(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナであって、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型、及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、
前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ、
前記第１不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第２不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記ｉ型半導体層が配置されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、前記第２不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、を覆うことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記基板は、前記間隙に相当する部分に溝を有し、
前記ｉ型半導体層は、前記溝を埋めて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第１不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第２不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１電極は、前記第１不純物含有半導体層上に設けられており、
前記第１電極の一部と前記第１不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第２電極は、前記第２不純物含有半導体層上に設けられており、
前記第２電極の一部と前記第２不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記間隙の少なくとも一部の位置において、前記ｉ型半導体層と、前記基板と、の間に位置する絶縁層をさらに有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記ｉ型半導体材料は、III−Ｖ属化合物半導体であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、
前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ、
前記第１不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第２不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記ｉ型半導体層が配置されていることを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項１１】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、
前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ、
前記第１不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第２不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記ｉ型半導体層が配置されていることを特徴とするカメラ。
【請求項１２】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、
前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ、
前記第１不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第２不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記ｉ型半導体層が配置されていることを特徴とするイメージング装置。
【請求項１３】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、
前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ、
前記第１不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第２不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記ｉ型半導体層が配置されていることを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１００ＧＨｚ以上、３０ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各計測、非破壊検査等に用いることができる。
このテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置は、サブｐ秒（数百ｆ秒）程度のパルス幅をもつ光パルス（パルス光）を発生する光源装置と、光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを有している。
【０００３】
前記アンテナとしては、例えば、特許文献１に、ｎ型半導体層と、ｉ型半導体層と、ｐ型半導体層とを有するｐｉｎ構造の光伝導素子（アンテナ）が開示されている。このアンテナでは、ｉ型半導体層の一方の面側にｎ型半導体層が設けられ、他方の面側にｐ型半導体層が設けられている。また、ｉ型半導体層の厚さ方向に対して、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とが互いにずれるように配置されている。なお、テラへルツ波は、電界の向きに対して垂直な方向に出射する。
【０００４】
前記特許文献１に記載のアンテナでは、低温成長ＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）基板を用いて製造されたダイポール形状光導電アンテナ（ＰＣＡ）に対して、発生するテラヘルツ波の強度を１０倍程度大きくすることができる。
しかしながら、特許文献１に記載のアンテナでは、ｉ型半導体層の一方の面側にｎ型半導体層が設けられ、他方の面側にｐ型半導体層が設けられているので、ｉ型半導体層の厚さに応じて、電界の方向が換わり、これにより、テラへルツ波の出射方向が変動するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５０２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、出射方向が一定であり、高耐圧で、高い強度のテラヘルツ波を発生することができるアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明のアンテナは、パルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナであって、基板と、前記基板上に位置し、かつ、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
【０００８】
このアンテナによれば、結晶欠陥の多いｉ型半導体層表面には電界がかからないので、効率よく電界が印加され、これによって、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。さらに、電界の方向が一定になるのでテラヘルツ波出射方向を一定にすることができる。
【０００９】
また、本発明のアンテナは、前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、前記第２不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、を覆うことを特徴とする。
【００１０】
このアンテナによれば、ｉ型半導体層の表面を流れるリーク電流を低減でき、耐電圧を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明のアンテナは、前記基板は、前記間隙に相当する部分に溝を有し、前記ｉ型半導体層は、前記溝を埋めて設けられている。あるいは、前記第１不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第１不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられ、また、前記第２不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第２不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成のアンテナによれば、結晶欠陥の多い前記ｉ型半導体層の表面と、前記ｉ型半導体層と前記基板との界面には電界をかけずに、前記ｉ型半導体層の内部のみに電界をかけることができるので、より効率よく電界が印加され、これによって、さらに高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００１３】
また、本発明のアンテナは、前記第１電極は、前記第１不純物含有半導体層上に設けられており、前記第１電極の一部と前記第１不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする。
このような構成によれば、抵抗を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。
【００１４】
また、本発明のアンテナは、前記第２電極は、前記第２不純物含有半導体層上に設けられており、前記第２電極の一部と前記第２不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする。
このような構成によれば、抵抗を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。
【００１５】
また、本発明のアンテナは、前記間隙の少なくとも一部の位置において、前記ｉ型半導体層と前記基板との間に位置する絶縁層をさらに有することを特徴とする。
これにより、第１不純物含有半導体層と第２不純物含有半導体層との間の間隙におけるリーク電流の発生をより確実に防止することができる。
【００１６】
また、本発明のアンテナは、前記ｉ型半導体材料は、III−Ｖ属化合物半導体であることを特徴とする。
これにより、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００１７】
本発明のテラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有するテラヘルツ波発生装置を提供することができる。
【００１８】
本発明のカメラは、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有するカメラを提供することができる。
【００１９】
本発明のイメージング装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有するイメージング装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の計測装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第１不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第２不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第１導電型及び第２導電型の不純物を含まないｉ型半導体材料で構成されたｉ型半導体層と、前記第１不純物含有半導体層に電気的に接続する第１電極と、前記第２不純物含有半導体層に電気的に接続する第２電極と、を備え、平面視で、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記ｉ型半導体層は、前記第１不純物含有半導体層と前記第２不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有する計測装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記構成により、出射方向が一定であり、高耐圧で、高い強度のテラヘルツ波を発生することができるアンテナが実現できるという効果を有する。それにより、高強度のテラヘルツ波を放射できるテラヘルツ波発生装置が実現される。そのため、高感度なテラヘルツカメラあるいはイメージング装置および計測装置を提供することができるという大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のテラヘルツ波発生装置（アンテナ）の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの平面図である。
【図３】図１に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの変形例を示す平面図である。
【図４】図１に示すテラヘルツ波発生装置の光源装置の断面斜視図である。
【図５】図３中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図６】図３中のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図７】図１に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図８】図１に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図９】本発明のアンテナの第２実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明のアンテナの第３実施形態を示す断面図である。
【図１１】図９に示す第２実施形態のアンテナの製造方法の２つの例を説明するための断面図である。
【図１２】本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図である。
【図１４】対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。
【図１５】対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図である。
【図１６】本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
【図１７】本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１ないし図３は、本発明のテラヘルツ波発生装置（アンテナ）の第１実施形態を示す図である。図１はテラヘルツ波発生装置の概略図、図２はアンテナの平面図、図３はアンテナの変形例を示す平面図である。
図１において、アンテナ２については、図２及び図３中のＳ−Ｓ線での断面図で示し、光源装置３についてはブロック図で示す。また、図４は、図１に示すテラヘルツ波発生装置の光源装置の断面斜視図、図５は、図４中のＡ−Ａ線での断面図、図６は、図４中のＢ−Ｂ線での断面図、図７および図８は、図１に示すテラヘルツ波発生装置１のアンテナ２の製造方法の一例を説明するための断面図である。
【００２５】
図１に示すように、テラヘルツ波発生装置１は、励起光である光パルス（パルス光）を発生する光源装置３と、光源装置３で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナ２とを有している。なお、テラヘルツ波とは、周波数が、１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の電磁波、特に、３００ＧＨｚ以上３ＴＨｚ以下の電磁波を言う。
【００２６】
図４〜図６に示すように、光源装置３は、本実施形態では、光パルスを発生する光パルス発生部４と、光パルス発生部４で発生した光パルスに対し、パルス圧縮を行う第１のパルス圧縮部５と、第１のパルス圧縮部５でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、パルス圧縮を行う第２のパルス圧縮部７と、光パルスを増幅する増幅部６とを有している。
増幅部６は、第１のパルス圧縮部５の前段、または第１のパルス圧縮部５と第２のパルス圧縮部７との間に設けられるが、図示の構成では、増幅部６は、第１のパルス圧縮部５と、第２のパルス圧縮部７と、の間に設けられている。
これにより、第１のパルス圧縮部５でパルス圧縮がなされた光パルスが、増幅部６で増幅され、増幅部６で増幅された光パルスが、第２のパルス圧縮部７でパルス圧縮がなされる。
【００２７】
また、光源装置３から出射する光パルスのパルス幅（半値幅）は、特に限定されないが、１ｆ秒以上８００ｆ秒以下であることが好ましく、１０ｆ秒以上１００ｆ秒以下であることよりが好ましい。
【００２８】
また、光源装置３から出射する光パルスの周波数は、後述するアンテナ２のｉ型半導体層２６のバンドギャップに対応する周波数以上に設定される。
【００２９】
また、光パルス発生部４は、例えば、ＤＢＲレーザー、ＤＦＢレーザー、モード同期レーザー等、いわゆる半導体レーザーを用いることができる。この光パルス発生部４で発生する光パルスのパルス幅は、特に限定されないが、１ｆ秒以上８００ｆ秒以下であることが好ましい。
また、第１のパルス圧縮部５は、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第１のパルス圧縮部５は、可飽和吸収体を有しており、その可飽和吸収体により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
【００３０】
また、第２のパルス圧縮部７は、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第１のパルス圧縮部５は、群速度分散補償媒体、本実施形態では、結合導波路構造を有しており、その結合導波路構造により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
また、光源装置３の光パルス発生部４と、第１のパルス圧縮部５と、増幅部６と、第２のパルス圧縮部７とは、一体化、すなわち同一基板上に集積されている。
【００３１】
具体的には、光源装置３は、半導体基板である基板３１と、基板３１上に設けられたクラッド層３２と、クラッド層３２上に設けられた活性層３３と、活性層３３上に設けられた導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４上に設けられたクラッド層３５と、クラッド層３５上に設けられたコンタクト層３６と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４上に設けられた絶縁層３７と、基板３１の表面に設けられた、クラッド層３２側の電極３８と、コンタクト層３６および絶縁層３７の表面に設けられた、クラッド層３５側の電極３９１、３９２、３９３、３９４および３９５と、を有している。また、光パルス発生部４の導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４と、クラッド層３５との間には、回折格子３０が設けられている。なお、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４は、活性層３３の直上に限らず、例えば、クラッド層３５の中に設けられていてもよい。
【００３２】
なお、各部の構成材料は、特に限定されない。構成材料の一例として、基板３１、コンタクト層３６としては、ＧａＡｓ等が挙げられる。また、クラッド層３２、３５、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４、回折格子３０としては、ＡｌＧａＡｓ等が挙げられる。
また、活性層３３としては、例えば、多重量子井戸と呼ばれる量子効果を用いた構成等が挙げられる。具体的には、活性層３３としては、井戸層（ＧａＡｓ井戸層）とバリア層（ＡｌＧａＡｓバリア層）とを交互に複数ずつ設けてなる多重量子井戸等で構成された分布屈折率型多重量子井戸と呼ばれる構造のもの等が挙げられる。
【００３３】
また、図示の構成では、光源装置３における導波路は、クラッド層３２と、活性層３３と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４と、クラッド層３５とで構成されている。また、クラッド層３５は、導波路の上部にのみ、その導波路に対応した形状に設けられている。また、クラッド層３５は、不要な部分をエッチングにより除去することにより形成されている。なお、製造方法によっては、導波路構成プロセス用エッチングストップ層３４を省略してもよい。
【００３４】
また、クラッド層３５およびコンタクト層３６は、それぞれ２つずつ設けられている。一方のクラッド層３５およびコンタクト層３６は、光パルス発生部４と、第１のパルス圧縮部５と、増幅部６と、第２のパルス圧縮部７の一部を構成し、連続的に設けられており、他方のクラッド層３５およびコンタクト層３６は、第２のパルス圧縮部７の一部を構成している。すなわち、第２のパルス圧縮部７には、１対のクラッド層３５と、１対のコンタクト層３６とが設けられている。
【００３５】
また、電極３９１は、光パルス発生部４のクラッド層３５に対応するように設けられ、また、電極３９２は、第１のパルス圧縮部５のクラッド層３５に対応するように設けられ、また、電極３９３は、増幅部６のクラッド層３５に対応するように設けられ、また、電極３９４および電極３９５は、ともに、第２のパルス圧縮部７の２つのクラッド層３５に対応するように設けられている。なお、電極３８は、光パルス発生部４、第１のパルス圧縮部５、増幅部６および第２のパルス圧縮部７の共通電極である。そして、電極３８と電極３９１とで光パルス発生部４の１対の電極が構成され、また、電極３８と電極３９２とで第１のパルス圧縮部５の１対の電極が構成され、また、電極３８と電極３９３とで増幅部６の１対の電極が構成され、また、電極３８と電極３９４、電極３８と電極３９５とで第２のパルス圧縮部７の２対の電極が構成される。
なお、光源装置３の全体形状は、図示の構成では、直方体をなしているが、これに限定されないことは、言うまでもない。
【００３６】
また、光源装置３の寸法は、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下×０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下×０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。
【００３７】
なお、本発明では、光源装置の構成は、前述した構成に限定されないことは、言うまでもない。
【００３８】
次に、アンテナ２について説明する。
図１は第１実施形態のアンテナ２の断面図である。アンテナ２は、高抵抗基板２４の上に形成された、ｎ型半導体層（第１不純物含有半導体層）２２と、テラヘルツ波を発生するｉ型半導体層（半導体層）２６と、ｐ型半導体層（第２不純物含有半導体層）２３と、１対の電極を構成する電極２８（第１電極）および電極（第２電極）２９とを備えている。
【００３９】
高抵抗基板２４は、絶縁性が高ければ特に限定されず、例えば、高抵抗なｉ型のIII−Ｖ族化合物半導体基板、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等が挙げられる。また、Ｓｉ基板を用いても良い。
高抵抗基板２４のキャリア濃度としては、１×１０18／ｃｍ3以下であることが好ましく、１×１０12／ｃｍ3以上１×１０18／ｃｍ3以下であることがより好ましく、１×１０12／ｃｍ3以上１×１０16／ｃｍ3以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
ｉ型半導体層２６の形状は、図２に示すように、光パルスが入射する方向から見たとき（平面視で）、四角形をなしている。なお、ｉ型半導体層２６の形状は、四角形には限定されず、この他、例えば、円形、楕円形や、三角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。以下では、「光パルスが入射する方向から見たとき」を、「平面視」とも言う。
【００４１】
このｉ型半導体層２６は、半導体材料で構成されている。このｉ型半導体層２６を構成する半導体材料は、真性半導体であることが好ましいが、ｎ型不純物やｎ型不純物を少量含んでいてもよい。具体的には、ｉ型半導体層２６のキャリア濃度は、１×１０18／ｃｍ3以下であることが好ましく、１×１０12／ｃｍ3以上１×１０18／ｃｍ3以下であることがより好ましく、１×１０12／ｃｍ3以上１×１０16／ｃｍ3以下であることがさらに好ましい。
【００４２】
また、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３とは平面視で所定の間隙（ギャップ）２５を介して配置され、さらにｉ型半導体層２６は、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の間隙２５を跨ぐように形成されている。これにより、平面視で、ｉ型半導体層２６の少なくとも一部は、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の間の間隙２５に配置され、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、はｉ型半導体層２６を介して繋がれている。
【００４３】
本実施形態では、図１に示すように、間隙２５に、ｉ型半導体層２６の一部が配置され、間隙２５がｉ型半導体層２６の一部で埋められている。これにより、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００４４】
さらには、このアンテナ２では、ｎ型半導体層２２の上面２２１の一部、及びｐ型半導体層２３の上面２３１の一部が、ｉ型半導体層２６の下面２６２の一部と接続されている。すなわち、ｐ型半導体層２３の間隙２５に接する端部の上面と、ｎ型半導体層２２の間隙２５に接する端部の上面と、がｉ型半導体層２６に覆われているといえる。
さらに、ｎ型半導体層２２及びｐ型半導体層２３の上にｉ型半導体層２６が設けられていると言い換えることができる。
【００４５】
このように、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の上にｉ型半導体層２６が形成されているので、ｉ型半導体層２６の上面２６１は、ｎ型半導体層２２及びｐ型半導体層２３とは接していない。さらに詳しくは、ｎ型半導体層２２の一方の側面２２７と、ｐ型半導体層２３の一方の側面２３７と、がｉ型半導体層２６を介して対向する構造となる。
【００４６】
このような構成によって、図１に示すように、ｎ型半導体層２２とｐ型半導体層２３との間に電圧を印加した時に、その間隙２５の間の電界２６３はｉ型半導体層２６の膜内部２６４に形成される。このように表面準位など欠陥の多いｉ型半導体層２６の上面２６１に電圧がかからないので、リーク電流を低減でき、耐圧が向上され、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００４７】
また、ｎ型半導体層２２は、ｎ型（第１導電型）の不純物を含む半導体材料で構成されている。ｎ型半導体層２２のキャリア濃度（不純物濃度）は、１×１０17／ｃｍ3以上であることが好ましく、１×１０20／ｃｍ3以上であることがより好ましく、１×１０20／ｃｍ3以上１×１０22／ｃｍ3以下であることがさらに好ましい。なお、ｎ型不純物としては、特に限定されず、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ等が挙げられる。
【００４８】
また、ｐ型半導体層２３は、ｐ型（第２導電型）の不純物を含む半導体材料で構成されている。ｐ型半導体層２３のキャリア濃度は、１×１０17／ｃｍ3以上であることが好ましく、１×１０20／ｃｍ3以上であることがより好ましく、１×１０20／ｃｍ3以上１×１０22／ｃｍ3以下であることがさらに好ましい。なお、ｐ型不純物としては、特に限定されず、例えば、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃ等が挙げられる。
【００４９】
なお、ｎ型半導体層２２、およびｐ型半導体層２３は、例えば、不純物をドープしない半導体層を成膜し、ｎ型、またはｐ型の不純物をイオン注入法あるいは拡散法等でドープすることにより形成することができる。一方、選択エピタキシャル法によって、ｎ型半導体層２２、およびｐ型半導体層２３を形成する方法もある。
【００５０】
ｎ型半導体層２２、ｐ型半導体層２３、ｉ型半導体層２６の半導体材料としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、移動度が高いほうがテラヘルツ波の放射強度が大きいので、III−Ｖ族化合物半導体が好ましい。III−Ｖ族化合物半導体としては、特に限定されず、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等が挙げられる。
【００５１】
このようなｎ型半導体層２２と、ｉ型半導体層２６と、ｐ型半導体層２３と、によるｐｉｎ構造により、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、これによって、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
また、ｉ型半導体層２６の厚さによらず、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の位置関係が一定であるので、電界の方向を一定にすることができ、これによって、テラへルツ波の出射方向を一定にすることができる。
【００５２】
ｎ型半導体層２２、およびｐ型半導体層２３の形状は、特に限定されない。
本実施形態では、図２に一例を示す。ｎ型半導体層２２は、帯状をなす帯状部２２４と、帯状部２２４の途中、すなわち中間部に設けられｐ型半導体層２３側に突出する突出部２２３と、帯状部２２４の両端部に設けられたパッド部２２５とで構成されている。突出部２２３の形状は、図示の構成では、平面視で、四角形をなしている。なお、突出部２２３の形状は、四角形には限定されず、この他、例えば、円形、楕円形や、三角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。
【００５３】
また、本実施形態では、ｐ型半導体層２３は、ｎ型半導体層２２を反転させた形状をなしている。すなわち、ｐ型半導体層２３は、帯状をなす帯状部２３４と、帯状部２３４の途中、すなわち中間部に設けられ、ｎ型半導体層２２側に突出する突出部２３３と、帯状部２３４の両端部に設けられたパッド部２３５とで構成されている。突出部２３３の形状は、図示の構成では、平面視で、四角形をなしている。なお、突出部２３３の形状は、四角形には限定されず、この他、例えば、円形、楕円形や、三角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。
【００５４】
ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３とは、ｎ型半導体層２２の帯状部２２４とｐ型半導体層２３の帯状部２３４とが平行となるように配置されている。
【００５５】
また、図１に示すように、ｎ型半導体層２２の厚さｄ１、およびｐ型半導体層２３の厚さｄ２は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。なお、ｎ型半導体層２２の厚さｄ１と、ｐ型半導体層２３の厚さｄ２とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、本実施形態では、同一に設定されている。
【００５６】
また、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の間の間隙２５の距離（間隙距離）ｄは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００５７】
また、ｎ型半導体層２２の突出部２２３の幅Ｗ１、およびｐ型半導体層２３の突出部２３３の幅Ｗ２は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。なお、ｎ型半導体層２２の突出部２２３の幅Ｗ１とｐ型半導体層２３の突出部２３３の幅Ｗ２とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、本実施形態では、同一に設定されている。
【００５８】
電極２８は、ｎ型半導体層２２上に設けられている。すなわち、電極２８は、ｎ型半導体層２２のパッド部２２５を覆うようにしてｎ型半導体層２２に接触し、そのｎ型半導体層２２に電気的に接続されている。
また、電極２９は、ｐ型半導体層２３上に設けられている。すなわち、電極２９は、ｐ型半導体層２３のパッド部２３５を覆うようにしてｐ型半導体層２３に接触し、そのｐ型半導体層２３に電気的に接続されている。
【００５９】
ｎ型半導体層２２、およびｐ型半導体層２３の形状は、図２で示した形状ばかりでなく、図３に示した形状でもよい。
図３（ａ）では、ｎ型半導体層２２の突出部２２３が、帯状部２２４の一方の端部に設けられ、パッド部２２５が帯状部２２４の他方の端部に設けられている。また、ｐ型半導体層２３の突出部２３３が、帯状部２３４の一方の端部に設けられ、パッド部２３５が帯状部２３４の他方の端部に設けられている。この構造により、帯状部２２４、及び帯状部２３４を短くできるので、リーク電流を低減でき、耐圧が向上され、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００６０】
図３（ｂ）では、帯状部２２４及び帯状部２３４をなくして、ｎ型半導体層２２は突出部２２３と、パッド部２２５と、から構成され、ｐ型半導体層２３は突出部２３３と、パッド部２３５と、から構成される形状としたものである。この形状によれば、図３（ａ）で示した形状に比べて、さらにリーク電流を低減でき、耐圧が向上され、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００６１】
図１ないし図３において、電極２８、および電極２９には、それぞれ、図示しないパッド、導線、コネクター等を介して電源装置１８が電気的に接続され、その電極２８と電極２９との間に、電極２８側が正となるように、直流電圧が印加される。
【００６２】
次に、テラヘルツ波発生装置１のアンテナ２の製造方法の一例を説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、高抵抗基板２４の上面に、絶縁膜７１を形成し、さらに絶縁膜７１の上面にレジスト層８１を形成する。高抵抗基板２４の上面のｐ型半導体層２３を形成する部位のレジスト層８１を除去した後、レジスト層８１をマスクとして絶縁膜７１を選択的にエッチング除去する。
なお、本実施形態では、高抵抗基板２４として高抵抗のＧａＡｓ基板を用いた場合について説明する。また、絶縁膜７１としては、ＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜を用いることができる。
【００６３】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト層８１を除去した後、選択的に開口されて露出した高抵抗基板２４に対し、エピタキシャル成長法によってｐ型不純物を含むｐ型半導体層２３を選択的に形成する。エピタキシャル成長法としては、気相エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長法等の方法がある。
または、ｉ型半導体を選択的にエピタキシャル成長させた後、ｐ型の不純物を、例えばイオン注入法、拡散法等でｉ型半導体にドープする方法でも良い。これにより、ｐ型半導体層２３が形成される。
【００６４】
次に、図７（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層２３および絶縁膜７１の上面に、レジスト層８２を形成し、絶縁膜７１の上面のｎ型半導体層２２を形成する部位のレジスト層８２を除去した後、レジスト層８２をマスクとして絶縁膜７１を選択的にエッチング除去する。
【００６５】
次に、図７（ｄ）に示すように、レジスト層８２を除去した後、選択的に開口されて露出した高抵抗基板２４に対し、エピタキシャル成長法によってｎ型不純物を含むｎ型半導体層２２を選択的に形成する。エピタキシャル成長法としては、気相エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長法等の方法がある。
または、ｉ型半導体を選択的にエピタキシャル成長した後、ｎ型の不純物を例えば、イオン注入法、拡散法等でｉ型半導体にドープする方法でも良い。これにより、ｎ型半導体層２２が形成される。
【００６６】
次に、図８（ａ）に示すように、高抵抗基板２４、ｐ型半導体層２３およびｎ型半導体層２２の上面に、ｉ型半導体層２６を形成する。形成方法としてはエピタキシャル成長法等を用いる。次に、レジスト層を形成し、ｉ型半導体層２６を形成する部位以外のレジスト層を除去し、ｉ型半導体層２６の上面にレジスト層を残す。
【００６７】
次に、図８（ｂ）に示すように、ｉ型半導体層２６の上面のレジスト層をマスクとしてｉ型半導体層２６をエッチングして、ｐ型半導体層２３とｎ型半導体層２２とを跨ぐような形状になるようにｉ型半導体層２６を形成する。
これにより、ｉ型半導体層２６が、ｐ型半導体層２３と、ｎ型半導体層２２と、の間隙２５を埋めるように形成され、また、ｉ型半導体層２６の下面２６２の一部と、ｐ型半導体層２３の上面２３１の一部及びｎ型半導体層２２の上面２２１の一部と、が接続され、ｉ型半導体層２６の上面２６１は、ｐ型半導体層２３及びｎ型半導体層２２とは接触しない構造が形成される。
【００６８】
次に、金属層を形成した後、レジスト層でマスクを形成し、金属層をエッチングすることにより、図８（ｃ）に示すように、電極２８、２９が形成される。
以上のようにして、アンテナ２が製造される。電極としては、低抵抗の材料であれば制限なく利用することができる。例えば、金、銀、銅、プラチナ、アルミニウム、チタンなどが使える。
【００６９】
次に、テラヘルツ波発生装置１の作用について説明する。
テラヘルツ波発生装置１では、まず、光源装置３の光パルス発生部４で、光パルスを発生させる。光パルス発生部４で発生した光パルスのパルス幅は、目標のパルス幅に比べて大きい。その光パルス発生部４で発生した光パルスは、導波路を通り、第１のパルス圧縮部５、増幅部６、第２のパルス圧縮部７をこの順序で順次通過する。
【００７０】
まず、第１のパルス圧縮部５で、光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅が減少する。次に、増幅部６で、光パルスが増幅される。最後に、第２のパルス圧縮部７で、光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅がさらに減少する。このようにして、目標のパルス幅の光パルスが発生し、第２のパルス圧縮部７から出射する。
【００７１】
アンテナ２の電極２８及び電極２９には、電源装置１８が接続され、ｐ型半導体層２３には正電位が印加され、ｎ型半導体層２２には負電位が印加されている。
光源装置３から出射した光パルスは、アンテナ２の間隙２５におけるｉ型半導体層２６に照射され、そのｉ型半導体層２６でテラヘルツ波が発生する。このテラヘルツ波は、ｉ型半導体層２６の下面２６２、すなわち出射面から出射する。
【００７２】
以上説明したように、このテラヘルツ波発生装置１によれば、ｐｉｎ構造により、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、これによって、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００７３】
本実施形態のアンテナ２は、図１に示すように、ｉ型半導体層２６が、ｐ型半導体層２３、及びｎ型半導体層２２と、ｉ型半導体層２６の下面２６２により接触することによって、ｉ型半導体層２６の膜内部２６４に間隙２５の電界２６３を形成することができる。このような構造によって、表面準位等の欠陥が多数存在するｉ型半導体層２６の上面２６１を導通するリーク電流が発生しない。従って、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、これによって、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００７４】
また、ｉ型半導体層２６の厚さによらず、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の位置関係が一定であるので、電界の方向を一定にすることができ、これによって、テラへルツ波の出射方向を一定にすることができる。
【００７５】
また、光源装置３が第１のパルス圧縮部５、増幅部６、および第２のパルス圧縮部７を有しているので、光源装置３の小型化、ひいてはテラヘルツ波発生装置１の小型化を図りつつ、所望の波高で、かつ所望のパルス幅の光パルスを発生することができ、これにより、所望のテラヘルツ波を確実に発生することができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、平面視で、ｉ型半導体層２６は、ｐ型半導体層２３の突出部２３３、及びｎ型半導体層２２の突出部２２３を大きく覆う形状になっているが、かならずしもこの形状に限定されるものではない。例えば、少なくともｐ型半導体層２３の突出部２３３と、ｎ型半導体層２２の突出部２２３と、の間隙２５を覆うようにｉ型半導体層２６が形成されていればよい。
【００７７】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明のアンテナの第２実施形態を示す断面図である。
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７８】
図９に示すように、第２実施形態のアンテナ２では、高抵抗基板２４の、少なくともｐ型半導体層２３の突出部２３３とｎ型半導体層２２の突出部２２３との間隙２５の領域部分に高抵抗基板の溝２６５が形成され、ｉ型半導体層２６が高抵抗基板の溝２６５を埋めてｉ型半導体層２６の下面２６２が間隙２５の領域部分において溝２６５の底面と接する構造となっている。さらに、ｎ型半導体層２２の一方の側面２２７とｐ型半導体層２３の一方の側面２３７とが、ｉ型半導体層２６を介して対向する構造となる。
【００７９】
これにより、ｐ型半導体層２３の突出部２３３と、ｎ型半導体層２２の突出部２２３と、の間に印加される電界２６３は、欠陥準位の多いｉ型半導体層２６の下面２６２からさらに離れ、よりｉ型半導体層２６の内部に位置するようになる。従って、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の間の間隙２５におけるリーク電流の発生をより確実に防止することができる。
【００８０】
次に、テラヘルツ波発生装置１のアンテナ２の製造方法に関しては、第１実施形態との違いは、高抵抗基板の溝２６５を形成する部分だけなので、その製造工程について図１１を参照し二つの工程例を説明する。
【００８１】
まず、第１の工程例は、図１１（ａ）に示すように、工程の最初に高抵抗基板２４の溝２６５を形成する方法である。高抵抗基板２４の上のｐ型半導体層２３、及びｎ型半導体層２２を形成する予定の位置に、マスク用のレジスト層８３を形成し、このレジスト層８３をマスクとして高抵抗基板２４をエッチンクすることにより、溝２６５を形成する。レジスト層８３を除去した後、図７（ａ）に続く。以降の工程でレジスト層８３を除去した位置にｐ型半導体層２３、及びｎ型半導体層２２を形成する。以降の説明は省略する。
【００８２】
第２の工程例は、図７（ａ）から図７（ｄ）までの工程は第１実施形態と同じである。第２実施形態の第２の工程例においては、図７（ｄ）で絶縁膜７１を除去した後、図１１（ｂ）に示すように、高抵抗基板の溝２６５を形成する。
溝の形成は、ｐ型半導体層２３、及びｎ型半導体層２２をマスクとしてエッチング形成しても良いし、ｐ型半導体層２３、及びｎ型半導体層２２の上にマスク用にレジスト層を形成し、レジスト層をマスクとしてエッチング形成しても良い。その後図８（ａ）の工程へ続くので、以降の説明は省略する。
このアンテナ２によれば、前述した第１実施形態と同様の効果も得られる。
なお、この第２実施形態は、後述する第３実施形態にも適用することができる。
【００８３】
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明のアンテナの第３実施形態を示す断面図である。
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８４】
図１０に示すように、第３実施形態のアンテナ２では、ｎ型半導体層２２が膜厚方向に不純物の濃度分布を有しており、ｎ型半導体層２２の下面２２２側にｎ型半導体層の低濃度領域２２６ａが設けられ、ｎ型半導体層２２の上面２２１側にｎ型半導体層の高濃度領域２２６ｂが設けられている。
【００８５】
不純物濃度については第１実施形態の項で説明したので省略するが、高濃度領域２２６ｂの不純物濃度は、低濃度領域２２６ａ領域の不純物濃度よりも多ければよいが、１桁以上多いことが望ましい。不純物の濃度分布に関しては、濃度が多い領域と少ない領域が２層、あるいは多層で構成されていても良いし、濃度勾配（濃度分布）を有して連続的に濃度が変化していても良い。
【００８６】
さらに、ｐ型半導体層２３が膜厚方向に不純物の濃度分布を有しており、ｐ型半導体層２３の下面２３２側にｐ型半導体層の低濃度領域２３６ａが設けられ、ｐ型半導体層２３の上面２３１側にｐ型半導体層の高濃度領域２３６ｂが設けられている。
高濃度領域２３６ｂの不純物濃度は、低濃度領域２３６ａ領域の不純物濃度よりも多ければよいが、１桁以上多いことが望ましい。
【００８７】
不純物の濃度分布に関しては、濃度が多い領域と少ない領域が２層、あるいは多層で構成されていても良いし、濃度勾配を有して連続的に濃度が変化していても良い。さらに、ｎ型半導体層２２の一方の側面２２７とｐ型半導体層２３の一方の側面２３７とが、ｉ型半導体層２６を介して対向する構造となる。
【００８８】
これにより、第２実施形態と同様に、ｐ型半導体層２３の突出部２３３とｎ型半導体層２２の突出部２２３との間に印加される電界２６３は、欠陥準位の多いｉ型半導体層２６の下面２６２からさらに離れ、よりｉ型半導体層２６の内部に位置するようになる。従って、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３と、の間の間隙２５におけるリーク電流の発生をより確実に防止することができる。
【００８９】
製造工程に関しては、ｐ型半導体層２３、及びｎ型半導体層２２を、エピタキシャル成長する時に不純物添加条件を、成長初期には不純物濃度を、少なくなるようにコントロールし、成長終了には、不純物濃度が多くなるようにコントロールすることによって作製することができる。従って、第２実施形態のように高抵抗基板２４の溝２６５を形成する工程を省略できるので、より短い工程で同様な効果ら得られる。
【００９０】
このアンテナ２によれば、前述した第１実施形態、及び第２実施形態と同様の効果も得られる。さらに、第２実施形態よりも短い工程で簡単に作製できるという効果がある。
【００９１】
＜イメージング装置の実施形態＞
図１２は、本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図、図１３は、図１２に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図、図１４は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ、図１５は、対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図である。
【００９２】
図１２に示すように、イメージング装置１００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１と、テラヘルツ波発生装置１から出射し、対象物１５０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１１と、テラヘルツ波検出装置１１の検出結果に基づいて、対象物１５０の画像、すなわち、画像データを生成する画像形成部１２とを備えている。なお、テラヘルツ波発生置１については、その説明を省略する。
【００９３】
また、図１３に示すように、テラヘルツ波検出装置１１としては、例えば、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルター１５と、フィルター１５を通過した目的の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部１７とを備えたものを用いる。また、検出部１７としては、例えば、テラヘルツ波を熱に変換して検出するもの、すなわち、テラヘルツ波を熱に変換し、そのテラヘルツ波のエネルギー（強度）を検出し得るものを用いる。
このような検出部としては、例えば、焦電センサー、ボロメーター等が挙げられる。なお、テラヘルツ波検出装置１１としては、前述の構成のものに限定されないことは、言うまでもない。
【００９４】
また、フィルター１５は、２次元的に配置された複数の画素（単位フィルター部）１６を有している。すなわち、各画素１６は、行列状に配置されている。
【００９５】
また、各画素１６は、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、通過させるテラヘルツ波の波長（以下、「通過波長」とも言う）が互いに異なる複数の領域を有している。なお、図示の構成では、各画素１６は、第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を有している。
【００９６】
また、検出部１７は、フィルター１５の各画素１６の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部１７１、第２の単位検出部１７２、第３の単位検出部１７３および第４の単位検出部１７４を有している。各第１の単位検出部１７１、各第２の単位検出部１７２、各第３の単位検出部１７３および各第４の単位検出部１７４は、それぞれ、各画素１６の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素１６のそれぞれにおいて、４つの目的の波長のテラヘルツ波をそれぞれ確実に検出することができる。
【００９７】
次に、イメージング装置１００の使用例について説明する。
まず、図１５に示すように、分光イメージングの対象となる対象物１５０は、３つの物質Ａ、Ｂ、およびＣで構成されている。イメージング装置１００は、この対象物１５０の分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出装置１は、対象物１５０を反射したテラヘルツ波を検出することとする。
【００９８】
次に、図１３に示すテラヘルツ波検出装置１のフィルター１５の各画素１６においては、第１の領域１６１および第２の領域１６２を使用する。
また、第１の領域１６１の通過波長をλ１、第２の領域１６２の通過波長をλ２とし、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度をα１、波長λ２の成分の強度をα２としたとき、その強度α２と強度α１の差分（α２−α１）が、物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとで、互いに顕著に区別できるように、第１の領域１６１の通過波長λ１および第２の領域１６２の通過波長λ２が設定されている。
【００９９】
図１４に示すように、物質Ａにおいては、対象物１５０で反射したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と波長λ１の成分の強度α１の差分（α２−α１）は、正値となる。
また、物質Ｂにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、零となる。
また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１の差分（α２−α１）は、負値となる。
【０１００】
イメージング装置１００により、対象物１５０の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１５０に照射する。そして、対象物１５０で反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１１で、強度α１および強度α２として検出する。この検出結果は、画像形成部１２に送出される。なお、この対象物１５０へのテラヘルツ波の照射および対象物１５０で反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１５０の全体に対して行う。
【０１０１】
画像形成部１２においては、前述の検出結果に基づいて、フィルター１５の第２の領域１６２を通過したテラヘルツ波の波長λ２の成分の強度α２と、第１の領域１６１を通過したテラヘルツ波の波長λ１の成分の強度α１との差分（α２−α１）を求める。そして、対象物１５０のうち、求めた差分が正値となる部位を物質Ａ、求めた差分が零となる部位を物質Ｂ、求めた差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。
【０１０２】
また、画像形成部１２では、図１５に示すように、対象物１５０の物質Ａ、Ｂ、およびＣの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは、画像形成部１２から図示しないモニターに送出され、そのモニターにおいて、対象物１５０の物質Ａ、Ｂ、およびＣの分布を示す画像が表示される。この場合、例えば、対象物１５０の物質Ａの分布する領域は黒色、物質Ｂの分布する領域は灰色、物質Ｃの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置１００では、以上のように、対象物１５０を構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。
【０１０３】
なお、イメージング装置１００の用途は、上記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像形成部１２において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。
【０１０４】
＜計測装置の実施形態＞
図１６は、本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
以下、計測装置の実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０５】
図１６に示すように、計測装置２００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１と、テラヘルツ波発生装置１から出射し、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１１と、テラヘルツ波検出装置１１の検出結果に基づいて、対象物１６０を計測する計測部１３とを備えている。
【０１０６】
次に、計測装置２００の使用例について説明する。
計測装置２００により、対象物１６０の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１６０に照射する。そして、対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１１で検出する。この検出結果は、計測部１３に送出される。なお、この対象物１６０へのテラヘルツ波の照射および対象物１６０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１６０の全体に対して行う。
【０１０７】
計測部１３においては、前述の検出結果から、フィルター１５の第１の領域１６１、第２の領域１６２、第３の領域１６３および第４の領域１６４を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物１６０の成分およびその分布の分析等を行う。
【０１０８】
＜カメラの実施形態＞
図１７は、本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。
以下、カメラの実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１７に示すように、カメラ３００は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置１と、テラヘルツ波発生装置１から出射し、対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置１１とを備えている。
【０１０９】
次に、カメラ３００の使用例について説明する。
カメラ３００により、対象物１７０を撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生装置１により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物１７０に照射する。そして、対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置１１で検出する。この検出結果は、記憶部１４に送出され、記憶される。なお、この対象物１７０へのテラヘルツ波の照射および対象物１７０を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物１７０の全体に対して行う。
また、前述した検出結果は、例えば、パーソナルコンピューター等の外部装置に送信することもできる。パーソナルコンピューターでは、検出結果に基づいて、各処理を行うことができる。
【０１１０】
以上、本発明のアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を、図示の一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１１１】
また、本発明は、各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【０１１２】
また、上記実施形態では、第１不純物含有半導体層をｎ型半導体層とし、第２不純物含有半導体層をｐ型半導体層としたが、本発明では、これに限定されず、第１不純物含有半導体層をｐ型半導体層とし、第２不純物含有半導体層をｎ型半導体層としてもよい。
【０１１３】
また、本発明では、光源装置において、光パルス発生部が別体になっていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明で実現された高性能なアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を用いれば、高感度の分析装置に応用することができ、例えば薬剤製造における品質検査の検査装置に利用できる。また、分子結合状態を高感度に検知できるというテラヘルツ波の特性から、高分子物質の分析、例えば、たんぱく質等の高感度なイメージング装置や分析計測装置に利用できる。したがって、医療分野への応用が期待され、その発展に大きく貢献するものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１…テラヘルツ波発生装置  ２…アンテナ  ３…光源装置  ４…光パルス発生部  ５…第１のパルス圧縮部  ６…増幅部  ７…第２のパルス圧縮部  １１…テラヘルツ波検出装置  １２…画像形成部  １３…計測部  １４…記憶部  １５…フィルター  １６…画素  １７…検出部  １８…電源装置  ２０…アンテナ本体  ２２…ｎ型半導体層  ２３…ｐ型半導体層  ２４…高抵抗基板  ２５…間隙  ２６…ｉ型半導体層  ２８、２９…電極  ３０…回折格子  ３１…基板  ３２、３５…クラッド層  ３３…活性層  ３４…導波路構成プロセス用エッチングストップ層  ３６…コンタクト層  ３７…絶縁層  ３８、３９１〜３９５…電極  ８１、８２、８３、８５…レジスト層  ８４…金属層  １００…イメージング装置  １５０、１６０、１７０…対象物  １６１…第１の領域  １６２…第２の領域  １６３…第３の領域  １６４…第４の領域  １７１…第１の単位検出部  １７２…第２の単位検出部  １７３…第３の単位検出部  １７４…第４の単位検出部  ２００…計測装置  ２２１…ｎ型半導体層の上面  ２２２…ｎ型半導体層の下面  ２２３…ｎ型半導体層の突出部  ２２４…ｎ型半導体層の帯状部  ２２５…パット部  ２２６ａ…ｎ型半導体層の低濃度領域  ２２６ｂ…ｎ型半導体層の高濃度領域  ２２７…ｎ型半導体層の一方の側面  ２３１…ｐ型半導体層の上面  ２３２…ｐ型半導体層の下面  ２３３…ｐ型半導体層の突出部  ２３４…ｐ型半導体層の帯状部  ２３５…パット部  ２３６ａ…ｐ型半導体層の低濃度領域２３６ｂ…ｐ型半導体層の高濃度領域  ２３７…ｐ型半導体層の一方の側面  ２６１…ｉ型半導体層の上面  ２６２…ｉ型半導体層の下面  ２６３…間隙の電界  ２６４…ｉ型半導体層の膜内部  ２６５…高抵抗基板の溝  ３００…カメラ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005987346.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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