(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光伝導アンテナであって、
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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記半導体層は、前記積層方向から見たとき、前記半導体層の幅Ｗが前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面から前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に向うに従って漸増する部位を有することを特徴とする光伝導アンテナ。
【請求項２】
前記第２導電層は、前記積層方向と交差する法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けられている請求項１に記載の光伝導アンテナ。
【請求項３】
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光伝導アンテナであって、
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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記第２導電層は、前記積層方向と交差する法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けられていることを特徴とする光伝導アンテナ。
【請求項４】
前記半導体層は、長手形状をなしている請求項１ないし３のいずれかに記載の光伝導アンテナ。
【請求項５】
前記積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面を覆う被覆層を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の光伝導アンテナ。
【請求項６】
前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に前記被覆層が設けられており、該出射面に設けられた前記被覆層の構成材料の比誘電率は、前記半導体層の前記半導体材料の比誘電率よりも高い請求項５に記載の光伝導アンテナ。
【請求項７】
前記半導体層の半導体材料は、III−Ｖ属化合物半導体である請求項１ないし６のいずれかに記載の光伝導アンテナ。
【請求項８】
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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記半導体層は、前記積層方向から見たとき、前記半導体層の幅Ｗが前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面から前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に向うに従って漸増する部位を有することを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項９】
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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記第２導電層は、前記積層方向と交差する法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けら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１０】
基板を有し、
前記光源および前記光伝導アンテナは、それぞれ、前記基板上に該基板と一体的に形成されたものである請求項８または９に記載の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部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、対象物にて反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記半導体層は、前記積層方向から見たとき、前記半導体層の幅Ｗが前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面から前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に向うに従って漸増する部位を有す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部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、対象物にて反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記第２導電層は、前記積層方向と交差する法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けられていることを特徴とするカメラ。
【請求項１３】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、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部と、
前記テラヘルツ波検出部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部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記半導体層は、前記積層方向から見たとき、前記半導体層の幅Ｗが前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面から前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に向うに従って漸増する部位を有することを特徴とするイメージング装置。
【請求項１４】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、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部と、
前記テラヘルツ波検出部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部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記第２導電層は、前記積層方向と交差する法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けられていることを特徴とするイメージング装置。
【請求項１５】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、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部と、
前記テラヘルツ波検出部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部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記半導体層は、前記積層方向から見たとき、前記半導体層の幅Ｗが前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面から前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に向うに従って漸増する部位を有することを特徴とする計測装置。
【請求項１６】
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、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部と、
前記テラヘルツ波検出部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部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向と交差する法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射し、
前記第２導電層は、前記積層方向と交差する法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記パルス光が入射する入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けら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、光伝導アンテナ、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光伝導アンテナとを有している。
【０００３】
前記光伝導アンテナとしては、例えば、特許文献１に、ｎ型半導体層と、ｉ型半導体層と、ｐ型半導体層とがこの順序で積層された積層体（ｐｉｎ構造）を有するテラヘルツ波発生素子（光伝導アンテナ）が開示されている。この光伝導アンテナでは、ｐ型半導体層上に設けられた電極に形成された開口を介してｐ型半導体層に光パルスが照射されると、ｉ型半導体層の側面全体から放射状にテラヘルツ波が出射する。
【０００４】
前記特許文献１に記載の光伝導アンテナでは、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伝導アンテナ（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に記載の光伝導アンテナでは、光パルスをｐ型半導体層に照射し、そのｐ型半導体層を透過した光パルスがｉ型半導体層に入射するので、ｐ型半導体層で光パルスの一部が吸収されてしまい、これにより、テラヘルツ波の発生効率を低下させるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０００２２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、従来よりも効率良くテラヘルツ波を発生することができる光伝導アンテナ、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】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光伝導アンテナは、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光伝導アンテナであって、
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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向に垂直な法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射することを特徴とする。
【０００８】
これにより、光パルス（パルス光）が第１不純物含有半導体層や第２不純物含有半導体層を介することなく、直接、半導体層に入射するので、光パルスが第１不純物含有半導体層や第２不純物含有半導体層で吸収されてしまうことを防止することができ、効率良くテラヘルツ波を発生することができる。
また、この光伝導アンテナと光パルスを発生する光源とを基板上にその基板と一体的に形成してテラヘルツ波発生装置を製造することができ、これにより、テラヘルツ波発生装置の小型化を図ることができる。また、光源と光伝導アンテナとの位置合わせを、その光源と光伝導アンテナとを基板上に形成する際に行うことができ、これによって、テラヘルツ波発生装置を容易に製造することができる。
【０００９】
本発明の光伝導アンテナでは、前記半導体層は、長手形状をなしていることが好ましい。
これにより、半導体層により、その半導体層の長手方向に沿ってテラヘルツ波を導くことができ、これによって、指向性を有するテラヘルツ波を発生することができる。
本発明の光伝導アンテナでは、前記半導体層は、前記積層方向から見たとき、前記半導体層の幅Ｗが前記半導体層の前記光パルスが入射する入射面から前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に向うに従って漸増する部位を有することが好ましい。
これにより、半導体層によりテラヘルツ波を効率良く導くことができる。
【００１０】
本発明の光伝導アンテナでは、前記第２導電層は、前記積層方向に垂直な法線を有する前記第２導電層の面と前記半導体層の前記入射面とが同一平面上に位置し、かつ、前記半導体層上の一部のみに設けられていることが好ましい。
これにより、半導体層の入射面側の一部のみでテラへルツが発生するので、半導体層内でのテラへルツ波同士の干渉を抑制することができる。
【００１１】
本発明の光伝導アンテナでは、前記積層方向に垂直な法線を有する前記半導体層の面を覆う被覆層を有することが好ましい。
これにより、半導体層の腐食を防止することができる。
本発明の光伝導アンテナでは、前記半導体層のテラヘルツ波が出射する出射面に前記被覆層が設けられており、該出射面に設けられた前記被覆層の構成材料の比誘電率は、前記半導体層の前記半導体材料の比誘電率よりも高いことが好ましい。
これにより、テラヘルツ波は、誘電率のより高い物質中を進もうとする性質を有しているので、半導体層で発生したテラヘルツ波がその半導体層の出射面から確実に出射することができる。
本発明の光伝導アンテナでは、前記半導体材料は、III−Ｖ属化合物半導体であることが好ましい。
これにより、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００１２】
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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向に垂直な法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射することを特徴とする。
これにより、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。
【００１３】
本発明のテラヘルツ波発生装置では、基板を有し、
前記光源および前記光伝導アンテナは、それぞれ、前記基板上に該基板と一体的に形成されたものであることが好ましい。
これにより、テラヘルツ波発生装置の小型化を図ることができる。また、光源と光伝導アンテナとの位置合わせを、その光源と光伝導アンテナとを基板上に形成する際に行うことができ、これによって、テラヘルツ波発生装置を容易に製造することができる。
【００１４】
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部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、対象物にて反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向に垂直な法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射することを特徴とする。
これにより、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。
【００１５】
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部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、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部と、
前記テラヘルツ波検出部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部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向に垂直な法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射することを特徴とする。
これにより、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。
【００１６】
本発明の計測装置では、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部と、
前記テラヘルツ波発生部から出射し、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部と、
前記テラヘルツ波検出部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部は、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光伝導アンテナと、を備え、
前記光伝導アンテナは、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導電層と、
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導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に挟まれ、かつ前記第１導電層の半導体材料または前記第２導電層の半導体材料よりもキャリア濃度が低い半導体材料で構成された半導体層と、
前記第１導電層に電気的に接続する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接続する第２電極と、を備え、
前記第１導電層と前記半導体層と前記第２導電層との積層方向に垂直な法線を有する前記半導体層の面に、前記パルス光が入射することを特徴とする。
これにより、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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のテラヘルツ波発生装置の第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光伝導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光源装置の断面斜視図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線での断面図である。
【図５】図３中のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図６】図１に示すテラヘルツ波発生装置の光伝導アンテナにおけるｉ型半導体層の他の構成例を示す平面図である。
【図７】本発明のテラヘルツ波発生装置の第２実施形態を示す図である。
【図８】本発明のテラヘルツ波発生装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】本発明のテラヘルツ波発生装置の第４実施形態を示す図である。
【図１０】本発明のテラヘルツ波発生装置の第５実施形態を示す断面図である。
【図１１】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１２】図１１に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出部を示す平面図である。
【図１３】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１４】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１５】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１６】本発明のカメラ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斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の光伝導アンテナ、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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第１実施形態を示す図である。この図１では、光伝導アンテナについては図２中のＳ−Ｓ線での断面図、光源装置についてはブロック図を示す。図２は、図１に示すテラヘルツ波発生装置の光伝導アンテナの平面図、図３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４は、図３中のＡ−Ａ線での断面図、図５は、図３中のＢ−Ｂ線での断面図、図６は、図１に示すテラヘルツ波発生装置の光伝導アンテナにおけるｉ型半導体層の他の構成例を示す平面図である。なお、以下では、図１、図３〜５中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
【００１９】
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光伝導アンテナ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。
図３〜図５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。
【００２０】
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。
【００２１】
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２００ｆ秒以下であることがより好ましい。
また、光源装置３から出射する光パルスの周波数は、後述する光伝導アンテナ２のｉ型半導体層２４のバンドギャップに対応する周波数以上に設定される。
【００２２】
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、１ｐ秒以上１００ｐ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。
【００２３】
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２のパルス圧縮部７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。
【００２４】
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は、活性層の直上に限らず、例えば、クラッド層の中に設けられていてもよい。
【００２５】
なお、各部の構成材料は、特に限定されないが、一例として、基板３１、コンタクト層３６としては、それぞれ、例えば、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、それぞれ、例えば、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、例えば、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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３９５は、それぞれ、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の共通の電極である。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。
【００２９】
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。
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。
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。
【００３０】
次に、光伝導アンテナ２について説明する。
図１および図２に示すように、光伝導アンテナ２は、基板２１と、基板２１上に設けられた光伝導アンテナ本体２０とを有している。
基板２１としては、光伝導アンテナ本体２０を支持できるものであれば、特に限定されず、例えば、各種の半導体材料で構成された半導体基板、各種の樹脂材料で構成された樹脂基板、各種のガラス材料で構成されたガラス基板等を用いることができるが、半導体基板が好ましい。また、基板２１として半導体基板を用いる場合、そ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、III−Ｖ属化合物半導体が好ましい。また、III−Ｖ属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。
【００３１】
また、基板２１の形状は、図示の構成では、後述するｎ型半導体層２２とｉ型半導体層２４とｐ型半導体層２３との積層方向から見たとき、四角形をなしている。なお、基板２１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、「ｎ型半導体層２２とｉ型半導体層２４とｐ型半導体層２３との積層方向から見たとき」を、「平面視」とも言う。また、「ｎ型半導体層２２とｉ型半導体層２４とｐ型半導体層２３との積層方向」を、単に、「積層方向」とも言う。
【００３２】
光伝導アンテナ本体２０は、ｎ型半導体層（第１導電層）２２と、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を導く機能を有するｉ型半導体層（半導体層）２４と、ｐ型半導体層（第２導電層）２３と、絶縁層２５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。
この場合、基板２１上に、ｎ型半導体層２２と、ｉ型半導体層２４と、ｐ型半導体層２３とが、基板２１側からこの順序で積層されている（設けられている）。すなわち、基板２１上には、ｎ型半導体層２２と、ｉ型半導体層２４と、ｐ型半導体層２３とが基板２１側からこの順序で積層された積層体（ｐｉｎ構造）が形成されている。さらに換言すれば、ｉ型半導体層２４は、ｎ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２３との間に挟まれて形成されている。
【００３３】
そして、ｉ型半導体層２４のｎ型半導体層２２とｐ型半導体層２３との間に露出する面（すなわち積層体の側面におけるｉ型半導体層２４の部分）のうち、図１中の左側の端面が、光パルスが入射する入射面２４１を構成し、図１中の右側の端面が、そのｉ型半導体層２４で発生したテラへルツ波が出射する出射面２４２を構成する。すなわち、積層方向に垂直な法線を有するｉ型半導体層２４の面（側面）の少なくとも一部は光パルスを透過し、積層方向に垂直な法線を有するｉ型半導体層２４の面の少なくとも一部はｉ型半導体層２４にて発生したテラヘルツ光を透過する、といえる。これにより、光パルスがｎ型半導体層２２やｐ型半導体層２３を通過することなく、直接、ｉ型半導体層２４に入射するので、光パルスがｎ型半導体層２２やｐ型半導体層２３で吸収されてしまうことを防止することができ、効率良くテラヘルツ波を発生することができる。
【００３４】
また、絶縁層２５は、基板２１上と、ｎ型半導体層２２上のｉ型半導体層２４が設けられていない部位とに設けられている。また、ｎ型半導体層２２上の絶縁層２５の一部には、開口２５１が形成されている。
また、電極２８は、絶縁層２５上に設けられており、開口２５１を介して、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。
【００３５】
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。この電極２９は、ｐ型半導体層２３の略全体に設けられており、ｉ型半導体層２４で発生したテラヘルツ波を反射させる反射層を兼ねている。これにより、ｐ型半導体層２３の上面から外部に漏れるテラヘルツ波をｉ型半導体層２４側（積層体内部の側へ）反射することができ、テラヘルツ波を効率良く導くことができる。
【００３６】
ここで、ｉ型半導体層２４の形状は、特に限定されないが、長手形状をなしていることが好ましい。ここで、長手形状とは、平面視において一方の方向の長さよりも、一方の方向に直交する他方の方向の長さが大きい形状を指す。そして、この条件を満たせば、形状は長方形に限定されない。これにより、ｉ型半導体層２４により、そのｉ型半導体層２４の長手方向に沿ってテラヘルツ波を導くことができ、これによって、指向性を有し、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００３７】
図示の構成では、ｉ型半導体層２４は、長手形状、具体的には、平面視で、扇形の中心側の部分（扇形の外形を構成する２つの直線の交点を含む部分）を除いたような形状をなしている。すなわち、ｉ型半導体層２４の入射面２４１は、平面であり、出射面２４２は、湾曲した凸面（湾曲面）である。平面視では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１の形状は、直線状をなし、出射面２４２の形状は、円弧状（曲線状）をなしている。また、平面視で、ｉ型半導体層２４の幅Ｗは、入射面２４１側から出射面２４２側に向って漸増している。なお、ｉ型半導体層２４の幅Ｗに直交する長手方向の長さＬ１は、ｉ型半導体層２４の幅Ｗの最大幅よりも大きい。これにより、ｉ型半導体層２４によりテラヘルツ波を効率良く導くことができる。
なお、ｉ型半導体層２４は、その一部のみが幅Ｗが入射面２４１側から出射面２４２側に向って漸増してもよい。すなわち、ｉ型半導体層２４は、平面視で、幅Ｗが入射面２４１側から出射面２４２側に向って漸増する部位を有していればよい。
【００３８】
また、ｉ型半導体層２４の寸法は、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、ｉ型半導体層２４の長手方向の長さＬ１は、３０μｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。また、ｉ型半導体層２４の図示の角度（中心角）θは、５°以上１７０°以下であることが好ましく、１０°以上９０°以下であることがより好ましい。
【００３９】
また、ｎ型半導体層２２およびｐ型半導体層２３の形状は、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、ｎ型半導体層２２は、平面視で、ｉ型半導体層２４およびｐ型半導体層２３を包含するように形成されている。また、ｉ型半導体層２４とｐ型半導体層２３とは、平面視で同一形状をなしている。このように、平面視で、ｎ型半導体層２２およびｐ型半導体層２３が、ｉ型半導体層２４と同一形状またはｉ型半導体層２４を包含するように形成することにより、平面視で、ｉ型半導体層２４の略全体でテラヘルツ波が発生するので、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００４０】
前記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１×１０２５／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。
【００４１】
また、ｎ型半導体層２２の厚さｄ１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４ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。
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１×１０２５／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。
【００４２】
また、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、１μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。
また、ｉ型半導体層２４は、半導体材料で構成されている。このｉ型半導体層２４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、ｐ型不純物やｎ型不純物を少量含んでいてもよい。換言すると、ｉ型半導体層２４は、ｎ型不純物を含む場合は、ｎ型半導体層２２よりもキャリア濃度が低いといえ、また、ｐ型不純物を含む場合は、ｐ型半導体層２３よりもキャリア濃度が低いといえる。なお、ｉ型半導体層２４は、ｎ型不純物、ｐ型不純物のいずれを含む場合でもｎ型半導体層２２およびｐ型半導体層２３よりもキャリア濃度が低いことが好ましい。
【００４３】
具体的には、ｉ型半導体層２４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。
また、ｉ型半導体層２４の厚さｄ３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４ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。
【００４４】
ｉ型半導体層２４の厚さｄ３が、前記下限値未満であると、他の条件によってはｉ型半導体層２４の形成が困難であり、また、前記上限値を超えると、他の条件によっては耐電圧が不十分となり、ｉ型半導体層２４内に大きい電界強度の電界を形成できず、これにより高い強度のテラヘルツ波を発生することができない。
なお、ｐ型半導体層２３、ｎ型半導体層２２、ｉ型半導体層２４の半導体材料としては、それぞれ、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、III−Ｖ属化合物半導体が好ましい。また、III−Ｖ属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。
【００４５】
また、絶縁層２５の構成材料としては、絶縁性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、フッ素系樹脂、ポリイミド、ボラジン系化合物、水酸化シロキサン、ベンゾシクロブテン、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等が挙げられる。
なお、電極２８および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、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。
【００４６】
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、光パルスを発生する。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。
【００４７】
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。
【００４８】
光源装置３から出射した光パルスは、光伝導アンテナ２の側方からｉ型半導体層２４の入射面２４１に照射され、その入射面２４１からｉ型半導体層２４内に入射し、ｉ型半導体層２４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２４により導かれ、そのｉ型半導体層２４内を出射面２４２側に向って進む。また、ｉ型半導体層２４内を進むテラヘルツ波のうち、ｐ型半導体層２３を通過したテラヘルツ波は、電極２９で反射し、ｐ型半導体層２３の上面から漏れてしまうことが防止され、これによりテラヘルツ波を効率良く導くことができる。そして、出射面２４２から、ｉ型半導体層２４の長手方向に指向性を有するテラヘルツ波が出射する。
【００４９】
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、光パルスがｎ型半導体層２２やｐ型半導体層２３を介することなく、直接、ｉ型半導体層２４に入射するので、光パルスがｎ型半導体層２２やｐ型半導体層２３で一部吸収されてしまうことを防止することができ、効率良く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２４で発生したテラヘルツ波がそのｉ型半導体層２４により所定の方向に導かれ、これによって、指向性を有するテラヘルツ波を発生することができる。
【００５０】
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。
なお、光伝導アンテナ２のｉ型半導体層２４の形状は、前述したものには限定されず、その他、例えば、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示すもの等が挙げられる。
【００５１】
図６（ａ）に示すｉ型半導体層２４では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１は、湾曲した凹面（湾曲面）であり、出射面２４２は、湾曲した凸面（湾曲面）である。平面視では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１の形状および出射面２４２の形状は、それぞれ、円弧状（曲線状）をなしている。なお、入射面２４１の曲率半径と、出射面２４２の曲率半径とは、同一であってもよく、また、異なっていてもよい。
【００５２】
図６（ｂ）に示すｉ型半導体層２４では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１および出射面２４２は、それぞれ、湾曲した凸面（湾曲面）である。平面視では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１の形状および出射面２４２の形状は、それぞれ、円弧状（曲線状）をなしている。なお、入射面２４１の曲率半径と、出射面２４２の曲率半径とは、同一であってもよく、また、異なっていてもよい。
【００５３】
図６（ｃ）に示すｉ型半導体層２４では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１および出射面２４２は、それぞれ、平面である。平面視では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１の形状および出射面２４２の形状は、直線状をなしている。すなわち、ｉ型半導体層２４は、平面視で、台形であると言い換えることができる。
図６（ｄ）に示すｉ型半導体層２４では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１は、湾曲した凹面（湾曲面）であり、出射面２４２は、平面である。平面視では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１の形状は、円弧状（曲線状）をなし、出射面２４２の形状は、直線状をなしている。
図６（ｅ）に示すｉ型半導体層２４では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１は、湾曲した凸面（湾曲面）であり、出射面２４２は、平面である。平面視では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１の形状は、円弧状（曲線状）をなし、出射面２４２の形状は、直線状をなしている。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第２実施形態を示す図である。この図７では、光伝導アンテナについては断面図、光源装置についてはブロック図を示す。なお、以下では、図７中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
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。
【００５５】
図７に示すように、第２実施形態のテラヘルツ波発生装置１では、光伝導アンテナ２のｐ型半導体層２３は、ｉ型半導体層２４上の入射面２４１側の一部のみに設けられている。図示の構成では、ｉ型半導体層２４の入射面２４１と、ｐ型半導体層２３の入射面側の端面（側面、すなわち積層方向に垂直な法線を有する面）とが一致（同一平面上に位置）し、ｐ型半導体層２３の長さ（Ｌ１と同方向の長さ）Ｌ２は、ｉ型半導体層２４の長手方向の長さＬ１よりも短く設定されている。
【００５６】
これにより、ｉ型半導体層２４の入射面２４１側の一部のみでテラへルツが発生するので、ｉ型半導体層２４内の複数の領域において発生したテラへルツ波同士の干渉を抑制することができる。
また、ｐ型半導体層２３の寸法は、ｉ型半導体層２４よりも小さければ特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、ｐ型半導体層２３の長さＬ２は、１μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。また、Ｌ２／Ｌ１は、０．０００３３以上０．６６７以下であることが好ましく、０．００１以上０．１以下であることがより好ましい。
【００５７】
また、ｉ型半導体層２４上のｐ型半導体層２３が設けられていない部位と、電極２９との間、すなわち、ｉ型半導体層２４上のｐ型半導体層２３よりも出射面２４２側には、ｐ型半導体層２３に連続して絶縁層２６が設けられている。この絶縁層２６の構成材料としては、絶縁性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、前述した絶縁層２５と同様のものを用いることができる。
このテラヘルツ波発生装置１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。
【００５８】
＜第３実施形態＞
図８は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第３実施形態を示す図である。この図８では、光伝導アンテナについては断面図、光源装置についてはブロック図を示す。なお、以下では、図８中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
以下、第３実施形態について、前述した第２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。
【００５９】
図８に示すように、第３実施形態のテラヘルツ波発生装置１では、光伝導アンテナ２は、被覆層２７を有している。この被覆層２７は、積層体の側面におけるｉ型半導体層２４の部分、すなわち、積層方向に対して垂直な法線を有するｉ型半導体層２４の表面を覆っている。なお、被覆層２７は、ｉ型半導体層２４のｎ型半導体層２２とｐ型半導体層２３との間において露出する面全体を覆っている。これにより、ｉ型半導体層２４が封止され、ｉ型半導体層２４の腐食等を防止することができる。
【００６０】
また、被覆層２７の厚さｄ４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１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましく、特に、ｉ型半導体層２４の入射面２４１に設けられている被覆層２７の厚さｄ４は、１ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることがより好ましい。
これにより、入射面２４１へ入射する光パルスの被覆層２７での吸収を抑制しつつ、ｉ型半導体層２４を確実に封止することができる。
【００６１】
被覆層２７の構成材料としては、ｉ型半導体層２４を封止できる材料であれば特に限定されないが、被覆層２７の構成材料の比誘電率（誘電率）は、ｉ型半導体層２４を構成する半導体材料の比誘電率よりも低いことが好ましい。テラヘルツ波は、誘電率のより高い物質中を進もうとする性質を有しているので、これにより、ｉ型半導体層２４によりテラヘルツ波を効率良く導くことができる。
また、被覆層２７の構成材料の比誘電率は、２０以下であることが好ましく、２以上１０以下であることがより好ましい。
【００６２】
このような被覆層２７の構成材料（低誘電率材料）としては、例えば、ポリイミド（比誘電率：３）、ボラジン系化合物（比誘電率：２．３）、ＳｉＮ（比誘電率：７）、ＳｉＯ２（比誘電率：４）、水酸化シロキサン（比誘電率：３）、ベンゾシクロブテン（比誘電率：２．７）、フッ素系樹脂（比誘電率：２．７）等が挙げられる。
このテラヘルツ波発生装置１によれば、前述した第２実施形態と同様の効果も得られる。
なお、この第３実施形態は、前記第１実施形態にも適用することができる。
【００６３】
＜第４実施形態＞
図９は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第４実施形態を示す図である。この図９では、光伝導アンテナについては断面図、光源装置についてはブロック図を示す。なお、以下では、図９中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
以下、第４実施形態について、前述した第３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。
【００６４】
図９に示すように、第４実施形態のテラヘルツ波発生装置１では、被覆層２７のうち、ｉ型半導体層２４の出射面２４２に設けられた被覆層２７ａの構成材料の比誘電率（誘電率）は、ｉ型半導体層２４を構成する半導体材料の比誘電率よりも高い。
これにより、テラヘルツ波は、誘電率のより高い物質中を進もうとする性質を有しているので、ｉ型半導体層２４で発生したテラヘルツ波がそのｉ型半導体層２４の出射面２４２から確実に出射することができ、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
【００６５】
また、被覆層２７ａの厚さｄ５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１ｍｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
これにより、ｉ型半導体層２４で発生したテラヘルツ波を出射面２４２からより確実に出射させることができる。
【００６６】
また、被覆層２７ａの構成材料としては、その比誘電率がｉ型半導体層２４を構成する半導体材料の比誘電率よりも高い材料、すなわち誘電体材料であれば特に限定されないが、被覆層２７ａを構成する誘電体材料の比誘電率は、２０以上であることが好ましく、３０以上２００以下であることがより好ましい。
このような誘電体材料（高誘電率材料）としては、例えば、窒素添加ハフニウムアルミネート（比誘電率：２０）、酸化ハフニウム（比誘電率：２３）、酸化イットリウム（比誘電率：２５）、酸化ランタン（比誘電率：２７）、五酸化ニオブ（比誘電率：４１）、二酸化チタン（ルチル）（比誘電率：８０）、酸化チタン（比誘電率：１６０）等が挙げられる。
【００６７】
なお、被覆層２７ａ以外の被覆層２７については、前述した第３実施形態と同様であるのでその説明は省略する。
このテラヘルツ波発生装置１によれば、前述した第３実施形態と同様の効果も得られる。
なお、この第４実施形態は、前記第１実施形態にも適用することができる。
【００６８】
＜第５実施形態＞
図１０は、本発明のテラヘルツ波発生装置の第５実施形態を示す断面図である。なお、以下では、図１０中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
以下、第５実施形態について、前述した第４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。
【００６９】
図１０に示すように、第５実施形態のテラヘルツ波発生装置１では、基板２１上に、光源装置３および光伝導アンテナ２がそれぞれ設けられている。この光源装置３および光伝導アンテナ２は、それぞれ、基板２１上にその基板２１と一体的に形成されたものである。すなわち、光源装置３と光伝導アンテナ２とがモノリシック化されている。
また、このテラヘルツ波発生装置１では、光源装置３と光伝導アンテナ２との位置合わせは、光源装置３と光伝導アンテナ２とを基板２１上に形成する際に、同時に行われるため、プロセス誤差範囲内での高い精度の位置合わせを行なうことができる。このため、光源装置３と光伝導アンテナ２とを別々に製造し、それらを位置合わせしつつ基台上に設置する場合に比べて、テラヘルツ波発生装置１を容易に製造することができる。
【００７０】
また、光源装置３と光伝導アンテナ２とがモノリシック化されているので、テラヘルツ波発生装置１の小型化を図ることができる。
また、このテラヘルツ波発生装置１によれば、前述した第４実施形態と同様の効果も得られる。
なお、この第５実施形態は、前記第１〜第３実施形態にも適用することができる。
【００７１】
＜イメージング装置の実施形態＞
図１１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１２は、図１１に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出部を示す平面図、図１３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１４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。
【００７２】
図１１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部９と、テラヘルツ波発生部９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部１１と、テラヘルツ波検出部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、テラヘルツ波発生部９については、前述のテラヘルツ波発生装置１と同様であり、その説明を省略する。
【００７３】
また、テラヘルツ波検出部１１としては、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を通過した前記目的の波長のテラヘルツ波を検出する検出部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、テラヘルツ波検出部１１としては、前記の構成のものに限定されないことは、言うまでもない。
【００７４】
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。
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、分光イメージングの対象となる対象物１５０が、３つの物質Ａ、ＢおよびＣで構成されているとする。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、テラヘルツ波検出部１１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。
【００７７】
テラヘルツ波検出部１１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、前記第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。
【００７８】
図１３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。
【００７９】
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、テラヘルツ波発生部９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部１１で、α１および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。
【００８０】
画像形成部１２においては、前記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の差分（α２−α１）を求める。そして、対象物１５０のうち、前記差分が正値となる部位を物質Ａ、前記差分が零となる部位を物質Ｂ、前記差分が負値となる部位を物質Ｃと判断し、特定する。
【００８１】
また、画像形成部１２では、図１４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、その各物質の分布測定とを同時に行うことができる。
なお、イメージング装置１００の用途は、前記のものに限らず、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。
【００８２】
＜計測装置の実施形態＞
図１５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。
図１５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部９と、テラヘルツ波発生部９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部１１と、テラヘルツ波検出部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。
【００８３】
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、テラヘルツ波発生部９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部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。
計測部１３においては、前記検出結果から、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。
【００８４】
＜カメラの実施形態＞
図１６は、本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。また、図１７に本発明のカメラの実施形態を示す概略斜視図を示す。
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。
【００８５】
図１６および図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部９と、テラヘルツ波発生部９から出射し、対象物１７０にて反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１と、記憶部１４とを備えている。そして、これらの各部はカメラ３００の筐体３１０に収められている。また、カメラ３００は、対象物１７０にて反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１に収束（結像）させるレンズ（光学系）３２０と、テラヘルツ波発生部９にて発生したテラヘルツ波を筐体３１０の外部へ出射させるための窓部３３０を備える。レンズ３２０や窓部３３０はテラヘルツ波を透過・屈折させるシリコン、石英、ポリエチレンなどの部材によって構成されている。なお、窓部３３０は、スリットのように単に開口が設けられている構成としても良い。
【００８６】
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、テラヘルツ波発生部９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にて反射したテラヘルツ波をレンズ３２０によってテラヘルツ波検出部１１に収束（結像させて）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にて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、前記検出結果は、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、前記検出結果に基づいて、各処理を行うことができる。
【００８７】
以上、本発明の光伝導アンテナ、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。
また、本発明は、前記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。
また、前記実施形態では、第１導電層をｎ型半導体層とし、第２導電層を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導電層をｐ型半導体層とし、第２導電層をｎ型半導体層としてもよい。
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。
【符号の説明】
【００８８】
１…テラヘルツ波発生装置  ２…光伝導アンテナ  ２０…光伝導アンテナ本体  ２１…基板  ２２…ｎ型半導体層  ２３…ｐ型半導体層  ２４…ｉ型半導体層  ２４１…入射面  ２４２…出射面  ２５、２６…絶縁層  ２５１…開口  ２７、２７ａ…被覆層  ２８、２９…電極  ３…光源装置  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  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  ９…テラヘルツ波発生部  １１…テラヘルツ波検出部  １２…画像形成部  １３…計測部  １４…記憶部  １５…フィルター  １６…画素  １６１…第１の領域  １６２…第２の領域  １６３…第３の領域  １６４…第４の領域  １７…検出部  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  １８…電源装置  １００…イメージング装置  １５０、１６０、１７０…対象物  ２００…計測装置  ３００…カメラ  ３１０…筐体  ３２０…レンズ  ３３０…窓部
【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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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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