ−ＧａＡｓ４成長後に４００℃以上７００℃以下の温度処理を加えることによって、この余剰ＡｓはＬＴ−ＧａＡｓ内で結晶中を移動しながら凝集し、Ａｓからなる凝集物を作る。この温度処理はＬＴ−ＧａＡｓ４を高抵抗化させ、光伝導素子としての機能を発現させるうえでも重要なものとなっている。なお、ＬＴ−ＧａＡｓ４は、ストイキオメトリに近くなく、Ｇａ／Ａｓの元素比率が０．９９６０未満である。今回はＬＴ−ＧａＡｓを機能層として使用したが、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどの化合物半導体を用いても良い。またそれらの化合物半導体は成長温度のコントロールや不純物のドーピングなどによって、高抵抗化の工夫がされたものであっても良い。また機能層としては具体的には抵抗率１０００Ω・ｃｍ以上１０００００００Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するものが望ましい。
【００２５】
この温度処理は重要なものであるが、Ｇｅ２とその上層に積層された材料との間の相互拡散を引き起こす原因ともなる。特にＧｅ２上にＬＴ−ＧａＡｓ４を直接積層した場合には、ＬＴ−ＧａＡｓ４の結晶内に欠陥が多く存在することなどから、温度処理中にＧｅ２が非常に拡散しやすい状態となる。このことからＧｅ２上に結晶性が良く欠陥の少ないＧａＡｓ３を積層した後に、ＬＴ−ＧａＡｓ４を結晶成長する必要があることが理解される。実際に、Ｇｅ２上に本実施形態のＧａＡｓ３を結晶成長させた場合には、この温度処理中の温度履歴とＧａＡｓ３成長中の温度履歴とを合計しても、Ｇｅ２とＧａＡｓ３との相互拡散が及んでいる範囲は３０ｎｍから５０ｎｍ程度のごく狭いものである。このことは、ＴＥＭ（Ｔａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）とＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などを使用して確認している。またＬＴ−ＧａＡｓ４の下に配置されるＧａＡｓ３の組成をストイキオメトリの状態にすることで、熱処理時にＬＴ−ＧａＡｓ４とＧａＡｓ３との間でＧａやＡｓの相互拡散が起きにくくなり、ＬＴ−ＧａＡｓ４の機能劣化を防止することができる。
【００２６】
上記のように、Ｇｅ２とＬＴ−ＧａＡｓ４との間に１００ｎｍ以上の厚さのＧａＡｓ３を挿入することで、結晶の歪やＧｅ２の拡散による影響がＬＴ−ＧａＡｓ４に及ぶことを防止でき、しかも質の良いＬＴ−ＧａＡｓ４を成長できることが分かった。このＬＴ−ＧａＡｓ４を使用して作製した光伝導素子はＧｅ２の拡散などの影響による低抵抗化などの性能劣化がないものであった。
【００２７】
本実施形態の光伝導素子では、図１に示した同一平面内に設けられた１対の電極５により形成されているギャップへ光パルスを照射し、キャリア励起によりＬＴ−ＧａＡｓ４に瞬間的に導電性を帯びさせることでＴＨｚ波の発生及び検出を行う。ＴＨｚ波の発生を行う場合には、電極５間にバイアス電圧を印加する。発生キャリアが基板平面方向に移動することにより生じる電流の時間微分の大きさとバイアス電圧の大きさとに応じた強度のＴＨｚ波が、光パルスの時間幅とキャリア寿命とに依存したパルス波形をもって出射される。このパルスは一般的にＴＨｚ領域に広い周波数スペクトルを有している。組成比がストイキオメトリであるＧａＡｓ３をＬＴ−ＧａＡｓ４とＧｅ２との間に挿入することにより、歪の少ないＬＴ−ＧａＡｓ４が成長できるため、ＬＴ−ＧａＡｓ４内の基板面に対して略垂直方向への貫通転位も少ないものとなっている。ＬＴ−ＧａＡｓ４内に導電パスとなる貫通転位が多く存在すると、貫通転位を通じてＬＴ−ＧａＡｓ４以外にもＧａＡｓ３層やＧｅ２層、Ｓｉ基板１が導電パスとなるため光伝導素子の電極５間の抵抗が低抵抗化する。光伝導素子の電極５間の抵抗が低抵抗化すると、素子に印加する電圧を大きくできず、ＴＨｚ波のパワーの減少や、素子寿命の低下などの問題が発生する。またＴＨｚ波の検出を行う場合には、電極５のギャップ近傍にＴＨｚ波が入射すると、光パルスの時間幅とキャリア寿命とに依存した時間範囲のＴＨｚ波強度が電極５間を流れる電流の大きさとして計測される。興味ある全ての時間範囲について計測された電流強度をつなぎ合わせることで、最終的なＴＨｚ波の検出を行うことができる。照射する光パルスは短パルスを発生するフェムト秒レーザや、周波数がわずかに異なる２つの波を重ね合わせて発生した光ビートなどを使用することができる。照射する光の波長はキャリアを励起するために、ＬＴ−ＧａＡｓ４のバンドキャップエネルギーである１．４２ｅＶに相当する８７０ｎｍ以下の波長の光を使用することが考えられる。しかし８７０ｎｍより長い波長であっても２光子吸収などの効果を利用してキャリアを励起することが可能である。また光伝導素子を検出器として使用する場合には、光伝導素子の電極５間の抵抗が低抵抗化すると、熱的な原因から発生する暗電流によるホワイトノイズが増加するなどの問題が発生する。
【００２８】
光伝導素子では、電気配線や光学的なアライメントなどの都合上、発生したＴＨｚ波、もしくは検出されるＴＨｚ波は電極５が設けられていない基板側から送受信されることが多い。また図示していないが、ＴＨｚ波に対して損失の少ない高抵抗Ｓｉで作製された半球型のレンズを基板側に設置して、ＴＨｚ波の集光などの光路調整をすることが多い。本実施形態の場合にはＧａＡｓ３、Ｇｅ２、Ｓｉ基板１を通じてＴＨｚ波の送受信が行われることとなる。前述した通り、Ｓｉ基板１とＧｅ２とはＴＨｚ波に対して損失の少ない材料であるが、ＧａＡｓ３ではフォノンに起因する吸収が８ＴＨｚ付近を中心として広がっている。そのためＧａＡｓ３は非常に重要な層であるが、最適な厚さを選択することにより、８ＴＨｚ付近の必要な情報がフォノン吸収により欠けることがないようにする必要がある。
【００２９】
図２はＧａＡｓ３の厚さをいくつか変化させた場合におけるパワー吸収率を、０から１２ＴＨｚの周波数範囲で示したものである。従来は１００ｕｍを超える厚さのＳＩ−ＧａＡｓ基板上に光伝導素子が作製されることが多かったため、図２において代表的に５００ｕｍの厚さで示したＧａＡｓによるパワー吸収率程度のＴＨｚ波損失があった。８ＴＨｚを中心として広い範囲でパワーが損失しているため、発生部にて広い周波数スペクトルを有するＴＨｚ波が出射されても、基板を通過した後に最終的に検出されるＴＨｚ波の周波数スペクトルは狭められたものとなっていた。光伝導素子をＴＨｚ帯のスペクトル分析のための発生及び検出デバイスとして適用するに当たっては、周波数スペクトルの狭帯域化はＴＨｚ領域の情報量低下を招き好ましくないものである。前述した通りこの狭帯域化はＳＩ−ＧａＡｓ基板をＳｉ基板１に置き換えることで大幅に軽減される。
【００３０】
本実施形態においてはＧａＡｓ３の厚さを変化させて、８ＴＨｚ付近の周波数スペクトルに欠けが出ないようにパワー吸収率を調整することができる。前述した、性能を保持するために最低限必要な０．１ｕｍの厚さを有するＧａＡｓ３を挿入した光伝導素子を評価したところ、８ＴＨｚ付近で３０％強のピークを有したパワー吸収があった。これはＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を保持したまま広帯域で、欠けのない周波数スペクトルを得るのに充分なものである。Ｓ／Ｎを保持したまま広帯域で欠けのない周波数スペクトルを得るためにはＧａＡｓ３を０．２５ｕｍ程度の厚さ以下にすることが必要であった。またＧａＡｓ３を１ｕｍの厚さにしてもＳ／Ｎが一桁程度落ちる領域はあるものの、広帯域で欠けのない周波数スペクトルを得ることができた。しかしＧａＡｓ３厚さが１ｕｍを超えるものにして作製した光伝導素子では、データ処理では回復できないほどＳ／Ｎが悪化し、データの精度を保証ができない領域ができることが分かった。つまり広帯域で欠けのない周波数スペクトルを得る光伝導素子を作製するためには、ＧａＡｓ３の厚さを１ｕｍ以下に抑える必要があることが理解された。
【００３１】
以上述べた光伝導素子の実施形態により、広帯域で８ＴＨｚ近辺のデータに欠けのない周波数スペクトルを得る性能劣化のない光伝導素子を作製できる。
【００３２】
（実施形態２）
実施形態２を説明する。本実施形態は、図３に示す様にバッファ層６にＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ薄膜の組成比ｘを、Ｓｉ基板側からＧａＡｓ側（第１の半導体層側）に向かう膜成長方向に対して、次第に大きくしたものである。具体的には、組成比ｘを、Ｓｉ基板１側からＧａＡｓ３側へ向けてｘ＝０からｘ＝１まで連続的に変化させている。Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ薄膜は例えばモノシラン（ＳｉＨ４）とモノゲルマン（ＧｅＨ４）を用いた減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法などにより結晶成長することができる。組成比ｘはガスの流量比により制御することができ、ガス流量比を連続的に変化させることで組成比ｘが連続的に変化したＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜を得ることができる。
【００３３】
バッファ層６にＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ薄膜を使用することで、Ｓｉ基板１からＧａＡｓ３までの格子定数を連続的に変化させることができる結果、ＧａＡｓ３やＬＴ−ＧａＡｓ４内の貫通転位などの欠陥の密度を減少させることができる。結晶中の貫通転位は意図せぬ電流パスとなるため、ＬＴ−ＧａＡｓ４を機能層とする光伝導素子の歩留り悪化を招くことがあり、Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ薄膜をバッファ層６に使用することで歩留り悪化を防止できる。またＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ薄膜は、ともにＴＨｚ波の吸収が少ないＳｉとＧｅとからなる材料であるため、光伝導素子において使用するのに当たっても好適な材料である。またＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ薄膜上に成長されたＧａＡｓ３は結晶性が良く、Ｓｉ（１−ｘ）ＧｅｘからのＧｅ拡散を抑止するために充分なものであった。
【００３４】
以上述べた光伝導素子の実施形態により、広帯域で８ＴＨｚ近辺のデータに欠けのない周波数スペクトルを得る性能劣化のない光伝導素子を作製できる。
【００３５】
（実施形態３）
実施形態３を説明する。本実施形態は、図４に示す様にＧａＡｓ３とＬＴ−ＧａＡｓ４との間に電流バリア層７を挿入したものである。電流バリア層７としては、Ａｌ（１−ｘ）ＧａｘＡｓ（０．５≦ｘ≦１）などの化合物半導体を単層で用いた単層膜、もしくはＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）やＧａＡｓなどの化合物半導体を交互に積層した多層膜などを使用できる。この電流バリア層７はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）などの技術を使用して結晶成長することができる。
【００３６】
この電流バリア層７は、ＬＴ−ＧａＡｓ４を通じて電極５間をＳｉ基板１に対して略平行な方向へ流れる電流が、ＧａＡｓ３及びＧｅ２層へ流れることを防止する。つまり電流バリア層７に含まれるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓがバンド間の障壁として働くため、トンネル電流を防止するためには１０ｎｍ程度の厚さをもたせる必要がある。電流バリア層７をＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）とＧａＡｓとを交互に積層して作製する場合にも同様であり、各ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓは１０ｎｍ程度の厚さをもたせる必要がある。ＡｌｘＧａ（１−ｘ）ＡｓもＴＨｚ波に対しての吸収があるため、広帯域で欠けのない周波数スペクトルを得ることを考慮して電流バリア層７の厚さを決定する必要があるが、ＴＯフォノンの吸収ピーク位置がＧａＡｓとは異なる。その点を考慮すると、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓは１ｕｍ程度厚さまでであれば特に問題はない。しかし電流バリア層７をＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）とＧａＡｓとを交互に積層して作製する場合には、ＧａＡｓによる吸収で周波数スペクトルに欠けが出ないようにさらに配慮が必要である。つまり積層数により決定される電流バリア層７内ＧａＡｓの合計膜厚と、ＧａＡｓ３層との合計膜厚が、最高でも１ｕｍを超えない範囲に収めることが必要である。しかし大抵の場合、電流バリア層７をＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）とＧａＡｓとを交互に積層して作製する場合には、数層の積層数で機能を発揮できる。そのため電流バリア層７内のＧａＡｓの合計膜厚は数十ｎｍ程度の範囲となり、周波数スペクトルに欠けが出ることはない。
【００３７】
またバリア層７を、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）からなる層とＩｎＧａＰからなる層とを交互に積層して作製しても良い。その場合にはＩｎＧａＰとＧａＡｓとのＴＯフォノンの吸収ピーク位置は異なるので、ＧａＡｓの合計膜厚を配慮してバリア層の厚さを決定するのではなく、ＴＨｚ波の周波数スペクトルに欠けが出ないことを考慮して膜厚を決定すればよい。しかしながら電流バリア層７内のＩｎＧａＰの合計膜厚は数十ｎｍ程度の範囲であり、周波数スペクトルに欠けが出ることはほとんどない。
【００３８】
特に光伝導素子でＴＨｚ波の検出を行う場合には、熱起因であるジョンソンノイズによってデータのＳ／Ｎが低下することを防止するために、電極５間の抵抗の値を高くすることが重要である。ＧａＡｓ３とＬＴ−ＧａＡｓ４との間に電流バリア層７を挿入することで、ＬＴ−ＧａＡｓ４を通じて電極５間をＳｉ基板１に対して略平行な方向へ流れる電流が、ＧａＡｓ３及びＧｅ２層へ流れることを防止できる。つまり電流パスを減少させて光伝導素子を高抵抗化することができ、得られた周波数スペクトルデータのＳ／Ｎは広帯域領域で高いものであった。
【００３９】
電流バリア層７へＧｅ２が拡散すると、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）のバンド障壁が変化することや、Ｇｅ２が不純物として働くことなどに起因して、電流バリア層７の機能が低下する。この実施形態においてＧａＡｓ３は、電流バリア層７及びＬＴ−ＧａＡｓ４へＧｅ２が拡散することを防止し、光伝導素子の性能向上に必要なものであった。
【００４０】
以上述べた光伝導素子の実施形態により、広帯域で８ＴＨｚ近辺のデータに欠けのない周波数スペクトルを得る性能劣化のない光伝導素子を作製できる。
【００４１】
（実施形態４）
実施形態４は、実施形態１〜３で説明したような光伝導素子を利用したテラヘルツ時間領域分光（ＴＨｚ−ＴＤＳ；Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置に関するものである。
【００４２】
図５に、本実施形態におけるテラヘルツ時間領域分光装置の構成例を示す。このテラヘルツ時間領域分光装置は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の周波数領域の電磁波成分を含むテラヘルツ波を利用する装置である。
【００４３】
図５において、励起光パルス発生部８０は励起光パルス８１を出射する。励起光パルス発生部８０としては、ファイバレーザなどを使用することができる。励起光パルス８１はここでは波長１．５ｕｍ帯、パルス時間幅（パワー表示での半値全幅）３０ｆｓ程度のパルスレーザとする。励起光パルス８１はビームスプリッタ８２で二手に分けられる。一方の励起光パルス８１はテラヘルツ波パルス発生部（発生部）８３へ入射し、もう一方の励起光パルス８１は第二次高調波発生部８４へ入射する。
【００４４】
テラヘルツ波パルス発生部８３はこれまでの実施形態で説明したような光伝導素子を使用できる。励起光パルス８１のうち発生部83に入射する成分はレンズで集光されてビーム直径１０ｕｍ程度で光伝導素子の光吸収部へ照射される。
【００４５】
テラヘルツ波パルス８５は、発生素子が形成された基板の裏面方向に強く放射されるため、基板裏面にシリコン半球レンズを接して配置して、空間への放射パワーを高めてもよい。
【００４６】
上記説明の構成とすれば、パルス時間幅（半値全幅）数１００ｆｓから数ｐｓ程度のテラヘルツ波パルス８５を放射させることが可能である。
【００４７】
空間に放射されたテラヘルツ波パルス８５はレンズやミラー等の光学素子によってサンプル８６へと集光される。サンプル８６から反射したテラヘルツ波パルス８５は、光学素子によってテラヘルツ波パルス検出素子（検出部）８７に入射する。
【００４８】
ビームスプリッタ８２で分けられて第二次高調波発生部８４へ入射したもう一方の励起光パルス８１は、第二次高調波変換過程によって波長０．８ｕｍ帯のパルスレーザとなる。第二次高調波変換素子としてはＰＰＬＮ結晶（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）などを使用できる。他の非線形過程で生ずる波長や、波長変換されずに出射してくる１．５ｕｍ帯の波長のレーザは、ダイクロイックミラー等（不図示）によって励起光パルス８１から除かれる（低減される）。
【００４９】
０．８ｕｍ帯の波長に変換された励起光パルス８１は、励起光遅延系８８を通過してテラヘルツ波パルス検出素子８７へと入射する。
【００５０】
テラヘルツ波パルス検出素子８７として、これまでの実施形態で説明したような光伝導素子を使用できる。検出側では、第二次高調波発生部８４で生成される波長０．８ｕｍ帯の励起光パルス８１を使用することができるが、波長変換を行わない１．５ｕｍ帯のままでも使用が可能である。光伝導層で発生した光励起キャリアはテラヘルツ波パルス８５の電界によって加速され、電極間に電流を生じさせる。この電流値は、光電流が流れている時間内のテラヘルツ波パルス８５の電界強度を反映している。電流を電流電圧変換デバイスによって電圧に変換してもよい。可動式のレトロリフレクター等を含む励起光遅延系８８によって励起光パルス８１の遅延時間を掃引することで、テラヘルツ波パルス８５の電界強度の時間波形を再構成することができる。処理部８９では、励起光遅延系８８による遅延時間を制御したりする。また、テラヘルツ波パルス８５の時間波形やその周波数成分からサンプル８６の情報（複素屈折率や形状など）を取得し、表示部９０に表示する。
【００５１】
サンプル８６の表面や内部界面で反射されたテラヘルツ波パルス８５の時間間隔を取得することで、それらの面間隔を評価することもできる（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ法）。さらにサンプル８６における測定箇所を走査することで、トモグラフィックイメージングをおこなうことも可能である。図５ではサンプル８６から反射するテラヘルツ波パルス８５を検出しているが、サンプル８６を透過するテラヘルツ波パルス８５を検出してもよい。
【００５２】
以上のような物体評価装置によって、物体の同定やイメージングなどを高精度におこなうことが可能となる。これらの特徴を生かして医療、美容の分野や工業製品検査などの分野などで利用することができる。
【００５３】
（実施例）
本発明の実施例１を、図６を参照して説明する。図６（ａ）は本実施例の光伝導素子の断面図で、（ｂ）は上面図である。図６は、Ｓｉ基板１に対してＧｅ（Ｇｅ層）２、ＧａＡｓ（ＧａＡｓ層）３、電流バリア層７ＬＴ−ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ層）４がそれぞれ順に結晶成長された基板上に、電極５を設けて製造した光伝導素子を表している。
【００５４】
本実施例では自由キャリア吸収によるＴＨｚ波の損失を低減するため抵抗率５ｋΩ・ｃｍのシリコンをＳｉ基板１として使用した。また基板の面方位は（１００）であり、その方位から３〜８°傾いたオフアングルを持つものを使用した。
【００５５】
次にＳｉ基板１とＧａＡｓ３との間に存在する格子定数差を吸収し、貫通転位などの欠陥を抑制するバッファ層としてＧｅ２を５００ｎｍ成長した。今回は８インチ径のＳｉ上にて、均一な抵抗率かつ、１×１０８〜５×１０８（ｃｍ−２）程度の転位密度を持ったＧｅ２を成長できた。Ｇｅ２はモノゲルマン（ＧｅＨ４）を用いた減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法を使用して結晶成長した。今回は５００℃の温度で結晶成長をすることで、Ｇｅ２とＳｉ基板１との格子定数差を効果的に吸収した。
【００５６】
ＧａＡｓ３はＧｅ２と電流バリア層７との間に設けられており、Ｇｅ２とＧａＡｓ３間の格子定数差から発生する歪を吸収し、Ｇｅ２が電流バリア層７やＬＴ−ＧａＡｓ４へ拡散することを防止する目的で挿入されている。ＧａＡｓ３はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）を使用して２００ｎｍの厚さ結晶成長した。今回ＧａＡｓ３の結晶成長はＳｉ基板１の温度を６５０℃に保ちながら実施することで、欠陥が少ない良質な結晶が得られた。本実施例で成長したＧａＡｓ３は計測した範囲ではＧａ：Ａｓ＝５０．００：５０．００のストイキオメトリであり、おおよそ１００ｎｍの範囲で、Ｇｅ２とＧａＡｓ３との界面からＧａＡｓ３内へと歪が発生していた。
【００５７】
続いてＧａＡｓ３とＬＴ−ＧａＡｓ４との間に電流バリア層７を挿入した。電流バリア層７としてＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０．５≦ｘ≦１）とＧａＡｓをそれぞれ１０ｎｍずつ、交互に１０層積層した多層膜を成長した。この電流バリア層７には貫通転位を低減する効果もあり、ＧａＡｓ３層で１×１０８〜５×１０８（ｃｍ−２）程度あった貫通転位は、電流バリア層７がＬＴ−ＧａＡｓ４と接する直前で１×１０７〜５×１０７（ｃｍ−２）程度まで減少していた。
【００５８】
ＬＴ−ＧａＡｓ４は光伝導素子の機能層として、ＭＢＥ法を用いて２００℃の基板温度で２ｕｍの厚さ成長した。本実施例の成長では２ａｔｍ％Ａｓを余剰に含有していた。ＬＴ−ＧａＡｓ４成長後に５５０℃の温度処理を加えることによって、この余剰ＡｓはＬＴ−ＧａＡｓ内で結晶中を移動しながら凝集し、図７に示すＴＥＭ写真のように直径１０ｎｍ程度のＡｓからなる凝集物８を作った。Ａｓからなる凝集物８の大きさは温度と処理時間により制御することができる。この温度処理はＬＴ−ＧａＡｓ４を高抵抗化させ、光伝導素子としての機能を発現させるうえでも重要なものとなっており、本実施例のＬＴ−ＧａＡｓ４は抵抗率１０００００Ω・ｃｍ程度を有していた。
【００５９】
この温度処理は重要なものであるが、Ｇｅ２とその上層に積層された材料との間の相互拡散を引き起こす原因ともなる。しかしながら本実施例においてはストイキオメトリであるＧａＡｓ３を挿入した効果により、この温度処理中の温度履歴とＧａＡｓ３成長中の温度履歴とを合計しても、Ｇｅ２とＧａＡｓ３との相互拡散が及んでいる範囲は３０ｎｍ程度のごく狭いものであった。このことは、ＴＥＭ（Ｔａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）とＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などを使用して確認している。またＬＴ−ＧａＡｓ４中の貫通転位の密度は１×１０７〜５×１０７（ｃｍ−２）程度のものであった。
【００６０】
本実施例の光伝導素子では、同一平面内に設けられた１対の電極５により形成されている５ｕｍ〜５０ｕｍ程度のギャップへ光パルスを照射し、キャリア励起によりＬＴ−ＧａＡｓ４に瞬間的に導電性を帯びさせることでＴＨｚ波の発生及び検出を行う。ＴＨｚ波の発生を行う場合には、電極５間にバイアス電圧を印加する。発生キャリアが基板平面方向に移動することにより生じる電流の時間微分の大きさとバイアス電圧の大きさとに応じた強度のＴＨｚ波が、光パルスの時間幅とキャリア寿命とに依存したパルス波形をもって出射される。このパルスは一般的にＴＨｚ領域に広い周波数スペクトルを有している。組成比がストイキオメトリであるＧａＡｓ３をＬＴ−ＧａＡｓ４とＧｅ２との間に挿入することにより、歪の少ないＬＴ−ＧａＡｓ４が成長できるため、ＬＴ−ＧａＡｓ４内の基板面に対して略垂直方向への貫通転位も少ないものとなっている。ＬＴ−ＧａＡｓ４内に導電パスとなる貫通転位が多く存在すると、貫通転位を通じてＬＴ−ＧａＡｓ４以外にもＧａＡｓ３層やＧｅ２層、Ｓｉ基板１が導電パスとなるため光伝導素子の電極５間の抵抗が低抵抗化する。本実施例で作製した光伝導素子では、本発明の効果により貫通転位が非常に少ないレベルのＬＴ−ＧａＡｓ４を成長できているため、電極５間の抵抗は２０ＭΩと非常に高いものであった。今回作製した光伝導素子は電極５間の抵抗が高抵抗であるため、素子に１００Ｖ以上の電圧を印加することができ、効率的にＴＨｚ波を発生できた。また光伝導素子を検出器として使用した場合には、光伝導素子の電極５間の抵抗が高抵抗であったため、熱的な原因から発生する暗電流によるホワイトノイズの影響は測定できる最低限のものであった。
【００６１】
光伝導素子では、電気配線や光学的なアライメントなどの都合上、発生したＴＨｚ波、もしくは検出されるＴＨｚ波は電極５が設けられていない基板側から送受信されることが多い。また図示していないが、ＴＨｚ波に対して損失の少ない高抵抗Ｓｉで作製された半球型のレンズを基板側に設置して、ＴＨｚ波の集光などの光路調整をすることが多い。本実施例の場合にはＧａＡｓ３、Ｇｅ２、Ｓｉ基板１を通じてＴＨｚ波の送受信が行われることとなる。前述した通り、Ｓｉ基板１とＧｅ２とはＴＨｚ波に対して損失の少ない材料であるが、ＧａＡｓ３ではフォノンに起因する吸収が８ＴＨｚ付近を中心として広がっている。そのためＧａＡｓ３は非常に重要な層であるが、最適な厚さを選択することにより、８ＴＨｚ付近の必要な情報がフォノン吸収により欠けることがないようにする必要がある。
【００６２】
本実施例において０．２ｕｍの厚さを有するＧａＡｓ３と電流バリア層７を挿入した光伝導素子を評価したところ、８ＴＨｚ付近で５０％強のピークを有したパワー吸収があった。これはＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を保持したまま広帯域で、欠けのない周波数スペクトルを得るのに充分なものであった。
【００６３】
以上述べた光伝導素子の実施例により、広帯域で８ＴＨｚ近辺のデータに欠けのない周波数スペクトルを得る性能劣化のない光伝導素子を作製できる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい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。
【００６５】
例えば、本発明の光伝導素子は、Ｓｉ基板上に、バッファ層と、第１の半導体層と、第２の半導体層と、電極と、をこの順に積層されていれば良い。すなわち、本発明の効果を少なくとも奏するのであれば、基板とバッファ層、隣り合う２層、又は、第２の半導体層と電極、の間に、新たな層を形成しても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１  Ｓｉ基板
２  Ｇｅ
３  ＧａＡｓ
４  ＬＴ−ＧａＡｓ
５  電極
６  Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ
７  電流バリア層
８  Ａｓからなる凝集物
８０  励起光パルス発生部
８１  励起光パルス
８２  ビームスプリッタ
８３  テラヘルツ波パルス発生部
８４  第二次高調波発生部
８５  テラヘルツ波パルス
８６  サンプル
８７  テラヘルツ波パルス検出素子
８８  励起光遅延系
８９  処理部
９０  表示部
【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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