(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置を提供する。【解決手段】第１の基板、第１の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第１の光伝導層及び第１の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第１の電極対を有する第１の光伝導素子と、第２の基板、第２の基板上に形成されて第１の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第２の光伝導層及び第２の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第２の電極対を有する第２の光伝導素子と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板、前記第１の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第１の光伝導層及び前記第１の光伝導層上に形成され且つ前記被照射領域上において互いに離間する第１の電極対を有する第１の光伝導素子と、
第２の基板、前記第２の基板上に形成されて前記第１の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第２の光伝導層及び前記第２の光伝導層上に形成され且つ前記被照射領域上において互いに離間する第２の電極対を有する第２の光伝導素子と、を有する電磁波計測装置。
【請求項２】
前記第１の光伝導層は、前記第１の基板上の全体に形成され、
前記第２の光伝導層は、前記第２の基板上の一部の領域のみに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波計測装置。
【請求項３】
前記第２の光伝導層は、前記被照射領域上において前記上面から突出し且つ前記第２の電極対の各々に接する突出部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波計測装置。
【請求項４】
前記第１の電極対は、前記第１の光伝導層の前記被照射領域上において第１の距離だけ互いに離間し、
前記第２の電極対は、前記第２の光伝導層の前記被照射領域上において前記第１の距離よりも小さい第２の距離だけ互いに離間することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電磁波計測装置。
【請求項５】
第１の基板、前記第１の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第１の光伝導層及び前記第１の光伝導層上に形成され且つ前記被照射領域上において互いに離間する第１の電極対を有する第１の光伝導素子と、
第２の基板、前記第２の基板上に形成されて前記第１の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第２の光伝導層及び前記第２の基板上に形成され且つ前記被照射領域において前記第２の光伝導層を挟む第２の電極対を有する第２の光伝導素子と、を有する電磁波計測装置。
【請求項６】
前記第１の光伝導層は、前記第１の基板上の全体に形成され、
前記第２の光伝導層は、前記上面の全体が前記被照射領域として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の電磁波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測用の電磁波を発生させる光伝導素子及び当該電磁波を検出する光伝導素子を含む電磁波計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電波と赤外光との間の周波数帯（例えば０．１〜１０ＴＨｚ）の電磁波であるテラヘルツ波を対象物に照射し、当該対象物からの反射波又は透過波を時間領域分光法によって計測（分析）する技術が知られている。このような分析システムは、テラヘルツ波を発生させる光伝導素子と、当該発生素子によって発生したテラヘルツ波の対象物からの反射波又は透過波を検出する光伝導素子と、を含む。
【０００３】
例えば、テラヘルツ波などの電磁波を発生又は検出する光伝導素子は、光伝導性を有する半導体層及び当該半導体層に接続された電極とを含む。例えば、特許文献１には、基板上に成長された複数の半導体層を有する光伝導素子及びこれを用いたテラヘルツ時間領域分光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2014-197669号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、電磁波の計測を行う場合、電磁波発生素子としての光伝導素子は高出力の電磁波を発生させること、また、検出素子としての光伝導素子は高感度且つ高精度で電磁波を検出することが好ましい。具体的には、例えば、発生素子から発生する電磁波（信号）の振幅が大きいこと、また、検出素子が検出した電磁波を表す電気信号内にノイズが少ないことが好ましい。
【０００６】
また、例えばテラヘルツ時間領域分光法を用いて対象物の分析を行う場合、検出素子から得られるテラヘルツ波の時間波形の振幅が大きいこと、当該時間波形から得られるテラヘルツ波のスペクトルのＳ／Ｎ比やダイナミックレンジが大きいことが好ましい。
【０００７】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置を提供することを課題の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、第１の基板、第１の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第１の光伝導層及び第１の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第１の電極対を有する第１の光伝導素子と、第２の基板、第２の基板上に形成されて第１の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第２の光伝導層及び第２の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第２の電極対を有する第２の光伝導素子と、を有することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、第１の基板、第１の基板上に形成され且つパルス光の被照射領域を有する第１の光伝導層及び第１の光伝導層上に形成され且つ被照射領域上において互いに離間する第１の電極対を有する第１の光伝導素子と、第２の基板、第２の基板上に形成されて第１の光伝導層の上面よりも小さな上面を有し且つパルス光の被照射領域を有する第２の光伝導層及び第２の基板上に形成され且つ被照射領域において第２の光伝導層を挟む第２の電極対を有する第２の光伝導素子と、を有することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る電磁波計測装置の斜視図である。
【図２】実施例１に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子及び電磁波検出素子の上面図である。
【図３】実施例１に係る電磁波計測システムの模式的な回路図である。
【図４】実施例１に係る電磁波計測システムによって得られた信号のダイナミックレンジを示す図である。
【図５】実施例１の変形例１に係る電磁波計測装置における電磁波検出素子の斜視図である。
【図６】実施例１の変形例１に係る電磁波計測装置における電磁波検出素子の断面図である。
【図７】実施例１の変形例２に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子の上面図である。
【図８】実施例１の変形例３に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子の上面図である。
【図９】実施例２に係る電磁波計測装置の斜視図である。
【図１０】実施例２に係る電磁波計測装置における電磁波発生素子及び電磁波検出素子の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係る電磁波計測装置（以下、単に計測装置と称する場合がある）１０の斜視図である。計測装置１０は、パルス光Ｐ１を受けて電磁波Ｗ１を発生させる電磁波発生素子（第１の光伝導素子、以下、発生素子と称する場合がある）２０と、パルス光Ｐ２を受けて電磁波Ｗ２を検出する電磁波検出素子（第２の光伝導素子、以下、検出素子と称する場合がある）３０と、を含む。
【００１３】
本実施例においては、発生素子２０は、パルス光Ｐ１としてフェムト秒のパルス幅を有するようにパルス化されたレーザ光を受けて、電磁波Ｗ１としてテラヘルツ波を放出する。また、検出素子３０は、パルス光Ｐ２としてパルス光Ｐ１と同様のレーザ光を受けて、電磁波Ｗ２としてテラヘルツ波を検出する。
【００１４】
本実施例においては、検出素子３０は、試料Ｓによって反射又は透過された電磁波Ｗ１を電磁波Ｗ２として検出する。すなわち、計測装置１０は、テラヘルツ波を発生させ、テラヘルツ波を用いて試料Ｓの分析を行う分析装置である。
【００１５】
図２は、発生素子２０及び検出素子３０の模式的な上面図である。図１及び図２を用いて、発生素子２０及び検出素子３０について説明する。まず、発生素子２０について説明する。
【００１６】
図１に示すように、発生素子２０は、基板（第１の基板）２１及び基板２１上に形成された光伝導材料からなる光伝導層（第１の光伝導層）２２を有する。本実施例においては、基板２１は半導体基板であり、光伝導層２２は当該半導体基板上に形成された光伝導性を有する半導体層である。例えば、光伝導層２２は、基板２１を成長用基板とし、基板２１上に、公知の結晶成長法によって光伝導層２２をエピタキシャル成長させることによって形成することができる。
【００１７】
本実施例においては、図２に示すように、光伝導層２２は、矩形の上面２２Ｓを有する。また、本実施例においては、基板２１は矩形の上面形状を有する。光伝導層２２は、基板２１の上面全体に形成されている。
【００１８】
基板２１は、例えば、単結晶のＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉなどからなる。光伝導層２２は、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどからなり、複数の半導体層が積層された構造を有する。
【００１９】
発生素子２０は、光伝導層２２上に形成された一対の駆動電極（第１の電極対、以下、駆動電極対と称する場合がある）２３を有する。駆動電極対２３は、各々が光伝導層２２の上面２２Ｓ上に形成され、所定距離（第１の距離）Ｇ１をおいて互いに離間して配置された第１及び第２の電極膜２３Ａ及び２３Ｂからなる。第１及び第２の電極膜２３Ａ及び２３Ｂは、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜、また、ＡｕやＡｕＳｎなどの金属膜からなる。また、本実施例においては、駆動電極対２３には、電圧源などの電源ＰＳが接続されている。
【００２０】
また、図２に示すように、第１及び第２の電極膜２３Ａ及び２３Ｂは、それぞれ、互いに対向する第１及び第２の対向部２３Ａ１及び２３Ｂ１を有する。また、第１の電極膜２３Ａは、第１の対向部２３Ａ１に接続された第１の接続部２３Ａ２を有する。また、第２の電極膜２３Ｂは、第２の対向部２３Ｂ１に接続された第２の接続部２３Ｂ２を有する。本実施例においては、駆動電極対２３は、第１及び第２の対向部２３Ａ１及び２３Ｂ１が所定距離Ｇ１をおいて互いに対向する構成を有する。
【００２１】
駆動電極対２３は、例えば、光伝導層２２を形成した後に光伝導層２２上にパターニングされた透明導電膜又は金属膜を成膜することで形成することができる。当該成膜手段としては、例えば、種々のリソグラフィーやエッチング技術を用いることができる。
【００２２】
光伝導層２２は、光伝導層２２の上面２２Ｓにおける第１及び第２の電極膜２３Ａ及び２３Ｂ間の領域であり、パルス光Ｐ１が照射される被照射領域２２Ｇを有する。発生素子２０は、駆動電極対２３によって電圧が印加された状態で光伝導層２２の被照射領域２２Ｇにパルス光（ポンプ光）Ｐ１が照射されると、光伝導層２２内に光励起キャリア（すなわち光電流）が生ずる。光伝導層２２は、パルス光Ｐ１のパルス幅に応じた波長（周波数）の電磁波Ｗ１を放出する。
【００２３】
本実施例においては、光伝導層２２の被照射領域２２Ｇには、パルス光Ｐ１として、フェムト秒のパルス幅を有するレーザ光が照射される。また、本実施例においては、発生素子２０は、光伝導層２２によってフェムト秒のパルスレーザを受けて、テラヘルツ波を放出するテラヘルツ波発生素子である。
【００２４】
換言すれば、発生素子２０は、基板２１、基板２１上に形成され且つパルス光Ｐ１の被照射領域２２Ｇを有する光伝導層２２と、光伝導層２２上に設けられ且つ被照射領域２２Ｇ上において互いに離間する一対の駆動電極２３とを有する。また、駆動電極対２３は、被照射領域２２Ｇ上において所定距離（第１の距離）Ｇ１だけ互いに離間している。また、発生素子２０は、パルス光Ｐ１の被照射領域２２Ｇへの照射によって電磁波Ｗ１を発生させる。
【００２５】
次に、検出素子３０について説明する。図１に示すように、検出素子３０は、基板（第２の基板）３１及び基板３１上に形成された光伝導材料からなる光伝導層（第２の光伝導層）３２を有する。検出素子３０の光伝導層３２は、光伝導層３２の上面３２Ｓ上にパルス光Ｐ２が照射される被照射領域３２Ｇを有する。
【００２６】
また、検出素子３０は、光伝導層３２上に形成され、被照射領域３２Ｇ上において互いに離間する一対の検出電極（第２の電極対、以下、検出電極対と称する場合がある）３３を有する。また、本実施例においては、検出素子３０の検出電極対３３には、電流計などの計測器ＭＥが接続されている。
【００２７】
検出電極対３３は、被照射領域３２Ｇ上において所定距離（第２の距離）Ｇ２だけ互いに離間している。本実施例においては、検出電極対３３は、所定距離Ｇ２をおいて互いに対向する第１及び第２の対向部３３Ａ１及び３３Ｂ１を有する。
【００２８】
具体的には、検出電極対３３は、第１及び第２の電極膜３３Ａ及び３３Ｂを有する。また、第１及び第２の電極膜３３Ａ及び３３Ｂは、それぞれ、所定距離（第２の距離）Ｇ２をおいて互いに対向する第１及び第２の対向部３３Ａ１及び３３Ｂ１を有する。また、第１の電極膜３３Ａは、第１の対向部３３Ａ１に接続された第１の接続部３３Ａ２を有する。また、第２の電極膜３３Ｂは、第２の対向部３３Ｂ１に接続された第２の接続部３３Ｂ２を有する。
【００２９】
検出素子３０における光伝導層３２の上面３２Ｓは、発生素子２０における光伝導層２２の上面２２Ｓよりも小さい。具体的には、本実施例においては、検出素子３０の基板３１は、発生素子２０の基板２１と同様の形状を有し、同程度の上面サイズを有する。また、発生素子２０の光伝導層２２は、基板２１上の全体に形成されている。
【００３０】
一方、図２に示すように、本実施例においては、検出素子３０の光伝導層３２は、基板３１上の一部の領域に形成されている。従って、光伝導層３２の上面３２Ｓは、光照射領域３２Ｇを除いてその大部分が検出電極対３３（第１及び第２の電極膜３３Ａ及び３３Ｂ）に覆われている。また、検出素子３０の基板３１は、その上面が部分的に露出している。
【００３１】
基板３１、光伝導層３２及び検出電極対３３の各々は、発生素子２０の基板２１、光伝導層２２及び駆動電極対２３と同様の材料からなる。例えば、基板３１は半導体基板からなり、光伝導層３２は当該半導体基板上に成長された複数の半導体層からなる。また、検出電極対３３は、透明導電膜又は金属膜からなる。
【００３２】
検出素子３０においては、光伝導層３２の被照射領域３２Ｇにパルス光（プローブ光）Ｐ２が照射された状態で光伝導層３２内に電磁波Ｗ２が入射すると、光伝導層３２内において光励起キャリア（すなわち光電流）が変動する。この光励起キャリアは、検出電極対３３に電流（検出信号）として表れる。すなわち、検出素子３０は、パルス光Ｐ２の被照射領域３２Ｇへの照射によって電磁波Ｗ２を検出する。
【００３３】
本実施例においては、光伝導層３２の被照射領域３２Ｇには、パルス光Ｐ２として、フェムト秒のパルス幅を有するレーザ光が照射される。また、本実施例においては、検出素子３０は、光伝導層３２によってフェムト秒のパルスレーザを受けて、テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出素子である。
【００３４】
図３は、計測装置１０を含むテラヘルツ時間領域分光法を用いた測定システム６０の構成を模式的に示す回路図である。図３を参照して、この測定システム６０について説明する。以下においては、発生素子２０から放出される電磁波Ｗ１をテラヘルツ波として説明し、検出素子３０に入射される電磁波Ｗ２をテラヘルツ波として説明する。
【００３５】
測定システム６０は、発生素子２０によって発生されたテラヘルツ波Ｗ１が伝播する経路中に試料（測定対象物）Ｓを配置し、試料Ｓを透過した（又は試料Ｓなどによって反射された）テラヘルツ波Ｗ２の時間波形と、試料Ｓの無い状態でのテラヘルツ波Ｗ２の時間波形と、をフーリエ変換して、テラヘルツ波Ｗ２の振幅と位相の情報を得るように構成されている。測定システム６０によって、例えば、試料Ｓの複素屈折率や複素誘電率などの詳細な物性を測定することができる。
【００３６】
測定システム６０は、パルス光Ｐ１及びＰ２としてフェムト秒のパルスレーザ光を発生するレーザ照射装置６１と、レーザ照射装置６１からのパルス光Ｐ１及びＰ２を分離するビームスプリッタ６２と、発生素子２０及び検出素子３０と、検出素子３０に入射するパルス光Ｐ２を遅延させる遅延回路６３と、発生素子２０に電圧を印加する電源ＰＳと、検出素子３０からの検出信号を計測する計測器ＭＥ及びこれを含む信号処理回路６８と、を備えている。
【００３７】
また、測定システム６０は、時間領域分光法を用いた測定システムとして一般的な構成を有している。例えば、測定システム６０は、発生素子２０に接合され、テラヘルツ波Ｗ１を効率良く取り出す半球レンズ等の第１の光学系６４と、検出素子３０に接合され、テラヘルツ波Ｗ２を効率よく取り込む半球レンズ等の第２の光学系６５を含む。
【００３８】
まず、レーザ照射装置６１から発せられたパルス光Ｐ１及びＰ２を含むレーザ光は、ビームスプリッタ６２により、ポンプ光（パルス光Ｐ１）とプローブ光（パルス光Ｐ２）とに分けられる。
【００３９】
パルス光Ｐ１は、集光レンズＣＬ１により集光され、発生素子２０の被照射領域２２Ｇに入射する。発生素子２０は、駆動電極対２３に電圧を印加しておくことで、テラヘルツ波Ｗ１を発生させる。テラヘルツ波Ｗ１は、第１の光学系６４を通過して第３の光学系６６で集光され、試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過したテラヘルツ波Ｗ２は、第４の光学系６７で集光され、第２の光学系６５を介して検出素子３０に入射される。
【００４０】
一方、パルス光Ｐ２は、複数の反射鏡Ｍを有する遅延回路６３によって時間遅延を与えられ、集光レンズＣＬ２により集光されて検出素子３０の被照射領域３２Ｇに入射する。検出素子３０によって検出された信号は、計測器ＭＥによって計測され、信号処理回路６８に入力される。
【００４１】
信号処理装置６８は、試料Ｓを透過したテラヘルツ波Ｗ２の時間波形及び試料Ｓが無い状態でのテラヘルツ波Ｗ２の時間波形を各々時系列データとして記憶し、これをフーリエ変換処理して周波数空間に変換する。このようにして、測定システム６０は、試料Ｓからのテラヘルツ波Ｗ２の強度振幅や位相の分光スペクトルを得る。
【００４２】
図４は、測定システム６０から得られたテラヘルツ波Ｗ２のスペクトルのダイナミックレンジを示す図である。なお、図４の結果を得るために、不純物を含むＩｎ53Ｇａ47Ａｓ及び不純物を含まないＩｎ53Ｇａ47Ａｓからなる２つの光伝導層２２をそれぞれ有する発生素子２０と、これらの比較例１及び２として光伝導層２２を部分的に除去した光伝導層を有する発生素子と、を準備した。また、これらの４つの発生素子に対してそれぞれ一般的な検出素子を用いて測定システムを構成し、テラヘルツ波の測定を行った。そして、図４の左側４つの結果を得た。
【００４３】
また、図４の結果を得るために、ＢｅがドープされたＩｎ53Ｇａ47Ａｓからなる光伝導層３２を有する検出素子３０と、比較例３として光伝導層３２を基板３１の全面に形成した検出素子と、を準備した。また、これら２つの検出素子に対して一般的な発生素子を用いて測定システムを構成し、テラヘルツ波の測定を行った。そして、図４の右側２つの結果を得た。
【００４４】
図４に示すように、不純物を含むＩｎ53Ｇａ47Ａｓで発生素子２０を構成した場合、比較例１の発生素子の場合に対してダイナミックレンジが２．４ｄＢ向上した。同様に、不純物を含まないＩｎ53Ｇａ47Ａｓで発生素子２０を構成した場合、比較例２の発生素子の場合に対してダイナミックレンジが１．３ｄＢ向上した。また、ＢｅがドープされたＩｎ53Ｇａ47Ａｓで検出素子３０を構成した場合、比較例３の検出素子の場合に対してダイナミックレンジが２．７ｄＢ向上した。
【００４５】
従って、本実施例に係る発生素子２０（すなわち全面に形成された光伝導層２２）を用いた場合、大きなダイナミックレンジの検出信号を得ることができていることがわかる。一方、本実施例に係る検出素子３０（すなわち部分的に除去された光伝導層３２）を用いた場合、大きなダイナミックレンジの検出信号を得ることができていることがわかる。
【００４６】
このダイナミックレンジの増大は、発生素子２０においては、光伝導層２２を大きく形成することでパルス光Ｐ１によって励起される（発生する）キャリアの量が多くなり、高出力なテラヘルツ波Ｗ１が生成されたことに起因すると解される。また、検出素子３０においては、光伝導層３２におけるテラヘルツ波Ｗ２の検出領域であるパルス光Ｐ２の被照射領域３２Ｇを残し、他の領域を部分的に除去したことに起因すると解される。
【００４７】
なお、仮に検出素子３０において光伝導層３２を広く形成した場合、被照射領域３２Ｇ以外でもパルス光Ｐ２の照射によって励起キャリアが発生する場合がある。この被照射領域３２Ｇ以外の領域での励起キャリアの発生は、ノイズの発生につながる可能性がある。従って、光伝導層３２の面積（体積）を比較的小さくすることで、ノイズの発生が抑制され、検出感度及び検出精度が向上することとなる。
【００４８】
なお、検出素子３０における検出電極対３３の離間距離Ｇ２は、発生素子２０における駆動電極対２３の離間距離Ｇ１よりも小さいことが好ましい。すなわち、駆動電極対２３は光伝導層２２の被照射領域２２Ｇにおいて距離Ｇ１だけ互いに離間し、検出電極対３３は光伝導層３２の被照射領域３２Ｇにおいて当該距離Ｇ１よりも小さな距離Ｇ２だけ互いに離間していることが好ましい。
【００４９】
発生素子２０においては、駆動電極対２３を比較的大きく離間させることでキャリアの発生領域が大きくなり、電磁波Ｗ１の出力が向上する。また、検出素子３０においては、検出電極対３３の離間距離を小さくすることで検出精度を妨げ得る不要なキャリアの発生が抑制される。従って、検出信号内のノイズが抑制される。
【００５０】
なお、本実施例においては、発生素子２０は基板２１の全面に光伝導層２２を有し、検出素子３０は被照射領域３２Ｇ以外の検出電極対３３から露出した部分が除去された光伝導層３２を有する場合について説明した。また、本実施例においては、発生素子２０及び検出素子３０は、互いに同一サイズ及び同一形状の基板２１及び３１を有する場合について説明した。
【００５１】
しかし、光伝導層２２及び３２の構成はこれに限定されない。検出素子３０の光伝導層３２の上面３２Ｓの面積が発生素子２０の光伝導層２２の上面２２Ｓの面積よりも小さければよい。
【００５２】
また、上記した駆動電極対２３及び検出電極対３３の構成は一例に過ぎない。例えば、本実施例においては、駆動電極対２３及び検出電極対３３がダイポールアンテナを形成する場合について説明した。しかし、駆動電極対２３及び検出電極対３３は、例えば、ボウタイ型アンテナ、ストリップライン型アンテナ又はスパイラル型アンテナ等の任意のアンテナを形成するように構成及び配置されていてもよい。
【００５３】
上記したように、計測装置１０は、光伝導層２２及び駆動電極対２３を有する発生素子２０と、光伝導層３２及び検出電極対３３を有する検出素子３０とを有する。また、検出素子３０の光伝導層３２は、発生素子２０の光伝導層２２の上面２２Ｓよりも小さな上面３２Ｓを有する。これによって、高出力な発生素子２０及び高感度な検出素子３０を有する計測装置１０を提供することができる。
【００５４】
図５は、実施例１の変形例１に係る計測装置１０Ａにおける検出素子３０Ａの斜視図である。図６は、検出素子３０Ａの断面図であり、図５のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図５及び図６を用いて、計測装置１０Ａの検出素子３０Ａについて説明する。検出素子３０Ａは、光伝導層３２Ａの構成を除いては、計測装置１０の検出素子３０と同様の構成を有する。
【００５５】
検出素子３０Ａにおいては、光伝導層３２Ａが被照射領域３２Ｇおいて上面３２Ｓから突出した突出部３２Ｐを有する。本変形例においては、第１及び第２の電極膜３３Ａ及び３３Ｂにおける第１及び第２の対向部３３Ａ１及び３３Ｂ１間の領域（空間）は、光伝導層３２Ａの突出部３２Ｐによって充填されている。また、本変形例においては、光伝導層３２Ａは、検出電極対３３の上面と光伝導層３２Ａにおける突出部３２Ｐの上面とが同一平面となるように構成されている。
【００５６】
本変形例においては、突出部３２Ｐの上面は、パルス光Ｐ２の被照射領域３２Ｇとして機能する。また、突出部３２Ｐは、第１及び第２の電極膜３３Ａ及び３３Ｂ（第１及び第２の対向部３３Ａ１及び３３Ｂ１）に物理的且つ電気的に接している。従って、パルス光Ｐ２が突出部３２Ｐに照射されることで、突出部３２Ｐ内で励起キャリアが集中的に発生し、この突出部３２Ｐ内の励起キャリアに対応する電流（検出信号）が検出電極対３３に表れる。
【００５７】
従って、突出部３２Ｐ以外の光伝導層３２Ａの領域での検出動作、すなわちノイズの発生が抑制される。従って、検出素子３０Ａの検出感度及び検出精度が向上する。
【００５８】
図７は、実施例１の変形例２に係る計測装置１０Ｂにおける発生素子２０Ａの模式的な上面図である。また、図８は、実施例１の変形例３に係る計測装置１０Ｃにおける発生素子２０Ｂの模式的な上面図である。発生素子２０Ａ及び２０Ｂは、それぞれ光伝導層２２Ａ及び２２Ｂの構成を除いては、計測装置１０の発生素子２０と同様の構成を有する。
【００５９】
まず、光伝導層２２Ａにおいては、上面２２Ｓ１が矩形の形状を有する。また、光伝導層２２Ｂにおいては、上面２２Ｓ２が円形の形状を有する。光伝導層２２Ａ及び２２Ｂは、基板２１の全面に光伝導材料を層状に形成した後、その一部を除去することで形成することができる。
【００６０】
これらの変形例のように、基板２１の上面全体に光伝導層が設けられる必要はない。発生素子２０Ａ及び２０Ｂは、少なくとも検出素子３０の光伝導層３２の上面３２Ｓよりも大きな面積を有していればよい。これによって、検出素子３０に対して、高出力な電磁波Ｗ１を発生させることができる。
【００６１】
なお、本実施例においては、発生素子２０が電磁波発生用の光伝導素子であり、検出素子３０が電磁波検出用の光伝導素子である場合について説明した。しかし、例えば発生する電磁波の波形を優先し、また微弱な電磁波を高感度で検出する場合など、用途によっては、光伝導素子の構成が反対であってもよい。すなわち、大きな光伝導層２２の光伝導素子２０を検出素子として用い、小さな光伝導層３２の光伝導素子３０を発生素子として用いてもよい。この場合、光伝導素子３０の電極対３３には電源ＰＳを接続し、光伝導素子２０の電極対２３には計測器ＭＥを接続すればよい。
【００６２】
上記したように、本実施例においては、計測装置１０は、第１の基板２１、当該第１の基板２１上に形成され且つパルス光Ｐ１の被照射領域２２Ｇを有する第１の光伝導層２２及び当該第１の光伝導層２２上に形成され且つ被照射領域２２Ｇ上において互いに離間する第１の電極対２３を有する第１の光伝導素子２０を有する。
【００６３】
また、計測装置１０は、第２の基板３１、第２の基板２２上に形成され、第１の光伝導層２２の上面２２Ｓよりも小さな上面３２Ｓを有し且つパルス光Ｐ２の被照射領域３２Ｇを有する第２の光伝導層３２及び第２の光伝導層３２上に設けられ且つ被照射領域３２Ｇ上において互いに離間する第２の電極対３３を有する第２の光伝導素子３０を有する。従って、ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置１０を提供することができる。
【実施例２】
【００６４】
図９は、実施例２に係る計測装置４０の斜視図である。計測装置４０は、計測装置１０と同様の発生素子（第１の光伝導素子）２０と、電磁波Ｗ２を検出する電磁波検出素子（第２の光伝導素子、以下、単に検出素子と称する場合がある）５０とを有する。図１０は、発生素子２０及び検出素子５０の模式的な上面図である。
【００６５】
計測装置４０は、検出素子５０の構成を除いては、計測装置１０と同様の構成を有する。検出素子５０は、基板（第１の基板）５１と、基板５１上に形成され且つパルス光Ｐ２が照射される光伝導層（第２の光伝導層）５２と、基板５１上に形成され且つ光伝導層５２を挟んで互いに離間する一対の検出電極（第２の電極対、以下、検出電極対と称する場合がある）５３とを有する。
【００６６】
本実施例においては、基板５１の一部の上面領域（部分上面領域）５１Ｇが光伝導層５２の形成用領域として機能し、光伝導層５２は基板５１の部分上面領域５１Ｇ上に形成されている。また、検出電極対５３は、基板５１上に形成され、部分上面領域５１Ｇ上において光伝導層５２を挟む。また検出電極対５３は、光伝導層５２の側面に接している。
【００６７】
本実施例においては、検出電極対５３は、光伝導層５２を介して所定距離Ｇ２だけ互いに離間し、その各々の側面が光伝導層５２の側面に接する第１及び第２の電極膜５３Ａ及び５３Ｂからなる。第１及び第２の電極膜５３Ａ及び５３Ｂは、検出素子３０の検出電極対３３における第１及び第２の電極膜３３Ａ及び３３Ｂと同様の材料からなる。
【００６８】
また、第１及び第２の電極膜５３Ａ及び５３Ｂは、光伝導層５２を挟んで互いに対向し第１及び第２の対向部５３Ａ１及び５３Ｂ１を有する。本実施例においては、第１及び第２の対向部５３Ａ１及び５３Ｂ１が光伝導層５２に接する。また、第１の電極膜５３Ａは、第１の対向部５３Ａ１に接続された第１の接続部５３Ａ２を有する。また、第２の電極膜５３Ｂは、第２の対向部５３Ｂ１に接続された第２の接続部５３Ｂ２を有する。
【００６９】
本実施例においては、光伝導層５２は、基板５１上における部分上面領域５１Ｇ上のみに形成されている。一方、本実施例においては、発生素子２０の光伝導層２２は、基板２１上の全体に形成されている。なお、本実施例においても、検出素子５０の光伝導層５２は、発生素子２０の光伝導層２２の上面２２Ｓよりも小さな上面５２Ｓを有する。
【００７０】
本実施例においては、光伝導層５２は、その上面５２Ｓの全体がパルス光Ｐ２の被照射領域５２Ｇとして形成されている。また、光伝導層５２は、その全体が電磁波Ｗ２の検出領域として機能する。このように、例えば、発生素子２０によって十分な出力の電磁波Ｗ１を発生させることによって、検出電極対５３の間のみに光伝導層５２を設けることが可能となる。本実施例においては、検出される電磁波Ｗ２の信号にノイズが含まれることが大幅に抑制される。従って、検出素子５０における電磁波Ｗ２の検出感度及び検出精度が大幅に向上する。
【００７１】
なお、本実施例においては、発生素子２０が基板２１の上面全体に光伝導層２２を有する場合について説明した。しかし、本実施例においても、発生素子２０の光伝導層２２は、検出素子５０の光伝導層５２よりも大きな上面２２Ｓを有していれば、基板２１の上面全体に設けられていなくてもよい。例えば、計測装置４０は、発生素子２０に代えて、計測装置１０Ｂにおける発生素子２０Ａ又は計測装置１０Ｃにおける発生素子２０Ｂを有していてもよい。
【００７２】
また、検出素子５０の光伝導層５２は、発生素子２０の光伝導層２２よりも小さい上面５２Ｓを有していれば、部分上面領域５１Ｇ以外の他の領域上に形成されていてもよい。すなわち、光伝導層５２においては、その上面５２Ｓの全体がパルス光Ｐ２の被照射領域５２Ｇとして機能する場合に限定されない。光伝導層５２は、光伝導層２２の上面２２Ｓよりも小さな上面５２Ｓを有し且つパルス光Ｐ２の被照射領域５２Ｇを有していればよい。
【００７３】
上記したように、本実施例においては、計測装置４０は、第１の基板２１、第１の基板２１上に形成され且つパルス光Ｐ１の被照射領域２２Ｇを有する第１の光伝導層２２及び第１の光伝導層２２上に形成され且つ被照射領域２２Ｇ上において互いに離間する第１の電極対２３を有する第１の光伝導素子２０と、第２の基板５１、第２の基板５１上に形成されて第１の光伝導層２２の上面２２Ｓよりも小さな上面５２Ｓを有し且つパルス光Ｐ２の被照射領域を有する第２の光伝導層５２及び第２の基板５１上に形成され且つ被照射領域５１Ｇにおいて第２の光伝導層５２を挟む第２の電極対５３を有する第２の光伝導素子５０と、を有する。従って、ダイナミックレンジが大きく且つ高感度で電磁波を検出することが可能な電磁波計測装置４０を提供することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、４０  電磁波計測装置
２０、２０Ａ、２０Ｂ  電磁波発生素子
２２、２２Ａ、２２Ｂ  光伝導層
３０、３０Ａ、５０  電磁波検出素子
３２、３２Ａ、５２  光伝導層
【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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