(57)【要約】【課題】従来よりも、キャリア移動度を高め、強度の大きなテラヘルツ波を発生することができる光伝導アンテナを提供する。【解決手段】本発明に係る光伝導アンテナ１００は、光パルスＰが照射されてテラヘルツ波Ｔを発生する光伝導アンテナ１００であって、光パルスＰが照射されてキャリアを形成し、かつ半絶縁性基板によって構成されているキャリア発生層１０と、キャリア発生層１０上に位置し、光パルスＰを透過可能な絶縁層４０と、キャリア発生層１０の上方に位置し、キャリア発生層１０に電圧を印加する第１電極２０および第２電極３０と、を含み、絶縁層４０は、平面視において、第１電極２０と第２電極３０との間の光パルスＰが照射される領域１２に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生する光伝導アンテナであって、
前記光パルスが照射されてキャリアを形成し、かつ半絶縁性基板によって構成されているキャリア発生層と、
前記キャリア発生層上に位置し、前記光パルスを透過可能な絶縁層と、
前記キャリア発生層の上方に位置し、前記キャリア発生層に電圧を印加する第１電極および第２電極と、
を含み、
前記絶縁層は、平面視において、前記第１電極と前記第２電極との間の前記光パルスが照射される領域に設けられている、ことを特徴とする光伝導アンテナ。
【請求項２】
前記第１電極および前記第２電極は、前記絶縁層上に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の光伝導アンテナ。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記キャリア発生層の表面に位置する未結合手を終端する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光伝導アンテナ。
【請求項４】
前記絶縁層は、酸化珪素、窒化珪素、またはアルミニウムガリウム砒素と酸素との化合物のいずれかからなる、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光伝導アンテナ。
【請求項５】
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光伝導アンテナと、
を含む、ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
【請求項６】
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記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を記憶する記憶部と、
を含む、ことを特徴とするカメラ。
【請求項７】
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記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、
を含む、ことを特徴とするイメージング装置。
【請求項８】
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記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、
を含む、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、カメラ、イメージング装置、および計測装置に関する。
【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、分光計測等の各種計測、非破壊検査等に用いることができる。
【０００３】
このテラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生装置は、例えば、サブピコ秒（数百フェムト秒）程度のパルス幅をもつ光パルスを発生させる光パルス発生装置と、光パルス発生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させる光伝導アンテナ（Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ：ＰＣＡ）と、を有している。
【０００４】
例えば特許文献１には、半絶縁性ＧａＡｓ基板と、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に低温ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法によって形成されたＧａＡｓ（ＬＴ−ＧａＡｓ）層と、ＬＴ−ＧａＡｓ層上に形成された一対の電極と、を備えた光伝導アンテナが記載されている。さらに、特許文献１には、ＬＴ−ＧａＡｓ層で励起された自由キャリアがバイアス電圧による電場で加速されて電流が流れ、この電流の変化によって、テラヘルツ波が発生することが記載されている。
【０００５】
上記のような光伝導アンテナにおいて発生するテラヘルツ波の強度は、大きいことが望ましく、これにより、例えば検出感度の高いカメラやイメージング装置、計測装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２４４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光伝導アンテナにおいて発生するテラヘルツ波の強度は、光伝導アンテナにおいてキャリアが移動する（走行する）層のキャリア移動度に依存することが知られている。すなわち、該層のキャリア移動度が大きいほど、光伝導アンテナにおいて発生するテラヘルツ波の強度は大きくなる。
【０００８】
特許文献１の光伝導アンテナでは、ＬＴ−ＧａＡｓ層のキャリア移動度（電子移動度）が１００ｃｍ２／Ｖｓ〜１５０ｃｍ２／Ｖｓと小さいため、光電流の時間変化が小さく、強度の大きなテラヘルツ波を発生することができない場合がある。そのため、検出感度の高いカメラやイメージング装置、計測装置を実現することができない場合がある。
【０００９】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、従来よりも、キャリア移動度を高め、強度の大きなテラヘルツ波を発生することができる光伝導アンテナを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記の光伝導アンテナを含むカメラ、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】
【００１０】
本発明に係る光伝導アンテナは、
光パルスが照射されてテラヘルツ波を発生する光伝導アンテナであって、
前記光パルスが照射されてキャリアを形成し、かつ半絶縁性基板によって構成されているキャリア発生層と、
前記キャリア発生層上に位置し、前記光パルスを透過可能な絶縁層と、
前記キャリア発生層の上方に位置し、前記キャリア発生層に電圧を印加する第１電極および第２電極と、
を含み、
前記絶縁層は、平面視において、前記第１電極と前記第２電極との間の前記光パルスが照射される領域に設けられている。
【００１１】
このような光伝導アンテナでは、キャリア発生層がＬＴ−ＧａＡｓ層からなる場合に比べて、キャリア移動度を高め、強度の大きなテラヘルツ波を発生（放射）することができる。したがって、このような光伝導アンテナでは、高出力化を図ることができる。
【００１２】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１３】
本発明に係る光伝導アンテナにおいて、
前記第１電極および前記第２電極は、前記絶縁層上に設けられていてもよい。
【００１４】
このような光伝導アンテナでは、第１電極と第２電極との間にリーク電流が流れることを抑制することができ、耐圧の向上を図ることができる。
【００１５】
本発明に係る光伝導アンテナにおいて、
前記絶縁層は、前記キャリア発生層の表面に位置する未結合手を終端してもよい。
【００１６】
このような光伝導アンテナでは、キャリア発生層の表面近傍を走行するキャリアが、未結合手によってトラップされることを抑制することができる。したがって、このような光伝導アンテナでは、高出力化を図ることができる。
【００１７】
本発明に係る光伝導アンテナにおいて、
前記絶縁層は、酸化珪素、窒化珪素、またはアルミニウムガリウム砒素と酸素との化合物のいずれかからなってもよい。
【００１８】
このような光伝導アンテナでは、絶縁層を構成する原子は、キャリア発生層において結合に関与しない未結合手によって、キャリア発生層の表面を構成する原子と結合することができる。そのため、このような光伝導アンテナでは、キャリア発生層の表面近傍を走行するキャリアが、未結合手によってトラップされることを抑制することができる。したがって、このような光伝導アンテナでは、高出力化を図ることができる。
【００１９】
本発明に係るテラヘルツ波発生装置は、
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する本発明に係る光伝導アンテナと、
を含む。
【００２０】
このようなテラヘルツ波発生装置では、本発明に係る光伝導アンテナを含むため、高出
力化を図ることができる。
【００２１】
本発明に係るカメラは、
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する本発明に係る光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記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を記憶する記憶部と、
を含む。
【００２２】
このようなカメラでは、本発明に係る光伝導アンテナを含むため、高い検出感度を有することができる。
【００２３】
本発明に係るイメージング装置は、
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する本発明に係る光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記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、
を含む。
【００２４】
このようなイメージング装置では、本発明に係る光伝導アンテナを含むため、高い検出感度を有することができる。
【００２５】
本発明に係る計測装置は、
前記光パルスを発生する光パルス発生装置と、
前記光パルスが照射されて前記テラヘルツ波を発生する本発明に係る光伝導アンテナと、
前記光伝導アンテナから射出され、対象物を透過した前記テラヘルツ波または対象物で反射された前記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、
を含む。
【００２６】
このような計測装置では、本発明に係る光伝導アンテナを含むため、高い検出感度を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る光伝導アンテナを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る光伝導アンテナを模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る光伝導アンテナを模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係る光伝導アンテナの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態の第１変形例に係る光伝導アンテナを模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の第２変形例に係る光伝導アンテナを模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置の構成を示す図。
【図８】本実施形態に係るイメージング装置を示すブロック図。
【図９】本実施形態に係るイメージング装置のテラヘルツ波検出部を模式的に示す平面図。
【図１０】対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ。
【図１１】対象物の物質Ａ、ＢおよびＣの分布を示す画像の図。
【図１２】本実施形態に係る計測装置を示すブロック図。
【図１３】本実施形態に係るカメラを示すブロック図。
【図１４】本実施形態に係るカメラを模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２９】
１．  光伝導アンテナ
まず、本実施形態に係る光伝導アンテナについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る光伝導アンテナ１００を模式的に示す断面図である。図２および図３は、本実施形態に係る光伝導アンテナ１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。また、図３は、図２に示す領域ＩＩＩの拡大図である。また、便宜上、図３では、絶縁層４０の図示を省略している。
【００３０】
光伝導アンテナ１００は、図１〜図３に示すように、キャリア発生層１０と、第１電極２０と、第２電極３０と、絶縁層４０と、を含む。光伝導アンテナ１００は、光パルスＰが照射されてテラヘルツ波Ｔを発生する。
【００３１】
なお、光パルスとは、短時間に急峻に強度が変化する光をいう。光パルスのパルス幅（半値全幅ＦＷＨＭ）は、特に限定されないが、例えば、１ｆｓ（フェムト秒）以上８００ｆｓ以下である。また、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以下の電磁波をいう。
【００３２】
キャリア発生層１０は、半絶縁性基板によって構成されている。ここで、半絶縁性基板とは、化合物半導体によって構成される基板であって、高抵抗（例えば、比抵抗が１０７Ω・ｃｍ以上）な基板のことをいう。具体的には、キャリア発生層１０を構成する半絶縁性基板は、不純物を含まない（ドーピングされていない）ＧａＡｓ基板である。キャリア発生層１０を構成するＧａＡｓは、ストイキオメトリーな状態であってもよい。すなわち、キャリア発生層１０を構成するＧａとＡｓとは、１：１の割合で存在していてもよい。なお、キャリア発生層１０を構成する半絶縁性基板は、ＩｎＰ基板やＩｎＡｓ基板、ＩｎＳｂ基板であってもよい。
【００３３】
キャリア発生層１０は、光パルスＰが照射されてキャリアＣを形成する。具体的には、キャリア発生層１０は、複数の（多数の）キャリアＣを形成する。キャリア発生層１０が半絶縁性ＧａＡｓ基板からなる場合、キャリア発生層１０のキャリア移動度（電子移動度）は、例えば、３０００ｃｍ２／Ｖｓ以上８５００ｃｍ２／Ｖｓ以下である。
【００３４】
なお、キャリア移動度とは、キャリア（電子および正孔）が固体の物質中を移動するとき、単位電界強度の下で単位時間当たりに移動する距離のことであり、固体の物質中でのキャリアの移動のしやすさをいう。
【００３５】
第１電極２０および第２電極３０は、キャリア発生層１０上に位置している。第１電極２０および第２電極３０は、キャリア発生層１０に電圧を印加する電極である。電極２０，３０は、キャリア発生層１０に直流（ＤＣ）電圧を印加してもよいし、交流（ＡＣ）電圧を印加してもよい。電極２０，３０は、キャリア発生層１０とオーミックコンタクトし
ていてもよい。
【００３６】
第１電極２０および第２電極３０は、例えば、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ｃｕ層、Ｃｒ層、またはこれらの積層体である。電極２０，３０としてＡｕ層とＣｒ層との積層体を用いた場合、Ｃｒ層は、キャリア発生層１０とＡｕ層との密着性を向上させることができる。
【００３７】
第１電極２０は、第１電圧印加部２２と、第１パッド部２４と、第１ライン部２６と、を有している。第２電極３０は、第２電圧印加部３２と、第２パッド部３４と、第２ライン部３６と、を有している。
【００３８】
第１電圧印加部２２および第２電圧印加部３２は、キャリア発生層１０に電圧を印加する部分である。第１電圧印加部２２と第２電圧印加部３２との間の距離は、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下であり、より具体的には、５μｍ程度である。図示の例では、電圧印加部２２，３２の平面形状（キャリア発生層１０と絶縁層４０との積層方向から見た形状）は、矩形である。すなわち、光伝導アンテナ１００は、ダイポール型のＰＣＡである。
【００３９】
なお、図示はしないが、第１電圧印加部２２は、第２電圧印加部３２側に向かうについて幅が狭くなる台形の平面形状を有していてもよい。同様に、第２電圧印加部３２は、第１電圧印加部２２側に向かうについて幅が狭くなる台形の平面形状を有していてもよい。すなわち、光伝導アンテナ１００は、ボウタイ型のＰＣＡであってもよい。
【００４０】
第１パッド部２４および第２パッド部３４は、外部配線（図示せず）と接続される部分である。図示の例では、パッド部２４，３４の平面形状は、矩形である。第１パッド部２４は、例えば、２つ設けられている。第２パッド部３４は、例えば、２つ設けられている。
【００４１】
第１ライン部２６は、第１電圧印加部２２と第１パッド部２４とを接続している。第２ライン部３６は、第２電圧印加部３２と第２パッド部３４とを接続している。ライン部２６，３６は、平面視において、帯状の形状を有しており、ライン部２６，３６の長手方向は、例えば、平行である。第１電圧印加部２２は、第１ライン部２６から、第１ライン部２６の長手方向と直交する方向に突出している。第１電圧印加部２２は、第１ライン部２６から、第２電極３０側に突出している。第２電圧印加部３２は、第２ライン部３６から、第２ライン部３６の長手方向と直交する方向に突出している。第２電圧印加部３２は、第２ライン部３６から、第１電極２０側に突出している。
【００４２】
絶縁層４０は、キャリア発生層１０上に位置している。具体的には、絶縁層４０は、平面視において（キャリア発生層１０と絶縁層４０との積層方向から見て）、第１電極２０と第２電極３０との間の光パルスＰが照射される領域１２に設けられている。領域１２は、キャリア発生層１０の表面１４の一部である。表面１４は、キャリア発生層１０の上面である。図示の例では、絶縁層４０は、キャリア発生層１０上および電極２０，３０上に設けられている。絶縁層４０には、開口部４２が設けられている。開口部４２は、平面視においてパッド部２４，３４と重なる位置に設けられ、パッド部２４，３４は、絶縁層４０から露出している。
【００４３】
絶縁層４０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。絶縁層４０は、光パルスＰを透過可能である。具体的には、光パルスＰの波長は、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、絶縁層４０は、このような波長の光パルスＰを８０％以上透過することができる。絶縁層４０は、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）、アルミ
ニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）と酸素との化合物、ポリイミドのいずれかからなる。アルミニウムガリウム砒素と酸素との化合物は、例えば、アルミニウムガリウム砒素が酸化されたものである。
【００４４】
絶縁層４０は、キャリア発生層１０の表面１４に位置する未結合手を終端する。ここで、「キャリア発生層の表面に位置する未結合手」とは、キャリア発生層１０の表面１４を構成する原子間における結合（例えばガリウムと砒素との結合）に関与しない電子（不対電子）で占められた結合手のことある。さらに、「未結合手を終端する」とは、キャリア発生層１０の表面１４に位置する未結合手と、結合することをいう。すなわち、絶縁層４０を構成する原子は、キャリア発生層１０の表面１４を構成する原子間における結合に関与しない電子で占められた結合手と、結合することができる。具体的には、絶縁層４０を構成する原子（例えば珪素や酸素）は、キャリア発生層１０の不対電子を有する原子（例えばガリウムや砒素）と、共有結合することができる。
【００４５】
次に、光伝導アンテナ１００の動作について説明する。電極２０，３０によりキャリア発生層１０に電圧を印加した状態で、電極２０，３０間に（電圧印加部２２，３２間に）光パルスＰを照射する。光パルスＰは、絶縁層４０を透過してキャリア発生層１０の領域１２を照射する。
【００４６】
光パルスＰの照射によって、キャリア発生層１０中にキャリア（例えば電子）Ｃが瞬時に生成する。キャリアＣは、電極２０，３０により印加された電圧によって加速されてキャリア発生層１０中を移動し（走行し）、キャリア発生層１０中に瞬間的に電流（光電流）が流れる。そして、光電流の時間変化に比例した強度を有するテラヘルツ波Ｔが発生する。光電流の時間変化は、キャリア発生層１０のキャリア移動度に比例する。したがって、光伝導アンテナ１００には、キャリア発生層１０のキャリア移動度に比例した強度を有するテラヘルツ波Ｔが発生する。
【００４７】
なお、図示の例では、キャリアＣは、第１電極２０側から第２電極３０側に向けて移動しているが、第２電極３０側から第１電極２０側に向けて移動していてもよい。また、光パルスＰが照射される位置や面積は、光パルスＰによって領域１２が照射されれば、特に限定されない。
【００４８】
光伝導アンテナ１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４９】
光伝導アンテナ１００では、光パルスＰが照射されてキャリアＣを形成し、かつ半絶縁性基板によって構成されているキャリア発生層１０を含む。キャリア発生層１０において発生したキャリアＣは、キャリア発生層１０中を走行することができる。半絶縁性基板は、ＬＴ−ＧａＡｓ層に比べて高いキャリア移動度（電子移動度）を有することができる。そのため、光伝導アンテナ１００では、キャリア発生層がＬＴ−ＧａＡｓ層からなる場合に比べて、キャリア移動度を高め、強度の大きなテラヘルツ波を発生（放射）することができる。したがって、光伝導アンテナ１００では、高出力化を図ることができる。
【００５０】
さらに、光伝導アンテナ１００では、絶縁層４０は、平面視において、第１電極２０と第２電極３０との間の光パルスＰが照射される領域１２に設けられている。ここで、キャリア発生層１０の表面１４を構成する原子は、未結合手を有するため、キャリア発生層１０の表面１４近傍を走行するキャリアＣが未結合手によってトラップされる場合がある。そのため、キャリア発生層の表面に（領域１２に）絶縁層が設けられていないと、例えば光伝導アンテナの使用中にキャリア発生層の表面に不純物が付着して該不純物とキャリア発生層が反応し、これにより、キャリアが未結合手によってトラップされる程度が変化してしまう場合ある。すなわち、不純物とキャリア発生層との反応によりキャリア発生層１
０の表面１４の状態が経時的に変化し、キャリアが未結合手によってトラップされる程度が変化してしまう場合がある。そのため、光伝導アンテナの校正が必要になる場合がある。キャリア発生層１０の表面１４を構成する原子は、未結合手を有しているため反応性が高く、付着した不純物と反応しやすい。
【００５１】
上記のような問題に対し、光伝導アンテナ１００では、絶縁層４０によって、キャリア発生層１０の領域１２に不純物が付着することを抑制することができる。その結果、光伝導アンテナ１００は、不純物によってキャリアがトラップされる程度が変化することを抑制することができ、高い信頼性を有することができる。
【００５２】
光伝導アンテナ１００では、絶縁層４０は、キャリア発生層１０の表面１４に位置する未結合手を終端する。そのため、光伝導アンテナ１００では、キャリア発生層１０の表面１４近傍を走行するキャリアＣが、未結合手によってトラップされることを抑制することができる。したがって、光伝導アンテナ１００では、高出力化を図ることができる。
【００５３】
光伝導アンテナ１００では、絶縁層４０は、酸化珪素、窒化珪素、またはアルミニウムガリウム砒素と酸素との化合物のいずれかからなる。そのため、絶縁層４０を構成する原子は、キャリア発生層１０において結合に関与しない未結合手によって、キャリア発生層１０の表面１４を構成する原子と結合することができる。これにより、光伝導アンテナ１００では、キャリア発生層１０の表面１４近傍を走行するキャリアＣが未結合手によってトラップされることを抑制することができる。したがって、光伝導アンテナ１００では、高出力化を図ることができる。
【００５４】
２．  光伝導アンテナの製造方法
次に、本実施形態に係る光伝導アンテナ１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る光伝導アンテナ１００の製造工程を模式的に示す断面図であって、図１に対応している。
【００５５】
図４に示すように、キャリア発生層１０上に、第１電極２０および第２電極３０を形成する。電極２０，３０は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組合せなどにより形成される。
【００５６】
図１に示すように、キャリア発生層１０上および電極２０，３０上に、絶縁層４０を形成する。具体的には、キャリア発生層１０上および電極２０，３０上に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、ＥＢ蒸着法、等により絶縁層（図示せず）を成膜し、該絶縁層をパターニングすることによって、絶縁層４０を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。
【００５７】
以上の工程により、光伝導アンテナ１００を製造することができる。
【００５８】
３．  光伝導アンテナの変形例
３．１．  第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る光伝導アンテナについて、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の第１変形例に係る光伝導アンテナ２００を模式的に示す断面図であって、図１に対応している。
【００５９】
以下、本実施形態の第１変形例に係る光伝導アンテナ２００において、本実施形態に係る光伝導アンテナ１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第２変形例に係る
光伝導アンテナについても同様である。
【００６０】
上述した光伝導アンテナ１００では、図１に示すように、第１電極２０および第２電極３０は、キャリア発生層１０上に設けられていた。これに対し、光伝導アンテナ２００では、図５に示すように、第１電極２０の一部、および第２電極３０の一部は、絶縁層４０上に設けられている。具体的には、第１電圧印加部２２の一部、および第２電圧印加部３２の一部は、絶縁層４０上に設けられている。絶縁層４０は、領域１２にのみ設けられていてもよいし、さらに、領域１２以外の表面１４にも設けられていてもよい。
【００６１】
光伝導アンテナ２００は、まず、キャリア発生層１０上に絶縁層４０を形成し、次に、キャリア発生層１０上および絶縁層４０上に電極２０，３０を形成することによって製造される。
【００６２】
３．２．  第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る光伝導アンテナについて、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第２変形例に係る光伝導アンテナ３００を模式的に示す断面図であって、図１に対応している。
【００６３】
上述した光伝導アンテナ１００では、図１に示すように、第１電極２０および第２電極３０は、キャリア発生層１０上に設けられていた。これに対し、光伝導アンテナ３００では、図６に示すように、第１電極２０および第２電極３０は、絶縁層４０上に設けられている。図示の例では、第１電極２０の全部および第２電極３０の全部が、絶縁層４０上に設けられている。
【００６４】
光伝導アンテナ３００では、絶縁層４０は、例えば、キャリア発生層１０の表面１４全面に設けられている。絶縁層４０の厚さは、電極２０，３０によって、キャリア発生層１０に電圧を印加できる程度の厚さである。
【００６５】
光伝導アンテナ３００は、まず、キャリア発生層１０上に絶縁層４０を形成し、次に、絶縁層４０上に電極２０，３０を形成することによって製造される。
【００６６】
光伝導アンテナ３００では、第１電極２０および第２電極３０は、絶縁層４０上に設けられている。そのため、光伝導アンテナ３００では、電極２０，３０間にリーク電流が流れることを抑制することができ、耐圧の向上を図ることができる。その結果、光伝導アンテナ３００は、高い信頼性を有し、歩留りを向上させることができる。さらに、消費電力を低減することができる。
【００６７】
４．  テラヘルツ波発生装置
次に、本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置１０００について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係るテラヘルツ波発生装置１０００の構成を示す図である。
【００６８】
テラヘルツ波発生装置１０００は、図７に示すように、光パルス発生装置１０１０と、本発明に係る光伝導アンテナと、を含む。以下では、本発明に係る光伝導アンテナとして、光伝導アンテナ１００を用いた例について説明する。
【００６９】
光パルス発生装置１０１０は、励起光である光パルス（例えば図１に示す光パルスＰ）を発生する。光パルス発生装置１０１０は、光伝導アンテナ１００を照射する。光パルス発生装置１０１０が発生させる光パルスの幅は、例えば、１ｆｓ以上８００ｆｓ以下である。光パルス発生装置１０１０としては、例えば、フェムト秒ファイバーレーザー、チタ
ンサファイヤレーザーを用いる。
【００７０】
光伝導アンテナ１００は、上記のとおり、光パルスが照射されて、テラヘルツ波を発生することができる。
【００７１】
テラヘルツ波発生装置１０００は、光伝導アンテナ１００を含むため、高出力化を図ることができる。
【００７２】
５．  イメージング装置
次に、本実施形態に係るイメージング装置１１００について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係るイメージング装置１１００を示すブロック図である。図９は、本実施形態に係るイメージング装置１１００のテラヘルツ波検出部１１２０を模式的に示す平面図である。図１０は、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１１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。
【００７３】
イメージング装置１１００は、図８に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出され、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果に基づいて、対象物Ｏの画像、すなわち、画像データを生成する画像形成部１１３０と、を含む。
【００７４】
テラヘルツ波発生部１１１０としては、本発明に係るテラヘルツ波発生装置を用いることができる。ここでは、本発明に係るテラヘルツ波発生装置として、テラヘルツ波発生装置１０００を用いた場合について説明する。
【００７５】
テラヘルツ波検出部１１２０としては、図９に示すように、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルター８０と、フィルター８０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８４と、を備えたものを用いる。また、検出部８４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１１２０の構成は、前記の構成に限定されない。
【００７６】
また、フィルター８０は、２次元的に配置された複数の画素（単位フィルター部）８２を有している。すなわち、各画素８２は、行列状に配置されている。
【００７７】
また、各画素８２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８２は、第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４を有している。
【００７８】
また、検出部８４は、フィルター８０の各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４に対応してそれぞれ設けられた第１の単位検出部８４１、第２の単位検出部８４２、第３の単位検出部８４３、および第４の単位検出部８４４を有している。各第１の単位検出部８４１、各第２の単位検出部８４２、各第３の単位検出部８４３、および各第４の単位検出部８４４は、それぞれ、各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４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８２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。
【００７９】
次に、イメージング装置１１００の使用例について説明する。
【００８０】
まず、分光イメージングの対象となる対象物Ｏ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１１００は、この対象物Ｏ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１１２０は、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出することとする。
【００８１】
また、テラヘルツ波検出部１１２０のフィルター８０の各画素８２においては、第１の領域８２１および第２の領域８２２を使用する。第１の領域８２１の通過波長をλ１、第２の領域８２２の通過波長をλ２とし、対象物Ｏで反射され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との差分（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８２１の通過波長λ１および第２の領域８２２の通過波長λ２が設定されている。
【００８２】
図１０に示すように、物質Ａにおいては、対象物Ｏ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との差分（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との差分（α２−α１）は、零となる。また、物質Ｃにおいては、強度α２と強度α１との差分（α２−α１）は、負値となる。
【００８３】
イメージング装置１１００により、対象物Ｏ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１１１０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Ｏに照射する。そして、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０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１１３０に送出される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏで反射したテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。
【００８４】
画像形成部１１３０においては、前記検出結果に基づいて、フィルター８０の第２の領域８２２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８２１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Ｏ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。
【００８５】
また、画像形成部１１３０では、図１１に示すように、対象物Ｏ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１１３０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Ｏ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Ｏ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１１００では、以上のように、対象物Ｏ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。
【００８６】
なお、イメージング装置１１００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１１３０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。
【００８７】
イメージング装置１１００では、高出力化を図ることができる光伝導アンテナ１００を含む。そのため、イメージング装置１１００は、高い検出感度を有することができる。
【００８８】
６．  計測装置
次に、本実施形態に係る計測装置１２００について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る計測装置１２００を示すブロック図である。以下で説明する第本実施形態に係る計測装置１２００において、上述したイメージング装置１１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８９】
計測装置１２００は、図１２に示すように、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出され、対象物Ｏを透過するテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、テラヘルツ波検出部１１２０の検出結果に基づいて、対象物Ｏを計測する計測部１２１０と、を含む。
【００９０】
次に、計測装置１２００の使用例について説明する。計測装置１２００により、対象物Ｏの分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生させ、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０で検出する。この検出結果は、計測部１２１０に送出される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏの全体に対して行う。
【００９１】
計測部１２１０においては、前記検出結果から、フィルター８０の各画素８２の第１の領域８２１、第２の領域８２２、第３の領域８２３、および第４の領域８２４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Ｏの成分およびその分布の分析等を行う。
【００９２】
計測装置１２００では、高出力化を図ることができる光伝導アンテナ１００を含む。そのため、計測装置１２００は、高い検出感度を有することができる。
【００９３】
７．  カメラ
次に、本実施形態に係るカメラ１３００について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態に係るカメラ１３００を示すブロック図である。図１４は、本実施形態に係るカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。以下で説明する本実施形態に係るカメラ１３００において、上述したイメージング装置１１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
カメラ１３００は、図１３および図１４に示すように、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生部１１１０と、テラヘルツ波発生部１１１０から射出され、対象物Ｏを透過したテラヘルツ波または対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部１１２０と、記憶部１３０１と、を含む。そして、これらの各部１１１０，１１２０，１３０１はカメラ１３００の筐体１３１０に収められている。また、カメラ１３００は、対象物Ｏで反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１１２０に収束（結像）させるレンズ（光学系）１３２０と、テラヘルツ波発生部１１１０で発生したテラヘルツ波を筐体１３１０の外部へ射出させるための窓部１３３０と、を備える。レンズ１３２０や窓部１３３０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１３３０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よい。
【００９５】
次に、カメラ１３００の使用例について説明する。カメラ１３００により、対象物Ｏを撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生部１１１０により、テラヘルツ波を発生させ、そのテラヘルツ波を対象物Ｏに照射する。そして、対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波をレ
ンズ１３２０によってテラヘルツ波検出部１１２０に収束（結像させて）検出する。この検出結果は、記憶部１３０１に送出され、記憶される。なお、この対象物Ｏへのテラヘルツ波の照射および対象物Ｏで反射されたテラヘルツ波の検出は、対象物Ｏ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。
【００９６】
カメラ１３００では、高出力化を図ることができる光伝導アンテナ１００を含む。そのため、カメラ１３００は、高い検出感度を有することができる。
【００９７】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９８】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９９】
１０…キャリア発生層、１２…領域、１４…表面、２０…第１電極、２２…第１電圧印加部、２４…第１ライン部、２６…第１パッド部、３０…第２電極、３２…第２電圧印加部、３４…第２ライン部、３６…第２パッド部、４０…絶縁層、４２…開口部、８０…フィルター、８２…画素、８４…検出部、１００，２００，３００…光伝導アンテナ、８２１…第１の領域、８２２…第２の領域、８２３…第３の領域、８２４…第４の領域、８４１…第１の単位検出部、８４２…第２の単位検出部、８４３…第３の単位検出部、８４４…第４の単位検出部、１０００…テラヘルツ波発生装置、１０１０…光パルス発生装置、１１００…イメージング装置、１１１０…テラヘルツ波発生部、１１２０…テラヘルツ波検出部、１１３０…画像形成部、１２００…計測装置、１２１０…計測部、１３００…カメラ、１３０１…記憶部、１３１０…筐体、１３２０…レンズ、１３３０…窓部
【図１】
2015159176.tif 000003
【図２】
2015159176.tif 000004
【図３】
2015159176.tif 000005
【図４】
2015159176.tif 000006
【図５】
2015159176.tif 000007
【図６】
2015159176.tif 000008
【図７】
2015159176.tif 000009
【図８】
2015159176.tif 000010
【図９】
2015159176.tif 000011
【図１０】
2015159176.tif 000012
【図１１】
2015159176.tif 000013
【図１２】
2015159176.tif 000014
【図１３】
2015159176.tif 000015
【図１４】
2015159176.tif 000016