(57)【要約】【課題】有機半導体の特性を有効に分析する技術を提供する。【解決手段】検査装置１は、有機半導体を含む有機半導体試料９を検査する装置検査装置である。有機半導体試料９は、有機半導体を含む有機半導体層９１、および、有機半導体層９１に接しており第１金属材料を含む第１金属層９２を有する。検査装置１は、有機半導体試料を保持するステージ１０と、有機半導体試料９に向けてテラヘルツ波ＬＴ１を放射させる検査光ＬＰ１１を照射する光照射部２０と、検査光ＬＰ１１の照射に応じて有機半導体試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１を検出する検出部３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体を含む有機半導体試料を検査する検査装置であって、
有機半導体を含む有機半導体層、および、前記有機半導体層に接しており第１金属材料を含む第１金属層を有する有機半導体試料を保持する保持部と、
前記保持部に保持される前記有機半導体試料に向けてテラヘルツ波を放射させる検査光を照射する光照射部と、
前記検査光の照射に応じて前記有機半導体試料から放射される前記テラヘルツ波を検出する検出部と、
を備える、検査装置。
【請求項２】
請求項１の検査装置であって、
前記検出部は、スパイラル型の光伝導アンテナを含む、検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の検査装置であって、
前記光照射部は、
前記保持部に保持された前記有機半導体試料における前記検査光が照射される位置を変更する照射位置変更部、
を含む、検査装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項の検査装置であって、
前記保持部は、前記有機半導体試料の前記第１金属層に前記検査光が入射するように、前記有機半導体試料を保持する、検査装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項の検査装置であって、
前記光照射部は、光源から出力された光の波長を変換する波長変換部を備え、
前記検査光は、前記波長変換部により波長が変換された光である、検査装置。
【請求項６】
有機半導体を含む有機半導体試料であって、
ｎ型またはｐ型の有機半導体を含む有機半導体層と、
前記有機半導体層に接しており、第１金属材料を含む第１金属層と、
を備え、
前記有機半導体がｎ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも大きく、
前記有機半導体がｐ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも小さい、有機半導体試料。
【請求項７】
請求項６の有機半導体試料であって、
前記第１金属層が透明性を有する、有機半導体試料。
【請求項８】
請求項６または請求項７の有機半導体試料であって、
前記有機半導体層の前記第１金属層とは反対側に設けられ、第２金属材料を含む非透明性の第２金属層、
をさらに備える、有機半導体試料。
【請求項９】
有機半導体を有する有機半導体試料を検査する検査方法であって、
（ａ）有機半導体を含む有機半導体層、および、前記有機半導体層に接しており第１金属材料を含む第１金属層を有する有機半導体試料を準備する工程と、
（ｂ）前記有機半導体試料に向けて検査光を照射する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）により、前記有機半導体試料から放射されるテラヘルツ波を検出する工程と、
を含む、検査方法。
【請求項１０】
請求項９の検査方法であって、
前記有機半導体層は、ｎ型またはｐ型の有機半導体を含み、
前記有機半導体がｎ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも大きく、
前記有機半導体がｐ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも小さい、検査方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０の検査方法であって、
前記第１金属層が透明性を有する、検査方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれか１項の検査方法であって、
前記有機半導体層の前記第１金属層とは反対側に形成され、第２金属材料を含む非透明性の第２金属層、をさらに備える、検査方法。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のいずれか１項の検査方法であって、
前記工程（ｃ）は、
スパイラル型の光伝導アンテナにより、前記テラヘルツ波を検出する工程、
を含む、検査方法。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のいずれか１項の検査方法であって、
前記工程（ｂ）は、
光源から出力された光を波長変換することにより、前記検査光を得る工程、
を含む、検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機半導体試料を検査する技術に関する。有機半導体試料には、有機材料を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）、太陽電池などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体の研究開発が進み、省エネ、フレキシブル性を特長とした有機半導体の応用分野、例えば、有機ＥＬディスプレイ、有機トランジスタデバイス、および、有機太陽電池などの市場が広がりつつある（非特許文献１参照）。特に、有機半導体を利用した太陽電池などの光電効果を利用したデバイスは、有機半導体の持つフレキシブル性や、吸収波長に関して材料選択の範囲が大きいなどの理由により、多用途利用または低価格化が期待されている。
【０００３】
ところで、有機半導体の光電効果の効率に関しては、現状のところ、必ずしも十分ではない。例えば、有機太陽電池の例では、変換効率がおおよそ１０％であり、シリコン太陽電池などの変換効率（例えば約２０％）よりも著しく低い。このため、変換効率の改善が強く望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】筒井哲夫、有機半導体―基礎概念の構築から応用まで―、応用物理、第７８巻、第５号、４４７〜４５７頁、２００９年５月１０日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機半導体の特性を分析するためには、光キャリアの生成・輸送といったキャリアの動的な振る舞いを解析することが重要と考えられるが、その分析の具体的手段は限られている。このため、有機半導体の特性を分析するための技術開発が求められている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、有機半導体の特性を有効に分析する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、第１態様は、有機半導体を含む有機半導体試料を検査する検査装置であって、有機半導体を含む有機半導体層、および、前記有機半導体層に接しており第１金属材料を含む第１金属層を有する有機半導体試料を保持する保持部と、前記保持部に保持される前記有機半導体試料に向けてテラヘルツ波を放射させる検査光を照射する光照射部と、前記検査光の照射に応じて前記有機半導体試料から放射される前記テラヘルツ波を検出する検出部とを備える。
【０００８】
第２態様は、第１態様の検査装置であって、前記検出部は、スパイラル型の光伝導アンテナを含む。
【０００９】
第３態様は、第１態様または第２態様の検査装置であって、前記光照射部は、前記保持部に保持された前記有機半導体試料における前記検査光が照射される位置を変更する照射位置変更部を含む。
【００１０】
第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか１つの検査装置であって、前記保持部は、前記有機半導体試料の前記第１金属層に前記検査光が入射するように、前記有機半導体試料を保持する。
【００１１】
第５態様は、第１態様から第４態様のいずれか１つの検査装置であって、前記光照射部は、光源から出力された光の波長を変換する波長変換部を備え、前記検査光は、前記波長変換部により波長が変換された光である。
【００１２】
第６態様は、有機半導体を含む有機半導体試料であって、ｎ型またはｐ型の有機半導体を含む有機半導体層と、前記有機半導体層に接しており、第１金属材料を含む第１金属層と、を備え、前記有機半導体がｎ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも大きく、前記有機半導体がｐ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも小さい。
【００１３】
第７態様は、第６態様の有機半導体試料であって、前記第１金属層が透明性を有する。
【００１４】
第８態様は、第６態様または第７態様の有機半導体試料であって、前記有機半導体層の前記第１金属層とは反対側に設けられ、第２金属材料を含む非透明性の第２金属層をさらに備える。
【００１５】
第９態様は、有機半導体を有する有機半導体試料を検査する検査方法であって、（ａ）有機半導体を含む有機半導体層、および、前記有機半導体層に接しており第１金属材料を含む第１金属層を有する有機半導体試料を準備する工程と、（ｂ）前記有機半導体試料に向けて検査光を照射する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）により、前記有機半導体試料から放射されるテラヘルツ波を検出する工程とを含む。
【００１６】
第１０態様は、第９態様の検査方法であって、前記有機半導体層は、ｎ型またはｐ型の有機半導体を含み、前記有機半導体がｎ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも大きく、前記有機半導体がｐ型である場合、前記第１金属材料の仕事関数が前記有機半導体の仕事関数よりも小さい。
【００１７】
第１１態様は、第９態様または第１０態様の検査方法であって、前記第１金属層が透明性を有する。
【００１８】
第１２態様は、第９態様から第１１態様のいずれか１つの検査方法であって、前記有機半導体層の前記第１金属層とは反対側に形成され、第２金属材料を含む非透明性の第２金属層をさらに備える。
【００１９】
第１３態様は、第９態様から第１２態様のいずれか１つの検査方法であって、前記工程（ｃ）は、スパイラル型の光伝導アンテナにより、前記テラヘルツ波を検出する工程を含む。
【００２０】
第１４態様は、第９態様から第１３態様のいずれか１つの検査方法であって、前記工程（ｂ）は、光源から出力された光を波長変換することにより、前記検査光を得る工程を含む。
【発明の効果】
【００２１】
第１態様の検査装置によると、有機半導体層と第１金属層との界面に形成されるショットキー障壁の空乏層に、検査光が照射されると、テラヘルツ波が発生する。このテラヘルツ波を検出することにより、有機半導体試料の特性を検査することができる。
【００２２】
第２態様の検査装置によると、スパイラル型の光伝導アンテナを採用することにより、その他の種類の光伝導アンテナ（ダイポール型、ボウタイ型）よりも低周波を高感度で検出することができる。これにより、有機半導体試料から放射されるテラヘルツ波を良好に検出することができる。
【００２３】
第３態様の検査装置によると、有機半導体試料の各位置で放射されるテラヘルツ波を測定することができる。
【００２４】
第４態様の検査装置によると、検査光が第１金属層を通過して第１金属層と有機半導体層の界面に照射されることによって、テラヘルツ波を発生させることができる。
【００２５】
第５態様の検査装置によると、光源から出力された光を、波長変換部が、有機半導体試料における吸収係数が高い波長に変換することによって、有機半導体試料から高強度のテラヘルツ波を放射させることができる。
【００２６】
第６態様の有機半導体試料によると、有機半導体層と第１金属層との間のショットキー障壁が形成されることにより、これらの層間に空乏層が形成される。これにより、有機半導体層から高強度のテラヘルツ波を放射させることができる。
【００２７】
第７態様の有機半導体試料によると、透明な第１金属層に検査光を入射させることにより、第１金属層と有機半導体層の界面でテラヘルツ波を発生させることができる。
【００２８】
第８態様の有機半導体試料によると、第１金属層と有機半導体層との間のショットキー障壁により発生するテラヘルツ波を、非透明の第２金属層で反射させることができる。これにより、第１金属層の側に放射されるテラヘルツ波を強めることができる。
【００２９】
第９態様の検査方法によると、有機半導体層と第１金属層との界面に形成されるショットキー障壁の空乏層に検査光が照射されると、テラヘルツ波が発生する。このテラヘルツ波を検出することにより、有機半導体試料の特性を検査することができる。
【００３０】
第１０態様の検査方法によると、有機半導体層を構成するｎ型またはｐ型の有機半導体の仕事関数に応じた仕事関数の第１金属材料を採用するため、有機半導体層と第１金属層との間のショットキー障壁を形成することができる。これにより、有機半導体層から高強度のテラヘルツ波を放射させることができる。
【００３１】
第１１態様の検査方法によると、第１金属層が透明性を有するため、第１金属層上に検査光を照射した場合に、当該検査光が第１金属層を透過して、有機半導体層と第１金属層との界面に到達することができる。これにより、テラヘルツ波を発生させることができる。
【００３２】
第１２態様の検査方法によると、第１金属層と有機半導体層との間のショットキー障壁により発生するテラヘルツ波を、非透明の第２金属層で反射させることができる。これにより、第１金属層の側に放射されるテラヘルツ波を強めることができる。
【００３３】
第１３態様の検査方法によると、スパイラル型の光伝導アンテナを採用することにより、その他の種類の光伝導アンテナ（ダイポール型、ボウタイ型）よりも低周波を高感度で検出することができる。これにより、有機半導体試料から放射されるテラヘルツ波を良好に検出することができる。
【００３４】
第１４態様の検査方法によると、光源から出力された光を、波長変換部が、有機半導体試料における吸収係数が高い波長に変換することによって、有機半導体試料から高強度のテラヘルツ波を放射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、実施形態の検査装置１の概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態の検査装置１の光照射部２０および検出部３０を示す概略構成図である。
【図３】図３は、有機半導体試料９の第１構成例を示す概略断面図である。
【図４】図４は、有機半導体試料９の第２構成例を示す概略断面図である。
【図５】図５は、有機半導体試料９の第３構成例を示す概略断面図である。
【図６】図６は、スパイラル型の光伝導アンテナ３１０の概略平面図である。
【図７】図７は、実施形態の検査装置１の動作を示す流れ図である。
【図８】図８は、時間波形ＴＷ１を示す図である。
【図９】図９は、異なる波長の検査光ＬＰ１１で発生する時間波形ＴＷ１〜ＴＷ３を示す図である。
【図１０】図１０は、時間波形ＴＷ４を示す図である。
【図１１】図１１は、電界強度分布画像Ｉｍｇ１の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、変形例に係る検査光ＬＰ１１の照射態様を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。
【００３７】
＜１．  実施形態＞
図１は、実施形態の検査装置１の概略構成図である。図２は、実施形態の検査装置１の光照射部２０および検出部３０を示す概略構成図である。検査装置１は、検査対象物である半導体試料に対し、所定波長のパルス光を照射し、その光の照射に応じて有機半導体試料９が放射するテラヘルツ領域（具体的には、周波数が０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ）の電磁波（以下、「テラヘルツ波」と称する。）を検出する装置である。検査装置１は、有機半導体試料９から放射されるテラヘルツ波を検出することにより、当該有機半導体試料９の特性を検査する。有機半導体試料９は、例えば、有機太陽電池または有機ＬＥＤなど、有機半導体の光電効果を利用するデバイスである。有機半導体試料９の構成例については、後述する。
【００３８】
図１に示すように、検査装置１は、ステージ１０、光照射部２０、検出部３０、遅延部４０（図２参照）、ステージ駆動部５０および制御部７０を備えている。
【００３９】
ステージ１０は、上面が平坦面である略板状に形成された部材であり、図示を省略する固定手段により、その上面に板状の有機半導体試料９を保持する。固定手段としては、有機半導体試料９の両端部を挟持する挟持具、有機半導体試料９の裏側主面に粘着する粘着シート、ステージ１０の表面に形成される吸着孔からエアを吸引する吸着手段など、種々のものが考えられる。なお、挟持具のように有機半導体試料９を挟持するものである場合、当該挟持具は、金属製よりも樹脂製である方が好ましい。ステージ１０は、有機半導体試料を保持する保持部の一例である。
【００４０】
＜光照射部２０＞
図２に示すように、光照射部２０は、フェムト秒レーザ２１を備えている。フェムト秒レーザ２１は、例えば波長が２８０ｎｍ（ナノメートル）以上１．５μｍ（マイクロメートル）以下のパルス光ＬＰ１を発振する。フェムト秒レーザ２１としては、例えば、発振波長が８００ｎｍ（ナノメートル）のチタンサファイヤレーザ、発振波長が１μｍ，１．５μｍのファイバーレーザなどが好適である。もちろん、フェムト秒レーザ２１は、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）の可視光波長など、その他の波長領域のパルス光ＬＰ１を発振してもよい。
【００４１】
また、パルス光ＬＰ１は、例えば、パルス周期が１ｋＨｚ（キロヘルツ）〜３００ＭＨｚ（メガヘルツ）、パルス幅が１０〜１５０ｆｓ（フェムト秒）程度の直線偏光である。
【００４２】
フェムト秒レーザ２１が発振したパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢＥ１により２方向に分割される。分割後の一方は波長変換ユニット２３に入力され、他方は後述する遅延部４０に入力される。
【００４３】
波長変換ユニット２３は、入力された光の波長を変換して出力する装置である。波長変換ユニット２３は、フェムト秒レーザ２１から出力されるパルス光ＬＰ１から、有機半導体試料９の吸収帯域に対応する波長（例えば、２８０ｎｍ，３６０ｎｍ，４１０ｎｍ，５００ｎｍ）などのフェムト秒レーザ光を得るための装置である。波長変換ユニット２３は、例えば、非線形光学結晶（例えば、ＬｉＴａＯ３（ＬＴ），ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ））を備えており、入力されたパルス光ＬＰ１の２倍波または３倍波を発生させる。なお、波長変換ユニット２３は、擬似位相整合技術を組み込み、波長の変換効率を高めてもよい。波長変換ユニット２３から出力されたパルス光は、検査光ＬＰ１１として有機半導体試料９に照射される。
【００４４】
ステージ１０は、有機半導体試料９の上面側（後述する第１金属層９２の側）に検査光ＬＰ１１が入射するように、有機半導体試料９を保持している。光照射部２０は、検査光ＬＰ１１の光軸が有機半導体試料９の上面に対して斜めになるように、検査光ＬＰ１１を有機半導体試料９に照射する。
【００４５】
本実施形態では、有機半導体試料９の上面に対する検査光ＬＰ１１の入射角度は、４５°である。ただし、入射角度は、これに限定されるものではなく、０°から９０°の範囲内で任意に設定し得る。また、検査光ＬＰ１１の入射角度が変更できるように、光照射部２０が構成されていてもよい。
【００４６】
光照射部２０は、検査光ＬＰ１１を、有機半導体試料９の上面のうち一部に対して照射される。具体的には、有機半導体試料９の上面における検査光ＬＰ１１のスポット径（照射径）が、例えば１μｍ〜１０ｍｍとされる。
【００４７】
図３は、有機半導体試料９の第１構成例を示す概略断面図である。有機半導体試料９は、有機半導体層９１、第１金属層９２および第２金属層９３を備えている。第１金属層９２は、有機半導体層９１の両側の主面（最も面積が大きい面）のうち一方に接するように、設けられている。また、第２金属層９３は、有機半導体層９１の第１金属層９２とは反対側に形成されている。本例では、有機半導体層９１の他方の主面に接するように設けられている。すなわち、有機半導体試料９は、下から順に、第２金属層９３、有機半導体層９１、第１金属層９２を備えている。なお、有機半導体層９１〜第２金属層９３は、例えば基板上に形成されていてもよい。
【００４８】
有機半導体層９１は、ｎ型またはｐ型の有機半導体を含む。具体的に、例えば、フラーレン（Ｃ６０）は、ｎ型の有機半導体として機能し得る。ポリチオフェンは、ｐ型の有機半導体として機能し得る。また、キナクリドンは、ｐ型の有機半導体として機能し得る。なお、有機半導体は、有機材料だけでなく無機材料を含んでいてもよい。すなわち、有機材料と無機材料とが化学的に結合した状態であってもよい。
【００４９】
第１金属層９２は、導電性の第１金属材料を含む。第１金属層９２は、検査光ＬＰ１１を透過させることが可能な程度の透明性（例えば、透過率５０％以上）を有する。第１金属層９２は、検査光ＬＰ１１を高透過率（例えば、透過率８０％以上）で透過させる構造であることが望ましい。第１金属層９２は、具体的には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化チタンなどの第１金属材料を含む。
【００５０】
有機半導体試料９においては、有機半導体層９１と第１金属層９２との界面にショットキー障壁が形成されるように、第１金属材料が選択される。具体的に、ｎ型の有機半導体である場合、仕事関数が、有機半導体の仕事関数よりも大きい金属材料が、第１金属材料として選択される。また、ｐ型の有機半導体である場合、仕事関数が、有機半導体の仕事関数よりも小さい金属材料が、上記第１金属材料として選択される。このように有機半導体の型及び仕事関数に応じて第１金属材料を選択することにより、有機半導体層９１と第１金属層９２との界面にショットキー障壁を形成することができる。
【００５１】
例えば、ｎ型の有機半導体として有機半導体がフラーレン（Ｃ６０）を利用する場合について検討する。この場合、第１金属層９２の第１金属材料として、フラーレン（Ｃ６０）の仕事関数（約４．２ｅＶ）よりも仕事関数が大きいものとして、ＩＴＯ（仕事関数：４．６〜５．０ｅＶ）を選択するとよい。
【００５２】
また、ｐ型の有機半導体として、キナクリドンを利用する場合について検討する。キナクリドンの仕事関数が５．３ｅＶである場合、第１金属層９２の第１金属材料として、この仕事関数よりも小さいものとして、ＩＴＯを選択するとよい。
【００５３】
有機半導体層９１と第１金属層９２の界面にショットキー障壁が形成されると、当該界面に、空乏層の領域が形成される。検査光ＬＰ１１がこの空乏層に照射されると、光キャリアが発生するとともに、当該光キャリアが空乏層の内部電界によって加速されると考えられる。これにより、有機半導体試料９においてテラヘルツ波が発生し得る。
【００５４】
第２金属層９３は、導電性の第２金属材料を含む。第２金属材料は、第１金属材料と同じでもよいし、第１金属材料とは異なっていてもよい。
【００５５】
第２金属層９３は、例えばテラヘルツ波を反射する性質の金属（例えばアルミニウムなど）を含むとよい。これにより、有機半導体層９１と第１金属層９２との界面で発生したテラヘルツ波ＬＴ１を、第２金属層９３で反射し、有機半導体試料９の有機半導体層９１側から放射される。したがって、有機半導体試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１を増大させ得る。
【００５６】
図３に示す第１構成例の場合、有機半導体層９１の両側主面のうち、第１金属層９２が形成されている主面側から検査光ＬＰ１１を照射するとよい。検査光ＬＰ１１が、透明性を有する第１金属層９２を透過して、有機半導体層９１と第１金属層９２の界面に到達することにより、有機半導体試料９においてテラヘルツ波ＬＴ１を発生させ得る。
【００５７】
なお、有機半導体試料９が第２金属層９３を備えていることは必須ではなく、省略されてもよい。図４は、有機半導体試料９の第２構成例を示す概略断面図である。図４に示す第２構成例では、第２金属層９３が省略されている。
【００５８】
この場合、図３に示す第１構成例のときと同様に、有機半導体層９１の両側主面のうち、第１金属層９２が形成されている主面側から検査光ＬＰ１１を照射するとよい。検査光ＬＰ１１が透明性を有する第１金属層９２を透過して、有機半導体層９１と第１金属層９２の界面に到達することにより、有機半導体試料９においてテラヘルツ波ＬＴ１を発生させ得る。
【００５９】
図５は、有機半導体試料９の第３構成例を示す概略断面図である。図５に示す例では、有機半導体試料９において、第２金属層９３が省略されており、有機半導体層９１の下側に第１金属層９２が配された状態で、検査光ＬＰ１１が有機半導体層９１の第１金属層９２とは反対側の上面に照射される。この場合、検査光ＬＰ１１が有機半導体層９１を透過して、有機半導体層９１と第１金属層９２の界面に到達することで、テラヘルツ波ＬＴ１を発生させ得る。
【００６０】
なお、図５に示す第３構成例の場合、第１金属層９２は、検査光ＬＰ１１を透過させない構造であることが望ましい。この場合、第１金属材料として、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）またはスズ（Ｓｎ）等が選択され得る。
【００６１】
図２に示すように、検査装置１は、電圧印加回路１５を備える。電圧印加回路１５は、有機半導体試料９に電圧を印加可能に構成されている。例えば、図３に示すように、有機半導体試料９が有機半導体層９１を挟んで両側に電極（第１金属層９２及び第２金属層９３）を有する場合、電圧印加回路１５は、これらに電気的に接続されて電圧を印加する。電圧印加回路１５は、例えば、有機半導体試料９の上面の電極に直に接触する針状等に形成されたプローブピンを備えるとよい。また、電圧印加回路１５は、ステージ１０の上面に設けられた有機半導体試料９の下面側の電極に接触する電極部を備えるとよい。
【００６２】
電圧印加回路１５が、有機半導体試料９における空乏層を拡大するように逆バイアス電圧を印加することにより、ショットキー障壁により形成された空乏層の幅が大きくなり、内部電界が大きくなる。これにより、放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の強度が大きくなるため、検出器３１において検出されるテラヘルツ波ＬＴ１の信号強度を高めることができる。なお、電圧印加回路１５は、検査装置１において必須ではなく、省略可能である。
【００６３】
＜検出部３０＞
検出部３０は、検査光ＬＰ１１の照射に応じて有機半導体試料９が放射するテラヘルツ波ＬＴ１を検出する。具体的に、検出部３０は、検出器３１を備えている。検出器３１は、検査光ＬＰ１１が入射する有機半導体試料９表面と同一の面側に放射されるテラヘルツ波ＬＴ１を検出するように設けられている。検出器３１は、本例では、スパイラル型の光伝導アンテナ３１０を含む。
【００６４】
図６は、スパイラル型の光伝導アンテナ３１０の概略平面図である。光伝導アンテナ３１０は、検出用光ＬＰ２１が入射したときに電子および正孔を生成する光伝導膜３１１、および、光伝導膜３１１上に平行に形成された金属製の一対の平行伝送線３１２，３１２（電極）を備える。一対の平行伝送線３１２，３１２各々の中央部には、内向きに渦巻き状に延びてギャップ（たとえば５〜１０μｍ）を形成する一対の突出部（アンテナ３１３）が設けられている。また、一対の平行伝送線３１２、３１２間には、電流計３１４が接続されている。
【００６５】
アンテナ３１３，３１３間のギャップに検出用光ＬＰ２１が照射されると、光伝導膜３１１において光キャリアが生成される。光キャリアが生成されても、テラヘルツ波ＬＴ１がギャップに入射していない状態では、ギャップに電位差が生じていないため、アンテナ３１３，３１３間に電流は発生しない。一方、ギャップにテラヘルツ波ＬＴ１が検出用光ＬＰ２１と重なるタイミングで入射すると、アンテナ３１３，３１３間にテラヘルツ波ＬＴ１の強度に比例した電位差が瞬時的に発生するため、光キャリアがギャップ間を移動することで電流が発生する。したがって、ギャップ間を流れる電流を電流計３１４で測定することによって、テラヘルツ波ＬＴ１の強度（電位）を測定することができる。電流計３１４によって測定された電流量は、図示しないロックインアンプやＡ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換され、制御部７０に取り込まれる。
【００６６】
このように、検出部３０の検出器３１は、光伝導アンテナを備えることにより、検出用光ＬＰ２１の入射に応じて有機半導体試料９が放射するテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度を検出する。なお、検出器３１は、光伝導アンテナ以外の素子、例えば非線形光学結晶を備えていてもよい。
【００６７】
＜遅延部４０＞
遅延部４０は、検出用光ＬＰ２１に遅延を与える遅延機構である。図２に示すように、遅延部４０は、遅延ステージ４１および遅延ステージ駆動部４３を備えている。
【００６８】
遅延ステージ４１は、検出用光ＬＰ２１の光路上に設けられている。遅延ステージ４１は、検出用光ＬＰ２１を反射する反射ミラー４１Ｍを備えている。本例では、反射ミラー４１Ｍは、９０°の角度をなすように配された２つの反射面を備えており、検出用光ＬＰ２１の反射方向が当該検出用光ＬＰ２１の入射方向と平行であり、かつ、検出用光ＬＰ２１の入射時の光軸を平行にずらして反射させる。反射ミラー４１Ｍで反射したＬＰ２１は、その光路上に配されたミラー群で反射して、検出器３１に導かれる。
【００６９】
遅延ステージ駆動部４３は、遅延ステージ４１を、反射ミラー４１Ｍに入射する検出用光ＬＰ２１の光路に沿って直線的に往復移動させる。この遅延ステージ４１の移動により、検出用光ＬＰ２１の光路長が変更されるため、検出用光ＬＰ２１が検出器３１に到達する時間が遅延されることとなる。すなわち、検出器３１がテラヘルツ波ＬＴ１を検出するタイミングが遅延される。有機半導体試料９が放射するテラヘルツ波ＬＴ１は、パルス波である。このため、検出用光ＬＰ２１に遅延を与えることにより、有機半導体試料９からパルス状に放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の強度を異なる位相毎に検出し得る。後述する波形復元部７０４は、検出されたテラヘルツ波ＬＴ１の異なる位相毎の強度に基づき、テラヘルツ波ＬＴ１の波形を復元する。
【００７０】
なお、本実施形態では、遅延部４０は、検出用光ＬＰ２１に遅延を与えている。しかしながら、検査光ＬＰ１１に遅延を与えるようにしてもよい。具体的には、検査光ＬＰ１１の光路上に遅延ステージ４１を設けて、その遅延ステージ４１を遅延ステージ駆動部４３により移動させることにより、検査光ＬＰ１１の光路長を変更するとよい。これにより、有機半導体試料９に検査光ＬＰ１１が入射するタイミングを遅延でき、もって、テラヘルツ波ＬＴ１が発生するタイミング、ひいては、テラヘルツ波ＬＴ１が検出器３１に到達するタイミングを遅延できる。したがって、検査光ＬＰ１１に遅延を与えることによっても、テラヘルツ波ＬＴ１の強度を異なる位相毎に検出し得る。
【００７１】
＜ステージ駆動部５０＞
ステージ駆動部５０は、ステージ１０をその上面に平行な水平面内に沿って、光照射部２０および検出部３０に対して相対的に移動させる。これによって、検査装置１は、ステージ１０の上面に保持された有機半導体試料９の上面（第１金属層９２）の任意の部分を、検査光ＬＰ１１で走査する。ステージ駆動部５０は、ステージ１０に保持された有機半導体試料９の上面に対する、検査光ＬＰ１１の照射位置（入射位置）を変更する照射位置変更部（走査機構）の一例である。
【００７２】
なお、照射位置変更部は、ステージ駆動部５０のような構成に限定されない。例えば、光照射部２０を水平面内で移動させる機構を設けてもよい。光照射部２０を水平面内で移動させることにより、ステージ１０に保持された有機半導体試料９の表面を、検査光ＬＰ１１で走査し得る。また、検査光ＬＰ１１の光路を変更する光路変更手段を設けてもよい。この光路変更手段で検査光ＬＰ１１の光路を変更することにより、有機半導体試料９の表面を検査光ＬＰ１１で走査し得る。
【００７３】
＜制御部７０＞
制御部７０は、検査装置１の動作を制御する。制御部７０は、一般的なコンピュータとしての構成（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなど）を備える。また、制御部７０は、記憶部７２を備えている。記憶部７２は、ＲＡＭなどの一時的に情報を記憶するものであってもよい。さらに、制御部７０には、各種情報を表示する液晶ディスプレイで構成される表示部７４、および、キーボードやマウス等の各種入力デバイスで構成される操作部７６が接続されている。
【００７４】
制御部７０のＣＰＵが所定の制御プログラムに従って動作することにより、制御部７０は、波長設定部７０１、ステージ駆動制御部７０２、遅延ステージ駆動制御部７０３、波形復元部７０４、および、画像生成部７０７として機能する。
【００７５】
波長設定部７０１は、光照射部２０の波長変換ユニット２３が出力する検査光ＬＰ１１の波長を設定する。波長設定部７０１は、例えば、操作部７６を介したオペレータからの操作入力を受け付けることにより、検査光ＬＰ１１の波長を設定する。
【００７６】
ステージ駆動制御部７０２は、ステージ駆動部５０を制御する。ステージ駆動制御部７０２は、オペレータによる有機半導体試料９上の検査対象箇所を指定する操作入力を、操作部７６を介して受け付ける。ステージ駆動制御部７０２は、受け付けた操作入力に基づきステージ駆動部５０を制御することにより、その検査対象箇所が検査光ＬＰ１１の照射位置に合うように、ステージ１０を移動させる。また、ステージ駆動制御部７０２は、オペレータが検査したい検査対象範囲を指定する操作入力を受け付ける。そして、ステージ駆動制御部７０２は、受け付けた検査対象範囲が検査光ＬＰ１１で走査されるように、ステージ１０を移動させる。
【００７７】
遅延ステージ駆動制御部７０３は、遅延ステージ駆動部４３を制御する。遅延ステージ駆動制御部７０３は、遅延ステージ４１を移動させることにより、検出用光ＬＰ２１に遅延を付与する。上述したように、検出用光ＬＰ２１に遅延を付与することにより、検出器３１がパルス状に発生するテラヘルツ波ＬＴ１の電界強度を位相毎に検出することが可能となる。
【００７８】
波形復元部７０４は、テラヘルツ波ＬＴ１の時間波形を復元する。より詳細には、波形復元部７０４は、遅延付与により取得されたテラヘルツ波ＬＴ１の位相毎の電界強度を、横軸を時間（位相）、縦軸を電界強度とする二次元座標上にプロットする。これにより、時間（位相）軸における電界強度の変化、すなわちテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元される。
【００７９】
画像生成部７０７は、有機半導体試料９の各地点において、検査光ＬＰ１１の照射に応じて発生したテラヘルツ波ＬＴ１の強度の分布（面内分布）を示す電界強度分布画像Ｉｍｇ１を生成する。電界強度分布画像は、有機半導体試料９の各地点の電界強度の相違を、色、濃淡、又は、模様等で視覚的に示す画像である。
【００８０】
＜１．２  検査装置１の動作説明＞
図７は、実施形態の検査装置１の動作を示す流れ図である。なお、以下に説明する各動作は、特に断らない限り、制御部７０の制御下で行われるものとする。
【００８１】
有機半導体試料９が検査装置１に搬入され、ステージ１０に保持される（ステップＳ１）。この搬入動作は、作業者が人手で行ってもよいし、ロボットなどの搬送装置が行ってもよい。ステージ１０に搬入された有機半導体試料９は、ステージ１０上の一定位置に保持される。ステージ１０は、有機半導体試料９の表面に検査光ＬＰ１１が入射する姿勢で有機半導体試料９を保持する。
【００８２】
検査装置１がステージ１０に保持された後、制御部７０は、波長の設定を行う（ステップＳ２）。具体的には、波長設定部７０１が、オペレータの操作入力に基づいて、波長変換ユニット２３から出力される検査光ＬＰ１１の波長を設定する。なお、本ステップＳ２は、ステップＳ１よりも先または並行して行われてもよい。
【００８３】
波長設定の後、制御部７０は、有機半導体試料９の任意の位置について、テラヘルツ波計測を行う（ステップＳ３）。具体的には、光照射部２０が、有機半導体試料９の任意の位置（検査光ＬＰ１１の照射によりテラヘルツ波ＬＴ１が発生し得る部分）にスポット状の検査光ＬＰ１１を照射する。このとき、ステージ駆動部５０がステージ１０を移動させることにより、有機半導体試料９を適宜移動させてもよい。そして、検出部３０が、その検査光ＬＰ１１の照射に応じて有機半導体試料９で発生したテラヘルツ波ＬＴ１を検出する。
【００８４】
なお、ステップＳ３のテラヘルツ波計測においては、遅延部４０が検出用光ＬＰ２１に遅延を与えることにより、テラヘルツ波ＬＴ１の時間波形が復元されるようにしてもよい。そして、その時間波形から、大きさが最大となる電界強度が特定されてもよい。また、ステップＳ３において、テラヘルツ波ＬＴ１の信号強度を高めるため、電圧印加回路１５が有機半導体試料９に電圧（逆方向バイアス電圧）を印加してもよい。
【００８５】
ステップＳ３のテラヘルツ波計測が完了すると、計測されたテラヘルツ波強度が所定強度以上であったかどうかが判断される（ステップＳ４）。この判断は、制御部７０が行ってもよいし、オペレータが行ってもよい。制御部７０が判断する場合、制御部７０がステップＳ３で計測された強度と、予め記憶部７２に保存されたしきい値とを比較するとよい。オペレータが判断する場合、ステップＳ３で計測された強度を表示部７４に表示し、所定の強度以上か否かをオペレータに判断させるとよい。そして、オペレータが、判断結果を、操作部７６を介して制御部７０に入力することにより、制御部７０がその判断結果を受け付けるとよい。
【００８６】
ステップＳ４においてＮＯの場合、すなわち、ステップＳ３において所定強度以上のテラヘルツ波が検出されなかったと判断された場合、制御部７０はステップＳ２に戻って、波長設定を行う。すなわち、波長変換ユニット２３が出力する検査光ＬＰ１１の波長を再設定する。そして、制御部７０は、再びステップＳ３、すなわち、テラヘルツ波計測を行う。このように、有機半導体試料９から所定強度以上のテラヘルツ波が検出可能な検査光ＬＰ１１の波長が有効に設定されるまで、ステップＳ２〜ステップＳ４が繰り返し行われる。なお、制御部７０において設定可能な波長範囲で所定強度以上のテラヘルツ波ＬＴ１が検出されない場合には、検査装置１における有機半導体試料９の検査が終了されてもよい。
【００８７】
ステップＳ４においてＹＥＳの場合、すなわち、ステップＳ３において所定強度以上のテラヘルツ波が検出されたと判断された場合、制御部７０は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、制御部７０は、テラヘルツ波復元検査、または、イメージング検査のどちらかを実行するかを判断する（ステップＳ５）。この判断は、例えば、オペレータの選択に基づいて行われるとよい。具体的には、制御部７０が表示部７４にテラヘルツ波復元検査およびイメージング検査のどちらかの選択を受け付けるための検査モード選択画面を表示し、オペレータが操作部７６を介して検査モードを選択させる入力を行う。その入力に基づいて、制御部７０が、実行すべき検査を判断するとよい。
【００８８】
テラヘルツ波復元検査（ステップＳ６）は、波形復元部７０４がテラヘルツ波ＬＴ１の復元を行う検査である。詳細には、ステージ駆動部５０が、有機半導体試料９を適宜移動させることにより、検査光ＬＰ１１の照射位置を有機半導体試料９上の検査対象位置に一致させる。そして、光照射部２０からステップＳ２で設定された波長の検査光ＬＰ１１を有機半導体試料９の検査対象位置に照射することによって、有機半導体試料９からテラヘルツ波ＬＴ１を放射させる。検出部３０は、その放射されたテラヘルツ波ＬＴ１を検出器３１で検出する。このとき、遅延部４０が検出用光ＬＰ２１に遅延を与えることによって、検出器３１が異なるタイミング（位相）でテラヘルツ波ＬＴ１の強度を検出する。波形復元部７０４は、検出されたテラヘルツ波ＬＴ１の強度から時間波形を復元する。
【００８９】
なお、ステップＳ６において、検査対象位置は、有機半導体試料９上の１箇所でもよいし複数箇所でもよい。検査対象箇所は、オペレータからの指定入力に基づいて決定されるとよい。ただし、記憶部７２に既定の検査対象位置を示す情報を保存しておき、制御部７０がその情報を適宜読み出すようにしてもよい。
【００９０】
イメージング検査（ステップＳ７）は、画像生成部７０７が電界強度分布画像Ｉｍｇ１の生成を行う検査である。詳細には、ステージ駆動部５０が有機半導体試料９を移動させることによって、有機半導体試料９における検査光ＬＰ１１の被照射位置を変更しつつ、検出部３０が各被照射位置で放射されるテラヘルツ波ＬＴ１を検出する。これにより、有機半導体試料９の各被照射位置で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の強度が収集される。画像生成部７０７は、収集されたテラヘルツ波ＬＴ１の強度から、電界強度分布画像Ｉｍｇ１を生成する。
【００９１】
ステップＳ７においては、遅延部４０は、一定の遅延を検出用光ＬＰ２１に与えるとよい。すなわち、遅延ステージ駆動部４３が遅延ステージ４１を一定位置に固定することにより、有機半導体試料９の異なる位置で発生したテラヘルツ波ＬＴ１の検出タイミングが固定される。このように、検出タイミングを固定することにより、有機半導体試料９の広範囲を短時間で検査することが可能となる。なお、各被照射位置について、２つ以上の異なる検出タイミングでテラヘルツ波ＬＴ１が検出されるようにしてもよい。
【００９２】
なお、ステップＳ６およびステップＳ７において、テラヘルツ波ＬＴ１の信号強度を高めるため、電圧印加回路１５が有機半導体試料９に電圧（逆方向バイアス電圧）を印加してもよい。
【００９３】
テラヘルツ波復元検査（ステップＳ６）またはイメージング検査（ステップＳ７）が完了すると、制御部７０は、検査結果を表示部７４に表示する。以下、検査結果の例を具体的に説明する。
【００９４】
図８は、時間波形ＴＷ１を示す図である。この時間波形ＴＷ１は、有機半導体層９１がフラーレンで構成されており、第１金属層９２がＩＴＯで構成された有機半導体試料９から放射されたテラヘルツ波ＬＴ１を復元したものである。また、検査光ＬＰ１１について、波長は４１０ｎｍ、出力強度は２０ｍＷ、スポット径は２ｍｍである。ｎ型の有機半導体として機能し得るフラーレンの場合、図８に示すように、時間波形ＴＷ１において５ｐｓあたりで負のピークが観察される。
【００９５】
図９は、異なる波長の検査光ＬＰ１１で発生する時間波形ＴＷ１〜ＴＷ３を示す図である。図９は、異なる波長の検査光ＬＰ１１で発生する時間波形ＴＷ１〜ＴＷ３を示す図である。時間波形ＴＷ１〜ＴＷ３は、図８で説明した有機半導体試料９と同一のサンプルについて、テラヘルツ波ＬＴ１を計測したものである。また、検査光ＬＰ１１の波長は、時間波形ＴＷ１が４１０ｎｍ、時間波形ＴＷ２が３６０ｎｍ、時間波形ＴＷ３が２８０ｎｍである。また、検査光ＬＰ１１について、出力強度は２０ｍＷ、スポット径は２ｍｍである。
【００９６】
図９に示すように、有機半導体試料９から放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の検出感度は、照射される検査光ＬＰ１１の波長に依存して、検出感度が異なる。図９に示す例の場合、フラーレンで構成される有機半導体試料９は、２８０ｎｍ、３６０ｎｍそして４１０ｎｍの順番でテラヘルツ波の振幅強度（例えば、５ｐｓ辺りの負のピーク）が強くなっている。すなわち、この有機半導体試料９については、吸収係数が２８０ｎｍで大きくなることが分かる。このように、一概に比較することは困難ではあるものの、テラヘルツ波ＬＴ１の振幅強度を高めるためには、有機半導体試料９の吸収係数が大きい波長の検査光ＬＰ１１を照射するとよい。
【００９７】
図１０は、時間波形ＴＷ４を示す図である。この時間波形ＴＷ４は、有機半導体層９１がキナクリドンで構成されており、第１金属層９２がＩＴＯで構成された有機半導体試料９から放射されたテラヘルツ波ＬＴ１を復元したものである。また、検査光ＬＰ１１については、２８０ｎｍ、出力強度は２０ｍＷ、スポット径は２ｍｍである。
【００９８】
図１０に示すように、キナクリドンで構成される有機半導体試料９の場合、放射されるテラヘルツ波ＬＴ１の時間波形ＴＷ４は、フラーレンで構成される場合とはピークの正・負が反転、すなわち、位相が反転している。これは、キナクリドンがｐ型の有機半導体として機能しているためと考えられる。より詳細には、有機半導体と金属との界面におけるショットキー障壁のバンドの曲がりが、フラーレンの有機半導体試料９では上向き、キナクリドンの有機半導体試料９では下向きとなっていると考えられる。そして、各バンドの曲がりにより生じた空乏層で分離したキャリアにより、テラヘルツ波が放射されたと考えられる。
【００９９】
図１１は、電界強度分布画像Ｉｍｇ１の一例を示す図である。図１１に示す電界強度分布画像Ｉｍｇ１では、４つの電界強度の大きさが異なる領域Ｒｅ１〜Ｒｅ４が示されている。ここでは、領域Ｒｅ２〜Ｒｅ４は、領域Ｒｅ１に比べて、テラヘルツ波強度が弱くなっている。これは、有機半導体試料９における金属と有機半導体との界面特性（空乏層の電界など）の影響を受けていると考えられる。このように、電界強度分布画像Ｉｍｇ１を生成することによって、有機半導体試料９における各位置の特性を把握し得る。
【０１００】
＜２．  変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１０１】
例えば、上記実施形態では、板状に形成された有機半導体試料９の主面（最も面積が大きい面）上に検査光ＬＰ１１が照射されている。しかしながら、検査光ＬＰ１１の照射態様は、このようなものに限定されない。
【０１０２】
図１２は、変形例に係る検査光ＬＰ１１の照射態様を示す概略側面図である。本変形例では、有機半導体層９１、第１金属層９２および第２金属層９３を有する有機半導体試料９の側面部（外縁部）に検査光ＬＰ１１が照射される。このように検査光ＬＰ１１を照射したとしても、有機半導体層９１と第１金属層９２の界面（または、有機半導体層９１と第２金属層９３の界面）に形成されたショットキー障壁による空乏層において、光キャリアが発生することにより、テラヘルツ波ＬＴ１が放射される。したがって、有機半導体試料９（主に、外縁部）の特性を検査することができる。この場合、第１金属層９２は、必ずしも透明性を有することは必須ではなく、例えば、検査光ＬＰ１１を全く透過させない構造を備えていてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、パルス光である検査光ＬＰ１１を照射している。しかしながら、検査光ＬＰ１１として、パルス光の代わりに、発振周波数がわずかに相違する２つの連続光を出射する２つの光源を利用して、有機半導体試料９においてテラヘルツ波ＬＴ１を発生させることが考えられる（特開２０１３−１７０８６４号公報参照）。具体的には、２つの連続光を、光導波路である光ファイバなどで形成されたカプラによって重ね合わせることで、差周波に対応する光ビート信号を生成する。そして、この光ビート信号を有機半導体試料９に照射することによって、その光ビート信号の周波数に応じたテラヘルツ波ＬＴ１を放射させるとよい。
【０１０４】
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  検査装置
１０  ステージ
１５  電圧印加回路
２０  光照射部
２１  フェムト秒レーザ
２３  波長変換ユニット
３０  検出部
３１  検出器
３１０  光伝導アンテナ
４０  遅延部
５０  ステージ駆動部
７０  制御部
７０１  波長設定部
７０７  画像生成部
９  有機半導体試料
９１  有機半導体層
９２  第１金属層
９３  第２金属層
Ｉｍｇ１  電界強度分布画像
ＬＰ１１  検査光
ＬＰ２１  検出用光
ＬＴ１  テラヘルツ波
【図１】
2019138835.tif 000003
【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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