(57)【要約】【課題】テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるようにする。【解決手段】テラヘルツ光発生器を、テラヘルツ光を透過する光透過性基板１と、光透過性基板１の第１の面に形成され、可視光を発光する発光素子２と、光透過性基板２の第２の面に形成され、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子３とを備えるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ光を透過する光透過性基板と、
前記光透過性基板の第１の面に形成され、可視光を発光する発光素子と、
前記光透過性基板の第２の面に形成され、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子とを備えることを特徴とするテラヘルツ光発生器。
【請求項２】
前記発光素子と前記光伝導性アンテナ素子とは、前記可視光の光軸と前記テラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するように設けられていることを特徴とする、請求項１記載のテラヘルツ光発生器。
【請求項３】
前記発光素子は、前記テラヘルツ光が放射される領域に開口部を有する円環状発光素子であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のテラヘルツ光発生器。
【請求項４】
前記可視光の発光点と前記テラヘルツ光の放射点との中点と放物面の焦点とが一致するように設けられた放物面鏡を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のテラヘルツ光発生器。
【請求項５】
前記発光素子は、前記テラヘルツ光が放射される領域以外の領域に設けられており、
前記可視光の光軸と前記テラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するように設けられた反射鏡を備えることを特徴とする、請求項１記載のテラヘルツ光発生器。
【請求項６】
テラヘルツ光を透過する光透過性基板の第１の面に、可視光を発光する発光素子を形成し、
前記光透過性基板の第２の面に、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子を形成することを特徴とするテラヘルツ光発生器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ光発生器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ光（ＴＨｚ光）は、周波数１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ、波長３０μｍ〜３ｍｍの領域に存在する電磁波であり、物質の測定、検査、イメージ化などに利用され始めている。
しかしながら、テラヘルツ光は、人間の目で見ることができず、また、テラヘルツ光を観察し得る簡便な観察ツールも存在しない。
【０００３】
このため、テラヘルツ光学系、例えばテラヘルツ時間領域分光法実験系を構築する場合、テラヘルツ光発生器、放物面鏡、テラヘルツ光検出器等のアライメントに手間を要していた。つまり、テラヘルツ光学系を構築する場合、実際にテラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整（微調整）を繰り返してアライメントを行なう必要があり、その作業に手間を要していた。
【０００４】
そこで、別途用意した可視光源からの可視光、あるいは、テラヘルツ光発生用フェムト秒レーザからのプローブ光を基準光として用い、その照射位置等を肉眼で直接的に観察しながらアライメントを行なうことが提案されている。
例えば、テラヘルツ光発生用フェムト秒レーザからのプローブ光を用いてテラヘルツ光学系のアライメントを行なう技術（第１の技術）がある。
【０００５】
この第１の技術では、まず、テラヘルツ光発生器とテラヘルツ光検出器との間に配置されたビームスプリッタでフェムト秒レーザからのプローブ光を検出器側へ反射させ、テラヘルツ光検出器の適切な位置に集光するように曲面鏡及び検出器のアライメントを行なう。次に、ビームスプリッタを９０度回転させ、ビームスプリッタでプローブ光を発生器側へ反射させ、テラヘルツ光発生器のテラヘルツ光発生点に集光するように曲面鏡及び発生器のアライメントを行なう。このようにして、テラヘルツ光発生用フェムト秒レーザからのプローブ光を用いて、テラヘルツ光学系のアライメントを行なうようにしている。
【０００６】
なお、フェムト秒レーザは、７８０ｎｍ〜８００ｎｍの近赤外光であるが、近赤外光に感応して可視光を発光する材料をシート部材に塗布したカード式赤外センサー等により容易に観察可能である。
また、例えば、別途用意した可視光源からの可視光を用いてテラヘルツ光学系のアライメントを行なう技術（第２の技術）がある。
【０００７】
この第２の技術では、別途用意した可視光源からの可視光を光半透過板によって反射させて、可視光の光軸をテラヘルツ光の光軸へ重畳させ、テラヘルツ光の光軸を可視光によって模擬的に目視可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３０３５７４号公報
【特許文献２】特開２００４−３１７５７３号公報
【特許文献３】特開２００８−２６２２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述の第１の技術では、プローブ光を観察することで、曲面鏡、テラヘルツ光検出器及びテラヘルツ光発生器の位置関係の調整を行なうことはできる。
しかしながら、上述の第１の技術では、テラヘルツ光発生器の向きや煽り角は、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返して最適化する必要があり、その作業には手間がかかる。
【００１０】
また、上述の第２の技術では、可視光の光軸をテラヘルツ光の光軸へ重畳させる前に、テラヘルツ光検出器及びアパーチャを用いてテラヘルツ光の光軸を特定する必要がある。このため、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら、テラヘルツ光検出器及びアパーチャの位置の調整を繰り返して最適化する必要があり、その作業に手間がかかる。
【００１１】
そこで、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるようにしたいという要望がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため、本テラヘルツ光発生器は、テラヘルツ光を透過する光透過性基板と、光透過性基板の第１の面に形成され、可視光を発光する発光素子と、光透過性基板の第２の面に形成され、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子とを備えることを要件とする。
また、本テラヘルツ光発生器の製造方法は、テラヘルツ光を透過する光透過性基板の第１の面に、可視光を発光する発光素子を形成し、光透過性基板の第２の面に、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子を形成することを要件とする。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本テラヘルツ光発生器及びその製造方法によれば、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の構成を示す模式的断面図である。
【図２】第１実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の表面側（発光素子側）の構成を示す模式図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、第１実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の裏面側（光伝導性アンテナ素子側）の構成を示す模式図であって、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中、Ａ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｇ）は、第１実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】第１実施形態にかかるテラヘルツ光発生器を用いたテラヘルツ時間領域分光法の実験系を示す模式図である。
【図６】第２実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の構成を示す模式図であって、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中、Ａ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図７】第３実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の構成を示す模式的断面図である。
【図８】第４実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の構成を示す模式的断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、第４実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１０】第４実施形態の変形例にかかるテラヘルツ光発生器の構成を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器は、図１に示すように、テラヘルツ光を透過する光透過性基板１の表面側に、可視光を発光する発光素子２を備え、光透過性基板１の裏面側に、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子３を備えるテラヘルツ光発生素子１２と、直流電源９とを備える。なお、光伝導性アンテナ素子３を、テラヘルツ光発生用光伝導性アンテナ素子ともいう。また、この場合、光透過性基板１の表面とは、可視光を発光する発光素子２を備える面（第１の面）であり、裏面とは、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子３を備える面（第２の面）である。
【００１７】
なお、本実施形態では、テラヘルツ光発生器を、直流電源９を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、テラヘルツ光発生器は直流電源９を備えないものとして構成し、外部に設けられた直流電源から電流を供給するようにしても良い。
ここでは、光透過性基板１は、テラヘルツ光を透過する半導体基板、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板である。
【００１８】
発光素子２は、光透過性基板１の表面上に、複数の半導体層４，５を積層させることによって形成されている。
本実施形態では、発光素子２は、電流印加によって可視領域で発光するｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）であって、半導体基板１の表面上に、ｎ型半導体層４、ｐ型半導体層５を順に積層させることによって形成される。ここでは、ｎ型半導体層４はｎ型ＡｌＧａＡｓ層であり、ｐ型半導体層５はｐ型ＡｌＧａＡｓ層である。
【００１９】
この発光素子２の発光領域には、ｐ型半導体層５上に、例えばＩＺＯ（Indium Zinc Oxide；酸化インジウム亜鉛）やＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）などの透明導電性材料からなる透明電極６が形成されている。また、この透明電極６上に、図１、図２に示すように、例えば金（Ａｕ）などの金属からなるｐ型半導体層用電極７（電極パッド）が形成されている。
【００２０】
また、発光領域以外の領域、即ち、ｐ型半導体層５が除去され、表面にｎ型半導体層４が露出している領域には、ｎ型半導体層４上に、例えば金（Ａｕ）などの金属からなるｎ型半導体層用電極８（電極パッド）が形成されている。
そして、図１に示すように、ｐ型半導体層用電極７及びｎ型半導体層用電極８に直流電源９が接続されており、発光素子２に電流を流すことができるようになっている。ｐ型半導体層用電極７及びｎ型半導体層用電極８を介して発光素子２に電流を流すと、発光素子２は、ｐｎ接合界面で可視光を発光する。ここでは、例えば発光ピーク波長６６０ｎｍの可視光が出射される。
【００２１】
特に、本実施形態では、発光素子２は、ｐ型半導体層用電極７及びｎ型半導体層用電極８を除き、テラヘルツ光を透過する材料によって形成されている。これにより、基板裏面側の光伝導性アンテナ素子３によって発生させたテラヘルツ光が発光素子２を透過して表面側から出射されるようになっている。
また、発光素子２の表面（特に、表面に露出したｎ型半導体層４の表面）は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層２４によって覆われている。特に、保護層２４には、光伝導性アンテナ素子３と発光素子２との位置合わせを行なうのに用いる位置合わせ用マークが設けられている。
【００２２】
一方、光伝導性アンテナ素子３は、図１、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、光透過性基板１の裏面上に、光伝導層１０を形成し、この光伝導層１０上に光伝導性アンテナ１１を形成することによって構成される。
本実施形態では、半導体基板１の裏面上に、光伝導層１０として、光伝導性半導体層が形成されている。ここでは、光伝導性半導体層１０は、低温成長ＧａＡｓ層［ＬＴ（Low-Temperture）−ＧａＡｓ層］である。
【００２３】
そして、この光伝導性半導体層１０上に、光伝導性アンテナ１１として、例えばニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの金属からなるダイポールアンテナが形成されている。なお、光伝導性アンテナ１１を、テラヘルツ光発生用光伝導性アンテナともいう。また、ダイポールアンテナ１１を、テラヘルツ光発生用ダイポールアンテナともいう。
このように構成される光伝導性アンテナ素子３に、短パルスレーザ光を照射することよって、テラヘルツ光を発生させることができる。つまり、光伝導性アンテナ１１としてのダイポールアンテナに直流電圧を印加した状態で、ダイポールアンテナ１１の中心位置（中心部）にフェムト秒レーザからのレーザ光（ポンプ光）を照射することによって、基板側にテラヘルツ光を放射させることができる。なお、ダイポールアンテナ１１には、外部に設けられた電源３７（図５参照）から直流電圧が印加されるようになっている。
【００２４】
そして、本実施形態では、図１に示すように、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３とは、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するように、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられている。このように、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３とを一体形成するようにし、製造段階で、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３との位置合わせを行なうことで、テラヘルツ光と可視光とが光軸が一致した状態で出射されるようにしている。これにより、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、アライメントを、効率良く、かつ、精度良く行なうことが可能となる。
【００２５】
なお、可視光の光軸を、可視光の放射軸、あるいは、発光素子２の出射光軸ともいう。また、テラヘルツ光の光軸を、テラヘルツ光の放射軸、あるいは、光伝導性アンテナ素子３の出射光軸ともいう。
次に、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、発光素子２は、ｐｎ接合型発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）であり、その一般的な製造方法を説明する。
まず、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、半絶縁性ガリウム砒素［ＳＩ（Semi-insulating）−ＧａＡｓ］基板１の表面上に、例えばテルル（Ｔｅ）を僅かに加えたｎ型ＡｌＧａＡｓ層４を、例えば約０．２μｍ結晶成長させる。これにより、ｎ型半導体層４が形成される。
【００２７】
次いで、例えば亜鉛（Ｚｎ）を僅かに加えたｐ型ＡｌＧａＡｓ層５を、例えば約０．２μｍ結晶成長させる。これにより、ｐ型半導体層５が形成される。
なお、結晶成長方法は、液相成長法（ＬＰＤ：Liquid Phase Deposition）、気相成長法（ＶＰＥ：Vapor Phase Epitaxy）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）などを用いれば良い。
【００２８】
次に、例えば２５０μｍ×２５０μｍ程度の発光領域を覆うようにフォトレジストマスク（図示省略）を形成した後、図４（Ｃ）に示すように、例えばドライエッチングによって、発光領域以外のｐ型半導体層５を除去する。
次いで、発光領域上に開口部を有するレジストマスク（図示省略）を形成した後、例えばＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）やＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明導電性材料を、例えば蒸着又はスパッタリングなどで約０．２μｍ成膜し、リフトオフする。これにより、図４（Ｄ）に示すように、発光領域のｐ型半導体層５上に、２５０μｍ×２５０μｍの透明電極６（図２参照）が形成される。
【００２９】
次に、同様のリフトオフ工程によって、図４（Ｅ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）などの金属からなり、５０μｍ×５０μｍ程度のｎ型半導体層用電極８及びｐ型半導体層用電極７（約０．２μｍ厚；図２参照）を形成する。
次いで、図４（Ｅ）に示すように、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を例えばスパッタリングなどによって約０．２μｍ成膜して、保護層２４を形成する。この保護層２４には、素子から十分に離れた位置に位置合わせ用マーク（図示省略）が形成されている。
【００３０】
そして、ｎ型半導体層用電極８、ｐ型半導体層用電極７、及び、発光領域（透明電極６）上に開口部を有するレジストマスク（図示省略）を形成する。そして、図４（Ｆ）に示すように、エッチングによって、ｎ型半導体層用電極８、ｐ型半導体層用電極７、及び、発光領域（透明電極６）上の保護層２４を除去する。
このようにして、テラヘルツ光を透過する光透過性基板１としてのＳＩ−ＧａＡｓ基板の表面側に、可視光を発光する発光素子２を形成する。つまり、可視光を発光する発光素子２（発光ピーク波長６６０ｎｍ）が形成される。
【００３１】
次に、図４（Ｆ）に示すように、ＳＩ−ＧａＡｓ基板１の裏面上に、例えば分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって、例えば３００℃程度の低温にてＧａＡｓ層１０を約１．５μｍ結晶成長させた後、例えば６００℃程度で熱処理を施す。これにより、低温成長ＧａＡｓ層（ＬＴ−ＧａＡｓ層）１０が形成される。
次いで、図４（Ｇ）に示すように、例えばニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの金属によって、図３（Ａ），（Ｂ）に示すようなテラヘルツ光発生用ダイポールアンテナ（光伝導性アンテナ）１１を、例えばリフトオフなどによって形成する。
【００３２】
この際、両面位置決め機能付きマスクアライナによって、上述のようにして発光素子２の保護層２４に形成された位置合わせ用マークを基準にして、テラヘルツ光発生用ダイポールアンテナ１１と発光素子２の中心位置（発光中心；発光点）を合わせる。
このようにして、テラヘルツ光を透過する光透過性基板１としてのＳＩ−ＧａＡｓ基板の裏面側に、テラヘルツ光を発生させる光伝導性アンテナ素子３を形成する。
【００３３】
これにより、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３とを備えるテラヘルツ光発生器が製造される。
ところで、上述のように構成されるテラヘルツ光発生器を用いて、テラヘルツ光学系、例えば図５に示すようなテラヘルツ時間領域分光法実験系を構築することができる。
テラヘルツ時間領域分光法実験系は、例えば図５に示すように、上述のように構成されるテラヘルツ光発生器３０、フェムト秒レーザ３１、発生器側の２つの非軸放物面鏡３２，３３、検出器側の２つの非軸放物面鏡３４，３５、テラヘルツ光検出器３６等を備える。
【００３４】
そして、テラヘルツ光発生器３０の光伝導性アンテナ素子３に電源３７から電圧を印加した状態で、フェムト秒レーザ３１からのレーザ光を、ビームスプリッタ３８、ミラー３９及び集光レンズ４０を介して、テラヘルツ光発生器３０の光伝導性アンテナ素子３に照射する。これにより、テラヘルツ光発生器３０の光伝導性アンテナ素子３からテラヘルツ光が放射される。
【００３５】
また、テラヘルツ光発生器３０から出射されたテラヘルツ光は、２つの非軸放物面鏡３２，３３によって、平行光にされた後、被測定物４１の集光位置に集光される。被測定物４１を透過したテラヘルツ光は、２つの非軸放物面鏡３４，３５によって、平行光にされた後、テラヘルツ光検出器３６に集光される。テラヘルツ光検出器３６からの検出値は、電流アンプ４８、ロックインアンプ４９などを含む信号処理回路を経て、コンピュータ５０へ送られ、被測定物４１の特性等が求められる。
【００３６】
また、テラヘルツ光検出器３６においてテラヘルツ光の検出に必要なキャリアを発生させるために、フェムト秒レーザ３１からのレーザ光を、ビームスプリッタ３８、ミラー４２、可動ミラー４３、ミラー４４、ミラー４５、ミラー４６、及び、集光レンズ４７を介して、テラヘルツ光検出器３６に入射させるようにしている。
そして、上述のように構成されるテラヘルツ光発生器を用いる場合、このようなテラヘルツ光学系、例えば図５に示すようなテラヘルツ時間領域分光法実験系を構築する際に、以下のようにしてアライメントを行なうことができる。
【００３７】
まず、光伝導性アンテナ１１としてのダイポールアンテナに、例えば１０Ｖの直流電圧を印加した状態で、ダイポールアンテナ１１の中心部にフェムト秒レーザからの例えば波長８００ｎｍのレーザ光を例えば平均出力２０ｍＷ程度で照射する。これにより、ＳＩ−ＧａＡｓ基板１側にテラヘルツ光が放射される。
この場合、発光素子２を構成している材料は、ｎ型半導体層用電極８及びｐ型半導体層用電極７を除き、テラヘルツ光に透過性を有する材料であるため、テラヘルツ光は発光素子２を透過して出射されることになる。
【００３８】
一方、発光素子２に、例えば２０ｍＡ程度の電流を流すことにより、発光素子２から例えば発光ピーク波長６６０ｎｍの可視光が出射される。製造段階で光伝導性アンテナ素子３と発光素子２との位置合わせを行なっているため、テラヘルツ光と可視光とが光軸が一致した状態で出射されることになる。
このため、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、テラヘルツ光学系のアライメントを行なうことができる。つまり、テラヘルツ光発生器のアライメントを含め、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわなくても良くなる。
【００３９】
このように、上述のように構成されるテラヘルツ光発生器を用いることで、テラヘルツ光学系、例えば図５に示すようなテラヘルツ時間領域分光法実験系を構築する際のアライメントが容易になり、また、アライメントを効率良く、かつ、精度良く行なえるようになる。つまり、テラヘルツ光と一致した光軸を有する可視光を基準光として用いることで、テラヘルツ光学系を構築する際のアライメントを容易に行なえるようになり、また、アライメントを効率良く、かつ、精度良く行なえるようになる。
【００４０】
したがって、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法によれば、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるという利点がある。
［第２実施形態］
第２実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法について、図６を参照しながら説明する。
【００４１】
本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器は、上述の第１実施形態（図１参照）のものに対し、発光素子が円環状発光素子２Ａである点で異なる。
つまり、本テラヘルツ光発生器は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、発光素子として、テラヘルツ光が放射される領域に開口部２ａを有する円環状発光素子２Ａを備えるテラヘルツ光発生素子１２Ａと、直流電源９とを備える。なお、図６では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。また、図６では直流電源９は省略している。
【００４２】
本実施形態では、円環状発光素子２Ａの中心位置（発光中心；発光点）に、光伝導性アンテナ１１としてのダイポールアンテナの中心位置（発光中心；発光点）が位置するように、円環状発光素子２Ａと光伝導性アンテナ素子３とが設けられている。つまり、発光素子２Ａと光伝導性アンテナ素子３とは、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するように、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられている。つまり、発光素子２Ａと光伝導性アンテナ素子３とを一体形成するようにし、製造段階で、発光素子２Ａと光伝導性アンテナ素子３との位置合わせを行なうことで、テラヘルツ光と可視光とが光軸が一致した状態で出射されるようにしている。これにより、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、アライメントを、効率良く、かつ、精度良く行なうことが可能となる。
【００４３】
ここで、円環状発光素子２Ａの開口部２ａの直径（円環状発光素子の内径）は、テラヘルツ光のＧａＡｓ基板１から空気へ通る際の臨界角をθｃ（約１７度）、ＧａＡｓ基板１＋ＬＴ−ＧａＡＳ層１０＋ｎ型半導体層４＋ｐ型半導体層５＋透明電極６の厚さをｄとすると、（ｄ×ｔａｎθｃ）よりも広いことが望ましい。
このように構成することで、光伝導性アンテナ素子３から放射されたテラヘルツ光は、円環状発光素子２Ａの開口部２ａを通って出射されることになる。
【００４４】
このように、光伝導性アンテナ素子３から放射されたテラヘルツ光の光路上に発光素子２Ａが存在しない。つまり、テラヘルツ光は発光素子２Ａを透過しない。これにより、テラヘルツ光が発光素子２Ａによって反射又は吸収されないようにすることができる。
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４５】
したがって、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法によれば、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるという利点がある。
［第３実施形態］
第３実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法について、図７を参照しながら説明する。
【００４６】
本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器は、上述の第１実施形態（図１参照）のものに対し、図７に示すように、さらに放物面鏡１３を備える点が異なる。
つまり、本テラヘルツ光発生器は、図７に示すように、その内部に、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ発光素子２及び光伝導性アンテナ素子３を備えるテラヘルツ光発生素子１２と、直流電源９と、放物面鏡１３とを備える。なお、図７では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。また、図７では直流電源９は省略している。
【００４７】
そして、放物面鏡１３は、その焦点が、光伝導性アンテナ素子３の発光重心（発光中心）と発光素子２の発光重心（発光中心）との中点と一致するように設けられている。つまり、放物面鏡１３は、可視光の発光点（放射点）とテラヘルツ光の放射点（発光点）との中点と放物面の焦点とが一致するように設けられている。
ここで、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３とは、上述の第１実施形態の場合と同様に、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するように、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられている。つまり、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３とを一体形成するようにし、製造段階で、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３との位置合わせを行なうことで、テラヘルツ光と可視光とが光軸が一致した状態で出射されるようにしている。
【００４８】
そして、テラヘルツ光は、光伝導性アンテナ素子３の発光中心を点光源として放射される。また、可視光も、指向性はあるものの、発光素子２の発光重心から広がって放射される。
本実施形態では、テラヘルツ光発生器の内部に放物面鏡１３を設けることで、テラヘルツ光発生器から放射されるテラヘルツ光及び可視光をいずれもほぼ平行光にするようにしている。もちろん、テラヘルツ光発生素子１２から出射される時にテラヘルツ光と可視光とが同軸上にあるため、放物面鏡（反射鏡）１３によって反射されたテラヘルツ光及び可視光も同軸上にあることになる。
【００４９】
このため、上述の第１実施形態で説明したテラヘルツ時間領域分光法実験系（図５参照）を構築するのに、発生器側の１つの非軸放物面鏡３２は不要となる。これにより、テラヘルツ時間領域分光法実験系を構築する際に、テラヘルツ光発生器から出射されたテラヘルツ光を平行光にするためのアライメントが不要となり、アライメントが容易になる。
また、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、テラヘルツ光学系のアライメントを、効率良く、かつ、精度良く行なうことが可能となる。
【００５０】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法によれば、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるという利点がある。
［第４実施形態］
第４実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法について、図８を参照しながら説明する。
【００５１】
本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器は、上述の第１実施形態（図１参照）のものに対し、図８に示すように、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３が設けられている位置、及び、さらに２つの反射鏡１４，１５を備える点が異なる。
本テラヘルツ光発生器は、図８に示すように、その内部に、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ発光素子２及び光伝導性アンテナ素子３を備えるテラヘルツ光発生素子１２と、直流電源９と、第１反射鏡１４と、第２反射鏡１５とを備える。なお、図８では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００５２】
特に、本実施形態では、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが基板１に平行な方向にずれるように、光伝導性アンテナ素子３の近傍に発光素子２が設けられている。つまり、発光素子２は、テラヘルツ光が放射される領域以外の領域に設けられている。このため、テラヘルツ光が放射される領域は、発光素子２が形成されていない領域となる。
ここで、発光素子２が形成されていない領域は、テラヘルツ光のＧａＡｓ基板１から空気へ通る際の臨界角をθｃ（約１７度）、ＧａＡｓ基板１＋ＬＴ−ＧａＡＳ層１０＋ｎ型半導体層４＋ｐ型半導体層５＋透明電極６の厚さをｄとして、光伝導性アンテナ素子３の中心位置（発光中心；発光点）を中心とした半径（ｄ×ｔａｎθｃ）の円よりも広い領域とするのが望ましい。
【００５３】
このように構成することで、光伝導性アンテナ素子３から放射されたテラヘルツ光は、発光素子２が形成されていない領域を通って出射されることになる。
このように、光伝導性アンテナ素子３から放射されたテラヘルツ光の光路上に発光素子２が存在しない。つまり、テラヘルツ光は発光素子２を透過しない。これにより、テラヘルツ光が発光素子２によって反射又は吸収されないようにすることができる。
【００５４】
また、第１反射鏡１４及び第２反射鏡１５は、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するように、テラヘルツ光発生素子１２の近傍に設けられている。
ここで、第２反射鏡１５は、テラヘルツ光に対して透過性を有し、かつ、可視光の反射率が高い材料、例えば、高抵抗シリコン（Ｓｉ）からなるものとする。第１反射鏡１４は、可視光の反射率が高い材料からなるものであれば良い。
【００５５】
これにより、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、テラヘルツ光学系のアライメントを、効率良く、かつ、精度良く行なうことが可能となる。
次に、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器の製造方法について、図９を参照しながら説明する。
まず、上述の第１実施形態の場合と同様の方法で、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ発光素子２及び光伝導性アンテナ素子３を備えるテラヘルツ光発生素子１２を作製する。
【００５６】
但し、本実施形態では、光伝導性アンテナ素子３の直上及びその近傍の領域には、発光素子２を形成しないようにする。これにより、光伝導性アンテナ素子３から放射されるテラヘルツ光の発光素子２による反射又は吸収の影響を低減することができる。
次に、上述のようにして作製したテラヘルツ光発生素子の近傍に、第１反射鏡１４及び第２反射鏡１５を配置する。
【００５７】
つまり、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが一致するように、第１反射鏡１４及び第２反射鏡１５の位置調整を行なって、テラヘルツ光発生素子１２の近傍に第１反射鏡１４及び第２反射鏡１５を配置する。
本実施形態では、発光素子２と光伝導性アンテナ素子３とは同一基板１上に形成されている。また、発光素子２から出射される可視光及び光伝導性アンテナ素子３から出射されるテラヘルツ光は、いずれも、基板表面に対して垂直な方向へ出射される。このため、発光素子２から出射される可視光の光軸と、光伝導性アンテナ素子３から出射されるテラヘルツ光の光軸とは平行になる。
【００５８】
そこで、第１反射鏡１４を、発光素子２から出射される可視光の光路上に、基板表面に対して４５度傾けて配置すれば、発光素子２から出射される可視光を、基板表面に対して平行な方向へ反射させることができる。そして、第２反射鏡１５は、光伝導性アンテナ素子３から出射されるテラヘルツ光の光路上に、基板表面に対して４５度傾けて配置すれば、第１反射鏡１４によって反射されてきた可視光を、基板表面に対して垂直な方向へ反射させることができる。
【００５９】
また、第２反射鏡１５によって反射された可視光の光軸が光伝導性アンテナ素子３の中心位置（発光中心；発光点）に一致するように、第２反射鏡１５の位置を調整する。この場合、第２反射鏡１５を回転させるようにし、発光素子３からの可視光を用いて第２反射鏡１５の位置調整を行なっても良いし、別途設けられた可視光源からの可視光を用いて第２反射鏡１５の位置調整を行なっても良い。
【００６０】
このようにして、第１反射鏡１４及び第２反射鏡１５の位置調整を行なうことで、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するようにすることができる。これにより、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、アライメントを、効率良く、かつ、精度良く行なうことが可能となる。
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６１】
したがって、本実施形態にかかるテラヘルツ光発生器及びその製造方法によれば、テラヘルツ光検出器の検出信号の強度を確認しながら調整を繰り返すという作業を行なわずに、テラヘルツ光学系のアライメントを容易に行なえるという利点がある。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した具体的な構成や条件等に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００６２】
例えば、上述の各実施形態及び変形例では、発光素子２，２Ａを、半導体基板１の表面上に、ｎ型半導体層４、ｐ型半導体層５を順に積層させることによって形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、ｎ型半導体層４とｐ型半導体層５との間に発光層を設けても良い。
また、例えば、可視光を発光する発光素子２，２Ａとして、ＡｌＧａＡｓを主材料とするＬＥＤを用いる場合を例に挙げて説明したが、例えば、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、インジウムガリウム窒素（ＩｎＧａＮ）などの他の化合物半導体材料を主材料として用いて、可視光を発光する発光素子を構成しても良い。この場合も、テラヘルツ光に対して透過性を有する発光素子を構成することができる。なお、この場合、材料に応じた適切な結晶成長方法を採用すれば良い。
【００６３】
また、例えば、上述の各実施形態では、発光素子２，２Ａを、ｎ型半導体層用電極８及びｐ型半導体層用電極７を除き、テラヘルツ光に透過性を有する材料を用いて構成しているが、上述の第２実施形態及び第４実施形態では、発光素子２，２Ａを、テラヘルツ光に透過性を有する材料を用いて構成しなくても良い。つまり、上述の第２実施形態及び第４実施形態の構成の場合、発光素子２，２Ａを、テラヘルツ光を透過しない材料によって形成しても良い。
【００６４】
また、例えば、上述の第４実施形態の構成において、図１０に示すように、ＬＥＤ（面型発光素子）の代わりに、半導体レーザ１６を形成しても良い。半導体レーザ１６としては、例えば、ＧａＡｓ活性層１７をｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（ｎ型半導体層）１８とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（ｐ型半導体層）１９とで挟んだダブルヘテロ接合型半導体レーザを形成すれば良い。この場合、半絶縁性半導体基板（光透過性基板）１上に、ｎ型半導体層用電極２０、ｎ型半導体層１８、活性層１７、ｐ型半導体層１９、及び、ｐ型半導体層用電極２１を順に積層して、半導体レーザ１６を形成することになる。なお、符号２４は保護層である。
【００６５】
この場合、上述の第４実施形態の構成において、第１反射鏡１４及び第２反射鏡１５に代えて、１枚の反射鏡２２をテラヘルツ光発生素子２３の近傍に設ければ良い。この場合、反射鏡２２は、テラヘルツ光に対して透過性を有し、かつ、可視光の反射率が高い材料からなるものとすれば良い。
発光素子として半導体レーザ１６を用いる場合、半導体レーザ１６から放射される可視光は、基板表面に対して平行な方向に出射される。このため、反射鏡２２を、この基板表面に対して平行な方向に出射される可視光の光路上に、基板表面に対して約４５度傾けて配置すれば、可視光を基板表面に対して垂直な方向へ反射させることができる。また、反射鏡２２によって反射された可視光の光軸が光伝導性アンテナ素子３の中心位置（発光中心；発光点）に一致するように、上述の第４実施形態と同様に、反射鏡２２の位置を調整する。このようにして、反射鏡２２の位置調整を行なうことで、可視光の光軸とテラヘルツ光の光軸とが同軸上に位置するようにすることができる。これにより、テラヘルツ光と同軸上に存在している可視光を基準として、アライメントを、効率良く、かつ、精度良く行なうことが可能となる。
【００６６】
また、上述の第３実施形態は、上述の第１実施形態の変形例として説明しているが、上述の第２実施形態の変形例として構成することもできる。つまり、上述の第２実施形態のものと上述の第３実施形態のものとを組み合わせることもできる。この場合、テラヘルツ光発生器は、その内部に、同一基板１の表面側及び裏面側にそれぞれ円環状発光素子２Ａ及び光伝導性アンテナ素子３を備えるテラヘルツ光発生素子１２Ａと、放物面鏡１３とを備えるものとなる。
【００６７】
なお、テラヘルツ光は、バイオ・メディカル分野、安全・防犯分野、農業分野、工業分野、環境分野、宇宙分野、情報通信分野での利用が期待されている。このため、上述の各実施形態及び変形例におけるテラヘルツ光検出器は、それらの分野において光学系を構築する際に利用され、光学系構築工数を短縮できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  光透過性基板（半絶縁性ＧａＡｓ基板）
２  発光素子
２Ａ  円環状発光素子
２ａ  開口部
３  光伝導性アンテナ素子
４  ｎ型半導体層（ｎ型ＡｌＧａＡｓ層）
５  ｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＧａＡｓ層）
６  透明電極
７  ｐ型半導体層用電極
８  ｎ型半導体層用電極
９  直流電源
１０  光伝導層（光伝導性半導体層；低温成長ＧａＡｓ層）
１１  光伝導性アンテナ（ダイポールアンテナ）
１２  テラヘルツ光発生素子
１３  放物面鏡
１４  第１反射鏡
１５  第２反射鏡
１６  半導体レーザ
１７  活性層（ＧａＡｓ活性層）
１８  ｎ型半導体層（ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）
１９  ｐ型半導体層（ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層）
２０  ｎ型半導体層用電極
２１  ｐ型半導体層用電極
２２  反射鏡
２３  テラヘルツ光発生素子
３０  テラヘルツ光発生器
３１  フェムト秒レーザ
３２，３３  非軸放物面鏡
３４，３５  非軸放物面鏡
３６  テラヘルツ光検出器
３７  電源
３８  ビームスプリッタ
３９，４２，４４，４５，４６  ミラー
４０，４７  集光レンズ
４１  被測定物
４３  可動ミラー
４８  電流アンプ
４９  ロックインアンプ
５０  コンピュータ
【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】
2011053529.tif 000008
【図７】
2011053529.tif 000009
【図８】
2011053529.tif 000010
【図９】
2011053529.tif 000011
【図１０】
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