(57)【要約】【課題】テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ＳｉＣウエハ２０１と、カーボンナノ構造体から構成され、ＳｉＣウエハ２０１表面の一部に選択的に形成されたＣＮＷ層２０２と、ＳｉＣウエハ２０１と電気的に接続されたカソード電極層２０３と、ＣＮＷ層２０２と間を置いて対向するようにＳｉＣウエハ２０１上方に位置するアノード透明電極層２０５と、ＳｉＣウエハ２０１とアノード透明電極層２０５との間に位置し、アノード透明電極層２０５からＣＮＷ層２０２に向かう貫通孔を有する絶縁性の電気分離層２０４とを備える。【選択図】図１
2008091541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ基板と、
カーボンナノ構造体から構成され、前記ＳｉＣ基板表面の一部に選択的に形成された第１カーボンナノ層と、
前記ＳｉＣ基板と電気的に接続された第１電極と、
前記第１カーボンナノ層と間を置いて対向するように前記ＳｉＣ基板上方に位置する第２電極と、
前記ＳｉＣ基板と前記第２電極との間に位置し、前記第２電極から前記第１カーボンナノ層に向かう貫通孔を有する絶縁性の第１電気分離層とを備える
ことを特徴とするテラヘルツ波放射装置。
【請求項２】
前記ＳｉＣ基板の表面には、凹部が形成されており、
前記第１カーボンナノ層は、前記凹部内でカーボンナノ構造体を選択的に成長させて前記凹部内に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項３】
前記第１カーボンナノ層は、前記凹部上方に開口を有するグラファイトマスクで前記ＳｉＣ基板表面を覆った後、前記凹部内でカーボンナノ構造体を選択的に成長させて形成される
ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項４】
前記成長は、１×１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空度の雰囲気下で１６００℃以上の温度で前記ＳｉＣ基板を熱処理することにより行われる
ことを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項５】
前記テラヘルツ波放射装置は、さらに、
カーボンナノ構造体から構成され、前記ＳｉＣ基板裏面の一部に選択的に形成された第２カーボンナノ層と、
前記第２カーボンナノ層と間を置いて対向するように前記ＳｉＣ基板下方に位置する第３電極と、
前記ＳｉＣ基板と前記第３電極との間に位置し、前記第３電極から前記第２カーボンナノ層に向かう貫通孔を有する第２電気分離層とを備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項６】
前記ＳｉＣ基板表面には、複数の前記第１カーボンナノ層が形成され、
前記ＳｉＣ基板表面における前記複数の第１カーボンナノ層の配列は、１次元状、２次元状およびランダムのいずれかである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項７】
前記テラヘルツ波放射装置は、さらに、
前記第１カーボンナノ層にフェムト秒レーザを照射する光源と、
前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する電源とを備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項８】
前記光源は、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを前記カーボンナノ構造体に照射し、
前記電源は、直流電圧を前記第１電極および前記第２電極に印加する
ことを特徴とする請求項７に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項９】
前記第１カーボンナノ層表面は、前記ＳｉＣ基板表面よりも低い
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項１０】
前記第１カーボンナノ層表面は、前記ＳｉＣ基板表面よりも２ｎｍ以上低い
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項１１】
前記テラヘルツ波放射装置は、さらに、
前記第１カーボンナノ層と前記ＳｉＣ基板との間に形成されたＳｉ酸化膜と、
前記第１カーボンナノ層および前記Ｓｉ酸化膜を貫通し、前記第１カーボンナノ層および前記ＳｉＣ基板と接する金属層とを備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項１２】
前記ＳｉＣ基板は、ＳｉＣがコートされたカーボン基板およびアモルファスＳｉＣ基板のいずれかである
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項１３】
前記カーボンナノ構造体は、ＣＮＴ（Carbon Nano Tube）、ＣＮＦ（Cardon Nano Flake）層、ＣＮＲ（Cabon Nano Rod）およびＣＮＰ（Carbon Nano Pillar）のいずれかである
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置。
【請求項１４】
所定の位置に開口が形成されたＰＧ（Pyrolytic Graphite）ケースおよびグラファイトマスクのいずれかでＳｉＣ基板表面を覆う被覆ステップと、
前記被覆されたＳｉＣ基板に対して熱処理を行い、カーボンナノ構造体から構成されるカーボンナノ層を前記開口に露出している前記ＳｉＣ基板表面に選択的に形成するカーボンナノ層形成ステップと、
前記ＳｉＣ基板と電気的に接続された第１電極を形成する第１電極形成ステップと、
前記ＳｉＣ基板表面から前記ＰＧケースおよびグラファイトマスクいずれかを取り除いた後、前記カーボンナノ層上方に貫通孔を有する電気分離層を前記ＳｉＣ基板上に形成する電気分離層形成ステップと、
前記貫通孔上方に第２電極を形成する第２電極形成ステップとを含む
ことを特徴とするテラヘルツ波放射装置の製造方法。
【請求項１５】
前記被覆ステップでは、前記ＳｉＣ基板の凹部上方に開口が形成されたＰＧケースおよびグラファイトマスクのいずれかでＳｉＣ基板表面を覆い、
前記カーボンナノ層形成ステップでは、前記凹部内でカーボンナノ構造体を選択的に成長させて前記凹部内に前記カーボンナノ層を形成する
ことを特徴とする請求項１４に記載のテラヘルツ波放射装置の製造方法。
【請求項１６】
前記カーボンナノ層形成ステップでは、１×１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空度の雰囲気下で１６００℃以上の温度で前記ＳｉＣ基板を熱処理することにより前記成長を行う
ことを特徴とする請求項１５に記載のテラヘルツ波放射装置の製造方法。
【請求項１７】
前記カーボンナノ構造体は、ＣＮＴ（Carbon Nano Tube）、ＣＮＦ（Cardon Nano Flakes）層、ＣＮＲ（Cabon Nano Rods）およびＣＮＰ（Carbon Nano Pillars）のいずれかである
ことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のテラヘルツ波放射装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ帯域の電磁波を放射するテラヘルツ波放射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テラヘルツの周波数域の電磁波（以下、テラヘルツ波と呼称する。）が非常に注目されている。０．１〜１０ＴＨｚ域の電磁波は、光が真っ直ぐ進む集光性と、セラミック、プラスチック、紙などの様々な物に対する透過性とを有する。これらの特性を利用して、分光、バイオ医学、セキュリティ、イメージングなど、様々な分野に、テラヘルツ波が応用されている。この背景のもと、新しいテラヘルツ波の応用を見出すことと、セキュリティの要望にともない、また薬物問題の増加にともない、コンパクトでポータブルな高出力のテラヘルツ波放射装置の開発とが盛んに行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図３１は、一例として、従来の形態におけるテラヘルツ波放射装置の構成を示す斜視図である。
【０００４】
図３１に示されるように、テラヘルツ波放射装置１０では、絶縁性ＧａＡｓウエハ１１の上に、低温成長で数μｍ厚のガリウム砒素（以下、ＬＴ−ＧａＡｓと略称する。）層１２が形成されている。さらに、ＬＴ−ＧａＡｓ層１２の上に、電極１３および電極１４が形成されている。電極１３および電極１４のそれぞれは、凸形状であり、電極１３の突部と電極１４の突部とが対向して配置されている。
【０００５】
このような構造のテラヘルツ波放射装置１０では、ＤＣバイアス電源１５から電極１３および電極１４に高直流電圧を印加し、電極１３および電極１４の間のギャップ（５〜１０００μｍ）、すなわち、電極１３の突部と電極１４の突部との間にできた空間に、高出力のサブピコ秒パルスのレーザを照射すると、静電気的な放電が起こり、テラヘルツ波が放射される。このようにして、コンパクトなテラヘルツ波放射装置が実現される。
【特許文献１】特開２００４−１７２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のテラヘルツ波放射装置では、ＧａＡｓ材料の低いブレークダウン電圧のため、テラヘルツ波の出力が制限される。また、無理に電圧をあげると電流リークの問題が存在する。このとき、上記問題を解決するテラヘルツ波放射装置として図３２に示されるものが考えられる。なお、図３２（ａ）は同テラヘルツ波放射装置の構造を示す断面図であり、図３２（ｂ）は同テラヘルツ波放射装置の部分拡大図（図３２（ａ）のＡ部の拡大図）であり、図３２（ｃ）はＣＮＴ層の構造（図３２（ｂ）のＢ部の原子構造）を示す図である。
【０００７】
図３２に示されるテラヘルツ波放射装置は、カソード電極を構成するカソードウエハ１０８と、アノード電極を構成するアノードウエハ１０７と、カソードウエハ１０８およびアノードウエハ１０７を接合する電気分離層１０４と、ＤＣ電源１１１とから構成される。
【０００８】
カソードウエハ１０８表面の凹部（リセス部）には、ＣＮＴ（Carbon Nano Tube）層１０２の形成されたＳｉＣチップ１０１がグラファイト層１１０および熱結合物質層１０９を介して取り付けられている。カソードウエハ１０８裏面には、カソードウエハ１０８とオーミック接触するように、ニッケル電極層１０３が形成されている。ニッケル電極層１０３は、ニッケルを蒸着した後、１０００℃〜１２００℃での約１分間のアニール処理を施すことで形成される。一方、アノードウエハ１０７の裏面には、透明アノード電極層１０５が形成されている。
【０００９】
上記構造を有するテラヘルツ波放射装置では、高いピークパワーを有するフェムト秒レーザ１１２がレンズ１１３でフォーカスされ、ＣＮＴ層１０２に照射されると、ＣＮＴ層１０２からアノード先端１０６に向けて光電子が放出される。放出された光電子は、ＤＣ電源１１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波１１４が放射される。なお、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）およびテラヘルツ波の放射効率は、レーザと電圧との同期化によって向上する。
【００１０】
以上のように図３２のテラヘルツ波放射装置は、カソード電極およびアノード電極の間に電気絶縁層を備えるため、カソード電極およびアノード電極に高い電圧を供給しても、電流リークが起こり難く、テラヘルツ波の放射効率を高めることができる。しかしながら、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置では、その製造プロセスにおいて、ＣＮＴ層１０２の形成されたＳｉＣチップ１０１をカソードウエハ１０８表面の凹部に取り付けるプロセスが必要となるため、製造プロセスが複雑になる。その結果、量産性および信頼性が低く、低コストで製造することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置およびその製造方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のテラヘルツ波放射装置は、ＳｉＣ基板と、カーボンナノ構造体から構成され、前記ＳｉＣ基板表面の一部に選択的に形成された第１カーボンナノ層と、前記ＳｉＣ基板と電気的に接続された第１電極と、前記第１カーボンナノ層と間を置いて対向するように前記ＳｉＣ基板上方に位置する第２電極と、前記ＳｉＣ基板と前記第２電極との間に位置し、前記第２電極から前記第１カーボンナノ層に向かう貫通孔を有する絶縁性の第１電気分離層とを備えることを特徴とする。ここで、前記第１カーボンナノ層表面は、前記ＳｉＣ基板表面よりも低くてもよいし、前記第１カーボンナノ層表面は、前記ＳｉＣ基板表面よりも２ｎｍ以上低くてもよい。また、前記カーボンナノ構造体は、ＣＮＴ（Carbon Nano Tube）、ＣＮＦ（Cardon Nano Flake）層、ＣＮＲ（Cabon Nano Rod）およびＣＮＰ（Carbon Nano Pillar）のいずれかであってもよい。
【００１３】
これによって、光電子放出層としてのカーボンナノ層は、ＳｉＣ基板表面の一部に選択的に形成される。従って、図３２のテラヘルツ波放射装置のようにＳｉＣ基板をカソードウエハに取り付けることなく、ＳｉＣ基板をそのままカソード電極として機能させることができる。その結果、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【００１４】
また、カソード電極としてのＳｉＣ基板およびアノード電極としての第２電極の間に電気分離層を備える。従って、カソード電極およびアノード電極に高い電圧を供給しても、電流リークが起こり難く、テラヘルツ波の放射効率を高めることができる。
【００１５】
また、前記ＳｉＣ基板の表面には、凹部が形成されており、前記第１カーボンナノ層は、前記凹部内でカーボンナノ構造体を選択的に成長させて前記凹部内に形成されてもよい。
【００１６】
これによって、一般的な半導体装置の製造方法を用いてＳｉＣ基板表面の凹部の深さを調節し、カソード電極としてのＳｉＣ基板およびアノード電極としての第２電極の間隔を調節することができる。その結果、低コストかつ容易に、カソード電極およびアノード電極の間隔を設定することができる。また、カーボンナノ層をＳｉＣ基板に強く接合させることができる。
【００１７】
また、前記第１カーボンナノ層は、前記凹部上方に開口を有するグラファイトマスクで前記ＳｉＣ基板表面を覆った後、前記凹部内でカーボンナノ構造体を選択的に成長させて形成されてもよい。
【００１８】
これによって、カーボンナノ層を形成すべきＳｉＣ基板の所望の部分のみを表面に露出させ、その所望の部分にのみに選択的にカーボンナノ層を形成できる。
【００１９】
また、前記成長は、１×１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空度の雰囲気下で１６００℃以上の温度で前記ＳｉＣ基板を熱処理することにより行われてもよい。
【００２０】
これによって、アノード電極としての第２電極に向かうカーボンナノ層の光電子放出中心を多くすることができるので、電子放出効率を高めることができる。
【００２１】
また、前記テラヘルツ波放射装置は、さらに、カーボンナノ構造体から構成され、前記ＳｉＣ基板裏面の一部に選択的に形成された第２カーボンナノ層と、前記第２カーボンナノ層と間を置いて対向するように前記ＳｉＣ基板下方に位置する第３電極と、前記ＳｉＣ基板と前記第３電極との間に位置し、前記第３電極から前記第２カーボンナノ層に向かう貫通孔を有する第２電気分離層とを備えてもよい。
【００２２】
これによって、カーボンナノ層がＳｉＣ基板の両面に形成される。従って、各カーボンナノ層から同時にテラヘルツ波を放射させることができる。その結果、各カーボンナノ層から放射されたテラヘルツ波を集光することにより、高出力のテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、各カーボンナノ層から放射されたテラヘルツ波を集光しない場合でも、各テラヘルツ波を一度に被測定体に照射し、それらの透過状態を確認することで、スキャニング動作の不要な、つまり簡易な２次元イメージング装置を実現することができる。
【００２３】
また、前記ＳｉＣ基板表面には、複数の前記第１カーボンナノ層が形成され、前記ＳｉＣ基板表面における前記複数の第１カーボンナノ層の配列は、１次元状、２次元状およびランダムのいずれかであってもよい。
【００２４】
これによって、設計自由度の高いテラヘルツ波放射装置を実現できる。
また、前記テラヘルツ波放射装置は、さらに、前記第１カーボンナノ層にフェムト秒レーザを照射する光源と、前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する電源とを備えてもよい。
【００２５】
これによって、カーボンナノ層にはフェムト秒レーザが照射されるので、効率的に光電子を放出させることができる。
【００２６】
また、前記光源は、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを前記カーボンナノ構造体に照射し、前記電源は、直流電圧を前記第１電極および前記第２電極に印加してもよい。
【００２７】
これによって、４．１ｅＶ〜４．８ｅＶというカーボンナノ構造体の仕事関数よりも高いエネルギーがカーボンナノ層に与えられるので、効率的に光電子を放出させることができる。
【００２８】
また、前記テラヘルツ波放射装置は、さらに、前記第１カーボンナノ層と前記ＳｉＣ基板との間に形成されたＳｉ酸化膜と、前記第１カーボンナノ層および前記Ｓｉ酸化膜を貫通し、前記第１カーボンナノ層および前記ＳｉＣ基板と接する金属層とを備えてもよい。
【００２９】
これによって、ＳｉＣ基板とカーボンナノ層との間の電気的抵抗を下げることができると共に、カソード電極としての第１電極から金属層への電流狭窄をすることができる。その結果、より少ない電流値で効率良くカーボンナノ層からアノード電極としての第２電極に光電子を放出させることができるので、テラヘルツ波の放射効率を高めることができる。
【００３０】
また、前記ＳｉＣ基板は、ＳｉＣがコートされたカーボン基板およびアモルファスＳｉＣ基板のいずれかであってもよい。
【００３１】
これによって、テラヘルツ波放射装置を低コスト化することができる。
また、本発明は、所定の位置に開口が形成されたＰＧ（Pyrolytic Graphite）ケースおよびグラファイトマスクのいずれかでＳｉＣ基板表面を覆う被覆ステップと、前記被覆されたＳｉＣ基板に対して熱処理を行い、カーボンナノ構造体から構成されるカーボンナノ層を前記開口に露出している前記ＳｉＣ基板表面に選択的に形成するカーボンナノ層形成ステップと、前記ＳｉＣ基板と電気的に接続された第１電極を形成する第１電極形成ステップと、前記ＳｉＣ基板表面から前記ＰＧケースおよびグラファイトマスクいずれかを取り除いた後、前記カーボンナノ層上方に貫通孔を有する電気分離層を前記ＳｉＣ基板上に形成する電気分離層形成ステップと、前記貫通孔上方に第２電極を形成する第２電極形成ステップとを含むことを特徴とするテラヘルツ波放射装置の製造方法とすることもできる。ここで、前記カーボンナノ構造体は、ＣＮＴ（Carbon Nano Tube）、ＣＮＦ（Cardon Nano Flakes）層、ＣＮＲ（Cabon Nano Rods）およびＣＮＰ（Carbon Nano Pillars）のいずれかであってもよい。
【００３２】
これによって、図３２のテラヘルツ波放射装置のようにＳｉＣ基板をカソードウエハに取り付けるプロセスが不要になるので、高いテラヘルツ波の放射効率を有するテラヘルツ波放射装置を低コストで製造できる。
【００３３】
また、前記被覆ステップでは、前記ＳｉＣ基板の凹部上方に開口が形成されたＰＧケースおよびグラファイトマスクのいずれかでＳｉＣ基板表面を覆い、前記カーボンナノ層形成ステップでは、前記凹部内でカーボンナノ構造体を選択的に成長させて前記凹部内に前記カーボンナノ層を形成してもよい。
【００３４】
これによって、低コストかつ容易に、カソード電極としてのＳｉＣ基板およびアノード電極としての第２電極の間隔を設定することができる。また、カーボンナノ層をＳｉＣ基板に強く接合させることができる。
【００３５】
また、前記カーボンナノ層形成ステップでは、１×１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空度の雰囲気下で１６００℃以上の温度で前記ＳｉＣ基板を熱処理することにより前記成長を行ってもよい。
【００３６】
これによって、アノード電極としての第２電極に向かうカーボンナノ層の光電子放出中心を多くすることができるので、電子放出効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置およびその製造方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態におけるテラヘルツ波放射装置およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００の構造を示す斜視図である。
【００４０】
このテラヘルツ波放射装置２００は、カソード電極を構成するＳｉＣウエハ（ＳｉＣ基板）２０１と、アノード電極を構成するアノード透明電極層２０５と、カソード電極およびアノード電極を電気的に分離する絶縁性の電気分離層２０４と、カソード電極およびアノード電極に直流電圧を印加するＤＣ電源１１１と、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを出射する光源（図外）とから構成される。
【００４１】
ＳｉＣウエハ２０１表面の直径１ｍｍの円形状の凹部（リセス部）内には、凹部底面を覆うように、ＣＮＷ（Carbon Nano-Wall）から構成されるＣＮＷ層２０２が選択的に形成されている。ＣＮＷ層２０２は、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部内で選択的にＣＮＷを成長させることにより形成される。ＳｉＣウエハ２０１裏面には、ＳｉＣウエハ２０１とオーミック接触するように、カソード電極層２０３が形成されている。カソード電極層２０３は、蒸着・アニール処理のプロセスを経て形成される。
【００４２】
電気分離層２０４は、ＳｉＣウエハ２０１とアノード透明電極層２０５との間に形成され、アノード透明電極層２０５からＣＮＷ層２０２に向かう貫通孔を有する。
【００４３】
アノード透明電極層２０５は、ＣＮＷ層２０２と間を置いて対向するようにＳｉＣウエハ２０１上方の電気分離層２０４上に形成されている。ＤＣ電源１１１は、カソード電極層２０３およびアノード透明電極層２０５と電気的に接続されている。
【００４４】
なお、ＣＮＷ層２０２は本発明の第１カーボンナノ層の一例である。また、カソード電極層２０３は本発明の第１電極の一例であり、アノード透明電極層２０５は本発明の第２電極の一例である。さらに、電気分離層２０４は本発明の第１電気分離層の一例である。
【００４５】
上記構造を有するテラヘルツ波放射装置２００では、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空度の真空容器内で、光源からの高いピークパワーを有するフェムト秒レーザ１１２がレンズ１１３でフォーカスされ、アノード透明電極層２０５を介してＣＮＷ層２０２に照射されると、ＣＮＷ層２０２から光電子が放出される。放出された光電子は、ＤＣ電源１１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波が放射される。なお、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）およびテラヘルツ波の放射効率は、レーザと電圧との同期化によって向上する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００によれば、光電子放出層としてのＣＮＷ層２０２は、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部内に選択的にＣＮＷを成長させて形成される。従って、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部の深さにより、カソード電極およびアノード電極の間隔を調節することができる。その結果、低コストかつ容易に、カソード電極およびアノード電極の間隔を１００μｍより小さくすることができ、例えば高性能かつ高品質の冷陰極電界電子放出装置を実現できる。
【００４７】
また、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００によれば、光電子放出層としてのＣＮＷ層２０２は、ＳｉＣウエハ２０１表面の一部に選択的に形成される。従って、図３２のテラヘルツ波放射装置のようにＳｉＣ基板をカソードウエハに取り付けることなく、ＳｉＣ基板をそのままカソード電極として機能させることができる。その結果、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【００４８】
また、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００によれば、カソード電極およびアノード電極の間に電気分離層２０４を備える。従って、カソード電極およびアノード電極に高い電圧を供給しても、電流リークが起こり難く、テラヘルツ波の放射効率を高めることができる。
【００４９】
次に、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置２００の製造方法について説明する。図２および図３は、同テラヘルツ波放射装置２００の製造方法を説明するための図である。
【００５０】
まず、ＳｉＣウエハ２０１を用意し（図２（ａ））、そのＳｉＣウエハ２０１表面の所定の部分に凹部３０１を形成する（図２（ｂ））。このとき、凹部３０１の深さは、必要とされるカソード電極およびアノード電極の間隔に基づいて決定される。
【００５１】
次に、ＳｉＣウエハ２０１をグラファイト熱処理装置用のサンプルホルダ４０２にグラファイト基板３０９を介して入れた後、凹部３０１のみが露出するように開口部４０１が形成されたＰＧ（Pyrolytic Graphite）ケース３０２でＳｉＣウエハ２０１表面を覆う。その後、サンプルホルダ４０２をグラファイト熱処理装置に入れ、開口部４０１に露出している凹部３０１内で選択的にＣＮＷを成長させて例えば数ｎｍ〜数十μｍの膜厚のＣＮＷ層２０２を形成する（図２（ｃ））。このとき、ＣＮＷの選択成長では、ＳｉＣウエハ２０１に対して１×１０-4Ｔｏｒｒ以下、例えば１×１０-4Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒの真空度の雰囲気下で、１６００℃以上、例えば１６００℃〜２１００℃の条件下で３０分間以上のアニール処理が行われる。これによって、アノード透明電極層２０５に向かうＣＮＷ層２０２の光電子放出中心を多くすることができる。なお、ＣＮＷ層２０２の形成プロセスの詳細については後述する。
【００５２】
次に、ＳｉＣウエハ２０１からＰＧケース３０２を外し、ＳｉＣウエハ２０１をサンプルホルダ４０２から取り出す（図２（ｄ））。
【００５３】
次に、ＳｉＯ2等から構成され、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部３０１上方に貫通孔を有し、凹部３０１以外の部分を覆う電気分離層２０４をＳｉＣウエハ２０１表面に形成する（図３（ａ））。
【００５４】
次に、ＳｉＣウエハ２０１の裏面上に蒸着によりカソード電極層２０３を形成する。その後、電気分離層２０４上にＮｉ等を蒸着し、１０００℃〜１２００℃で１０秒〜２分間だけ熱処理を行い、少なくとも一部が電気分離層２０４の貫通孔上方に位置するアノード透明電極層２０５を形成する（図３（ｂ））。
【００５５】
最後に、ＣＮＷ層２０２を横切るように、ＳｉＣウエハ２０１をダイシングし（図３（ｃ））、テラヘルツ波放射装置２００を形成する（図３（ｄ））。このテラヘルツ波放射装置により、例えば冷陰極電界電子放出装置又は光電子放出装置が構成される。
【００５６】
図４は、ＣＮＷ層２０２の形成が行われるグラファイト熱処理装置４００の構成を示す図である。
【００５７】
このグラファイト熱処理装置４００は、図４（ａ）に示されるように、外部グラファイトチャンバー４０６と、外部グラファイトチャンバー４０６内にＡｒガスおよびＮ2ガス等を導入するガス導入路４０７と、ターボモレキュラーポンプ（ＴＭＰ）と接続され、外部グラファイトチャンバー４０６内のガスを排気する排気口４０８と、外部グラファイトチャンバー４０６内に配設されたグラファイトヒータ４０５と、外部グラファイトチャンバー４０６内にサンプルホルダ４０２を取り囲むように配設された直径約１３０ｍｍの円筒状の内部グラファイトチャンバー４０３とから構成される。
【００５８】
サンプルホルダ４０２には、図４（ｂ）に示されるように、ＳｉＣウエハ２０１が取り付けられ、そのＳｉＣウエハ２０１表面は、凹部３０１上方に開口部４０１が形成されたＰＧケース３０２で覆われる。このとき、ＳｉＣウエハ２０１としては、例えば普及品としての２インチＳｉＣウエハが用いられ、ＳｉＣウエハ２０１とＰＧケース３０２との間隔は０．１ｍｍより小さくされる。
【００５９】
内部グラファイトチャンバー４０３には、ＳｉＣウエハ２０１からのガスフローを制御することを目的として、直径１ｍｍ〜１３０ｍｍの排出孔４０４が設けられている。
【００６０】
上記構成を有するグラファイト熱処理装置４００を用いたＣＮＷ層２０２の形成は、次のように行われる。
【００６１】
すなわち、まずサンプルホルダ４０２にＳｉＣウエハ２０１を装填する。
次に、ガス導入路４０７から外部グラファイトチャンバー４０６内にガスを供給した後、外部グラファイトチャンバー４０６内を大気圧として室温下で内部グラファイトチャンバー４０３内にサンプルホルダ４０２を配設する。
【００６２】
次に、排気口４０８から外部グラファイトチャンバー４０６内のガス（ＳｉＣウエハ２０１表面で発生したガスを含むガス）を排気して１×１０-4Ｔｏｒｒ〜１×１０-6Ｔｏｒｒの真空度を維持しつつ、グラファイトヒータ４０５を用いて内部グラファイトチャンバー４０３内を２０００℃以上の温度に昇温する。このとき、昇温は所定の熱処理温度に到達するまで１０℃／ｍｉｎ〜２５℃／ｍｉｎのレートで行われ、所定の熱処理温度に到達した後はその温度が維持される。このような昇温は、ＣＮＷ層２０２形成のための成長条件を最適化するプログラムによりグラファイト熱処理装置４００を制御することで行われる。なお、昇温において、１２００℃〜１４００℃、５分〜２０分間のクリーニングが行われてもよい。
【００６３】
最後に、外部グラファイトチャンバー４０６内のガスを排気しつつ、グラファイトヒータ４０５を切り、ＳｉＣウエハ２０１を自然冷却させる。その後、外部グラファイトチャンバー４０６内を大気圧として室温下で内部グラファイトチャンバー４０３からサンプルホルダ４０２を取り出す。
【００６４】
以上のように、本実施の形態に係るテラヘルツ波放射装置２００の製造方法によれば、図５の断面図に示されるようにＳｉＣウエハ２０１が単にサンプルホルダ４０２に取り付けられるのではなく、図４（ｂ）に示したように開口部４０１を持つＰＧケース３０２で覆われる。従って、開口部４０１を介して表面に露出したＳｉＣウエハ２０１のＳｉ面＜０００１＞およびＣ面＜０００−１＞等のみにＣＮＷを成長させることができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態のグラファイト熱処理装置４００において、ＳｉＣウエハ２０１からのガスフローを制御する必要が無い場合には、図６に示されるように、内部グラファイトチャンバー４０３は設けられなくてもよい。
【００６６】
また、上記実施の形態では、ＳｉＣウエハ２０１はＰＧケース３０２で覆われ、ＰＧケース３０２に開口部４０１が形成されるとした。しかし、ＳｉＣウエハ２０１はグラファイトマスクで覆われ、グラファイトマスクにおけるＳｉＣウエハ２０１の凹部上方に位置する部分に開口部が形成されてもよい。
【００６７】
例えば、図７（ａ）に示されるような上面形状のＣＮＷ層２０２を形成する場合、ＰＧケース３０２には図８（ａ）の断面図（図７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図）に示されるような開口部４０１が形成され、グラファイトマスク５０１には図９（ａ）の断面図（図７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図）に示されるような開口部４０１が形成される。同様に、図７（ｂ）に示されるような上面形状のＣＮＷ層２０２を形成する場合、ＰＧケース３０２には図８（ｂ）の断面図（図７（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図）に示されるような開口部４０１が形成され、グラファイトマスク５０１には図９（ｂ）の断面図（図７（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図）に示されるような開口部４０１が形成される。また、図７（ｃ）に示されるような上面形状のＣＮＷ層２０２を形成する場合、ＰＧケース３０２には図８（ｃ）の断面図（図７（ｃ）のＡ−Ａ’における断面図）に示されるような開口部４０１が形成され、グラファイトマスク５０１には図９（ｃ）の断面図（図７（ｃ）のＡ−Ａ’における断面図）に示されるような開口部４０１が形成される。
【００６８】
次に、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置２００の評価結果について説明する。図１０（ａ）は、図１０（ｂ）の上面図で示されるＣＮＷ層２０２が形成され、ＣＮＷ層２０２以外の部分がＳｉＮマスクで覆われたＳｉＣウエハ２０１のラマンスペクトルの測定結果である。なお、被測定体は、ＳｉＣウエハ２０１として６Ｈ−ＳｉＣウエハを用い、２０００℃、３時間の熱処理を行って直径１ｍｍのＣＮＷ層２０２が形成されたものである。
【００６９】
図１０（ａ）から、グラファイト特性に基づくＧバンドのピーク６００ｇ、ピーク６００ｇに付加されたＣＮＷ特性に基づくＷバンドのピーク６００ｗ、および結晶欠陥特性に基づくＤバンドのピーク６００ｄが明確にあらわれていることがわかる。これらのピークは、ＣＮＷ層２０２がＣＮＷ構造を持つことを示すものである。そして、これらのピークは、固体アモルファスＳｉＣ基板、４Ｈ−ＳｉＣ基板および６Ｈ−ＳｉＣ基板のいずれをＳｉＣウエハ２０１として用いても観測される。従って、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法により、ＳｉＣコートの基板を含むあらゆる種類のポリＳｉＣ基板においても、またそのような基板のＳｉおよびＣのいずれの面においてもＣＮＷ構造を持つＣＮＷ層２０２を形成することができ、同製造方法はＣＮＷの選択成長に有用であることがわかる。なお、ＳｉＣウエハ２０１のＣＮＷ層２０２が形成されていない部分（ＳｉＮマスクの部分）からはＤバンドのピーク６００ｄは観測されず、Ｇバンドのピーク６００Ｇのみが観測される。
【００７０】
図１１は、ＣＮＷ層２０２のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真を示す図である。なお、被測定体は、２０００℃、３時間の熱処理を行ってＣＮＷ層２０２が形成されたものである。
【００７１】
図１１から、ＳｉＣウエハ２０１上には一様な層成長によりＣＮＷ層２０２が形成されていることがわかる。また、ＣＮＷ層２０２は、その基端部（ＣＮＷ層２０２とＳｉＣウエハ２０１との界面）から先端部（ＣＮＷ層２０２表面）に向かって連続的に真直ぐには成長しておらず、多くの枝を持つジグザグ構造を有することがわかる。従って、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００の製造方法により、多くの電子放出中心を持つＣＮＷ層２０２を形成することができ、高性能の冷陰極電界電子放出装置および高効率で電子を放出する高出力のテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【００７２】
図１２（ａ）および図１３（ａ）は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopic）の測定結果を示す図である。なお、図１２（ａ）は、図１２（ｂ）の断面図に示されるＣＮＷ成長が行われる前のＳｉＣウエハ２０１を被測定体としたものであり、図１３（ａ）は、図１３（ｂ）の断面図に示される１７００℃、１時間の熱処理を行って約５０μｍのＣＮＷ層２０２が形成されたＳｉＣウエハ２０１を被測定体としたものである。なお、図１２（ａ）において横軸はＳｉＣウエハ２０１表面からの深さを示し、図１３（ａ）において横軸はＣＮＷ層２０２表面からの深さを示している。
【００７３】
図１２（ａ）および図１３（ａ）から、ＣＮＷ成長によりＳｉＣウエハ２０１表面からＳｉ原子が離落していることがわかる。これは、ＣＮＷ成長のプロセスによるものである。すなわち、ＣＮＷ成長において、ＳｉＣウエハ２０１に対してＯ2存在下の真空チャンバー内での高温熱処理を行うことにより、Ｏ2分子はＳｉＣウエハ２０１のＳｉおよびＣ原子と反応し、それぞれＳｉＯおよびＣＯガスの形態でＳｉＣウエハ２０１から離脱する。そして、Ｓｉ原子のＯ2分子との反応速度は、Ｃ原子のＯ2分子との反応速度よりも速いため、Ｃ原子がＳｉＣウエハ２０１表面に取り残され、ＣＮＷ、ＣＮＴおよびＣＮＦ（Cardon Nano Flake）等のカーボンナノ構造体が形成されることによるものである。なお、カーボンナノ構造体がＣＮＷ、ＣＮＴおよびＣＮＦのいずれであるかは、内部グラファイトチャンバー４０３の排出孔４０４の大きさ、ＳｉＣウエハの熱処理温度およびチャンバー内の真空度等により決定される。
【００７４】
また、図１２（ａ）および図１３（ａ）から、ＣＮＷ成長が行われた後のＳｉＣウエハ２０１においては、ＣＮＷ成長が行われる前には観測されないＯの突出した明確なバンプがＣＮＷ層２０２とＳｉＣウエハ２０１との間で観測されていることがわかる。すなわち、ＣＮＷ層２０２とＳｉＣウエハ２０１との間でＳｉ酸化物層９０２が観測されていることがわかる。これは、ＣＮＷ成長のプロセスによるものである。すなわち、ＣＮＷ成長において、上述したようにＯ2分子はＳｉＣウエハ２０１のＳｉ原子と反応してＳｉ原子を離脱させ、カーボンナノ構造体を構成するＣ原子を残す。このとき、ＣＮＷ層２０２が厚くなるにつれてＯ2分子はＳｉＣウエハ２０１表面に到達し難くなり、ＣＮＷ成長が遅くなる。そして、ヒータを切って熱処理を終了させ、ＣＮＷ成長を止め、ＳｉＣウエハ２０１を冷やした場合、高温で活動的であったＣＮＷ層２０２とＳｉＣウエハ２０１との間のＯ2分子は、安定なＳｉＯ2の形態でトラップされることによるものである。これは、図１３（ａ）において、ＣＮＷ層２０２とＳｉＣウエハ２０１との間で、Ｏの密度がＳｉの密度の２倍になっていることからも明らかである。なお、ＣＮＷ層２０２の厚膜化によるＣＮＷ成長速度の減衰率は、熱処理時間の平方根に比例して変化する。
【００７５】
以上のようなＣＮＷ成長のメカニズムについては、特にＯ2分子の役割についてはその詳細が知られておらず、本願の発明者が最初に明らかにしたものである。
【００７６】
図１４（ａ）は、表面粗さ計（Dektak）によるＳｉＣウエハ２０１表面の凹凸の測定結果を示す図である。なお、図１４（ａ）は、図１４（ｂ）の上面図に示される、凹部内ではないＳｉＣウエハ２０１表面の直径１ｍｍの範囲内に２０００℃、３時間の条件下でＣＮＷ成長が行われたＳｉＣウエハ２０１を被測定体としたものである。
【００７７】
図１４から、ＣＮＷ層２０２の表面（図１４（ｂ）のＡ）とＳｉＣウエハ２０１の表面（図１４（ｂ）のＢ、Ｃ）との間に２ｎｍ以上５００ｎｍ以下の段差が生じていることがわかる。すなわち、ＣＮＷ層２０２の表面は、ＳｉＣウエハ２０１の表面より低くなっていることがわかる。これは、ＣＮＷ成長のプロセスによるものである。すなわち、ＣＮＷ成長において、上述したようにＯ2分子はＳｉＣウエハ２０１のＳｉ原子と反応（Ｓｉ＋Ｏ→ＳｉＯ）してＳｉＯの形態でＳｉＣウエハ２０１から離脱し、さらにＯ2分子はＣ原子と反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）してＣＯガスの形態でＳｉＣウエハ２０１から離脱することによるものである。
【００７８】
図１５は、ＤＣ電源１１１による電圧印加を行った状態でフェムト秒レーザ１１２をＣＮＷ層２０２に照射した場合の光電子放出特性を示す図である。
【００７９】
図１５から、フェムト秒レーザ１１２をＣＮＷ層２０２に照射しないと電流が流れず（図１５のＢ）、フェムト秒レーザ１１２をＣＮＷ層２０２に照射すると光電子が放出され、真空を介して電流が流れることがわかる（図１５のＡ）。そして、この放出された光電子は、ＤＣ電源１１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波が放射されることがわかる。なお、テラヘルツ波の放射効率は、ＣＮＷ層２０２からアノード透明電極層２０５に向かう光電子のパスを曲げることで向上する。
【００８０】
（第２の実施の形態）
図１６は、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００の構造を示す斜視図である。
【００８１】
このテラヘルツ波放射装置１１００は、ＳｉＣウエハ２０１に複数のＣＮＷ層が形成されているという点で第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００と異なる。同テラヘルツ波放射装置１１００は、カソード電極を構成するＳｉＣウエハ２０１と、アノード電極を構成する複数のアノード透明電極層１１０５と、カソード電極およびアノード電極を電気的に分離する絶縁性の電気分離層１１０４と、ＤＣ電源１１１と、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを出射する光源（図外）とから構成される。
【００８２】
ＳｉＣウエハ２０１表面の直径１ｍｍの円形状の凹部内には、凹部底面を覆うように、ＣＮＷから構成されるＣＮＷ層１１０２が選択的に形成されている。ＣＮＷ層１１０２は、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部内で選択的にＣＮＷを成長させることにより形成される。ＳｉＣウエハ２０１裏面には、ＳｉＣウエハ２０１とオーミック接触するように、カソード電極層１１０３が形成されている。カソード電極層１１０３は、蒸着・アニール処理のプロセスを経て形成される。
【００８３】
電気分離層１１０４は、ＳｉＣウエハ２０１とアノード透明電極層１１０５との間に形成され、アノード透明電極層１１０５からＣＮＷ層１１０２に向かう貫通孔を有する。
【００８４】
アノード透明電極１１０５は、ＣＮＷ層１１０２と間を置いて対向するようにＳｉＣウエハ２０１上方の電気分離層１１０４上に形成されている。ＤＣ電源１１１は、カソード電極層１１０３およびアノード透明電極層１１０５と電気的に接続されている。
【００８５】
なお、ＣＮＷ層１１０２は本発明の第１カーボンナノ層の一例である。また、カソード電極層１１０３は本発明の第１電極の一例であり、アノード透明電極層１１０５は本発明の第２電極の一例である。さらに、電気分離層１１０４は本発明の第１電気分離層の一例である。
【００８６】
上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１１００では、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空度の真空容器内で、光源からの高いピークパワーを有するフェムト秒レーザ１１２が図１７に示されるようなビームスプリッターブロック１２０１を介してＣＮＷ層１１０２の配列に照射される。ビームスプリッターブロック１２０１は、ＣＮＷ層１１０２のハイスピード光電導スイッチを実現するものであり、表面に形成された非反射領域１２０２および高反射領域１２０３と、裏面に形成されたハーフミラー等の可変部分反射領域１２０４とを有する。ビームスプリッターブロック１２０１では、非反射領域１２０２にフェムト秒レーザ１１２が入射すると、フェムト秒レーザ１１２の入射角度に応じた間隔を持つ複数のフェムト秒レーザ１１２が可変部分反射領域１２０４から放射される。このようなビームスプリッターブロック１２０１を介して各ＣＮＷ層１１０２にフェムト秒レーザ１１２が照射されると、各ＣＮＷ層１１０２から光電子が放出される。放出された光電子は、ＤＣ電源１１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波が放射される。なお、ＳＮＲおよびテラヘルツ波の放射効率は、レーザと電圧との同期化によって向上する。
【００８７】
以上のように、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００によれば、第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００と同様の理由により、テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、カソード電極およびアノード電極の間隔を容易に調節することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【００８８】
また、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００によれば、複数のＣＮＷ層１１０２を備える。従って、各ＣＮＷ層１１０２にフェムト秒レーザ１１２を同時に照射することで、各ＣＮＷ層１１０２から同時にテラヘルツ波を放射させることができる。その結果、各ＣＮＷ層１１０２から放射されたテラヘルツ波を集光することにより、高出力のテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、各ＣＮＷ層１１０２から放射されたテラヘルツ波を集光しない場合でも、各テラヘルツ波を一度に被測定体に照射し、それらの透過状態を確認することで、スキャニング動作の不要な、つまり簡易な２次元イメージング装置を実現することができる。
【００８９】
また、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００によれば、１枚のＳｉＣウエハ２０１上に複数のテラヘルツ波放出源を作成することができる。従って、小型で高出力のテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【００９０】
なお、上記実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００では、複数のＣＮＷ層１１０２は１次元状に配列されるとした。しかし、複数のＣＮＷ層１１０２は、２次元状に配列されてもよいし、またランダム（不規則）に配列されてもよい。
【００９１】
次に、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１１００の製造方法について説明する。図１８および図１９は、同テラヘルツ波放射装置１１００の製造方法を説明するための図である。
【００９２】
まず、ＳｉＣウエハ２０１を用意し（図１８（ａ））、そのＳｉＣウエハ２０１表面の複数の部分に凹部１１０１を形成する（図１８（ｂ））。このとき、凹部１１０１の深さは、必要とされるカソード電極およびアノード電極の間隔に基づいて決定される。
【００９３】
次に、ＳｉＣウエハ２０１をグラファイト熱処理装置用のサンプルホルダ４０２にグラファイト基板３０９を介して入れた後、凹部１１０１のみが露出するように開口部４０１が形成されたＰＧケース３０２でＳｉＣウエハ２０１表面を覆う。その後、サンプルホルダ４０２をグラファイト熱処理装置に入れ、開口部４０１に露出している凹部１１０１内で選択的にＣＮＷを成長させて例えば数ｎｍ〜数十μｍの膜厚のＣＮＷ層１１０２を形成する（図１８（ｃ））。なお、ＣＮＷ層１１０２の形成プロセスは、第１の実施の形態におけるものと同様である。
【００９４】
次に、ＳｉＣウエハ２０１からグＰＧケース３０２を外し、ＳｉＣウエハ２０１をサンプルホルダ４０２から取り出す（図１８（ｄ））。
【００９５】
次に、ＳｉＯ2等から構成され、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部１１０１上方に貫通孔を有し、凹部１１０１以外の部分を覆う電気分離層１１０４をＳｉＣウエハ２０１表面に形成する（図１９（ａ））。
【００９６】
次に、ＳｉＣウエハ２０１の裏面上に蒸着によりカソード電極層１１０３を形成する。その後、電気分離層１１０４上にＮｉ等を蒸着し、１０００℃〜１２００℃で１０秒〜２分間だけ熱処理を行い、少なくとも一部が電気分離層１１０４の貫通孔上方に位置する複数のアノード透明電極層１１０５を形成する（図１９（ｂ））。
【００９７】
最後に、ＣＮＷ層１１０２を横切るように、ＳｉＣウエハ２０１をダイシングし（図１９（ｃ））、テラヘルツ波放射装置１１００を形成する（図１９（ｄ））。
【００９８】
（第３の実施の形態）
このテラヘルツ波放射装置２００の製造方法は、ＣＮＷ層２０２の形成において、ＳｉＣウエハ２０１をダミーのＳｉＣウエハを介してグラファイト熱処理装置用のサンプルホルダに入れるという点で第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００の製造方法と異なる。
【００９９】
同テラヘルツ波放射装置２００の製造方法では、図２（ｃ）で示した製造プロセスにおいて、ＳｉＣウエハ２０１が図２０（ａ）の断面図に示されるような形態でサンプルホルダ４０２に入れられる。すなわち、ＳｉＣウエハ２０１を滑らかな表面を持つ第１ダミーＳｉＣウエハ２０１ｃ、および滑らかな表面を持ち、さらにＳｉＣウエハ２０１表面の凹部上方に開口部を持つ第２ダミーＳｉＣウエハ２０１ｄで挟み込んだ形態でサンプルホルダ４０２に入れられる。
【０１００】
以上のように本実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００の製造方法によれば、ＳｉＣウエハ２０１を熱処理する際において、図２０（ｂ）の断面図に示されるように、ＳｉＣウエハ２０１よりもラフな表面を持つグラファイト基板３０９と第１ダミーＳｉＣウエハ２０１ｃとの間には、非常に大量のガス循環２０１ａが発生する。また、第２ダミーＳｉＣウエハ２０１ｄとＰＧケース３０２との間にもガス循環が発生する。しかしながら、第１ダミーＳｉＣウエハ２０１ｃおよび第２ダミーＳｉＣウエハ２０１ｄとＳｉＣウエハ２０１とは密接しているため、ＳｉＣウエハ２０１表面および裏面へのガス循環２０１ｂは大きく制限される。従って、ＣＮＷ層２０２を形成する際におけるＳｉＣウエハ２０１の表面に露出した部分以外の部分からのＣＮＷ成長を大きく防止し、図２０（ｃ）の断面図に示されるような所望の領域のみにＣＮＷ層２０２が形成されたＳｉＣウエハ２０１を実現できる。
【０１０１】
（第４の実施の形態）
図２１は、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１４００の構造を示す斜視図である。
【０１０２】
このテラヘルツ波放射装置１４００は、ＳｉＣウエハ２０１の表面および裏面の両面に複数のＣＮＷ層が形成されているという点で第２の実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００と異なる。同テラヘルツ波放射装置１４００は、カソード電極を構成するＳｉＣウエハ２０１と、アノード電極を構成する複数のアノード透明電極層１１０５、１１１５と、カソード電極およびアノード電極を電気的に分離する絶縁性の電気分離層１１０４、１１１４と、カソード電極およびアノード電極に直流電圧を印加する２つのＤＣ電源１１１、１４１１と、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを出射する光源（図外）とから構成される。
【０１０３】
ＳｉＣウエハ２０１の表面の直径１ｍｍの円形状の凹部内には、凹部底面を覆うように、ＣＮＷから構成されるＣＮＷ層１１０２が選択的に形成されている。ＳｉＣウエハ２０１の裏面の凹部内には、ＣＮＷから構成されるＣＮＷ層１１１２が選択的に形成されている。ＣＮＷ層１１１２は、ＳｉＣウエハ２０１の裏面の凹部内で選択的にＣＮＷを成長させることにより形成される。ＳｉＣウエハ２０１側面には、ＳｉＣウエハ２０１とオーミック接触するように、カソード電極層１４０３が形成されている。カソード電極層１４０３は、蒸着・アニール処理のプロセスを経て形成される。
【０１０４】
電気分離層１１１４は、ＳｉＣウエハ２０１とアノード透明電極層１１１５との間に形成され、アノード透明電極層１１１５からＣＮＷ層１１１２に向かう貫通孔を有する。
【０１０５】
アノード透明電極層１１１５は、ＣＮＷ層１１１２と間を置いて対向するようにＳｉＣウエハ２０１下方の電気分離層１１１４上に形成される。ＤＣ電源１４１１は、カソード電極層１４０３およびアノード透明電極層１１１５と電気的に接続されている。
【０１０６】
なお、ＣＮＷ層１１１２は本発明の第２カーボンナノ層の一例である。また、カソード電極層１４０３は本発明の第１電極の一例であり、アノード透明電極層１１１５は本発明の第２電極の一例である。さらに、電気分離層１１１４は本発明の第２電気分離層の一例である。
【０１０７】
上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１４００では、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空度の容器内で、高いピークパワーを有するフェムト秒レーザ１１２が図２２に示されるような２つのビームスプリッターブロック１５０１ａおよび１５０１ｂを介してＣＮＷ層１１０２、１１１２の配列に照射される。ビームスプリッターブロック１５０１ａは、表面に形成された非反射領域１５０２ａおよび高反射領域１５０３ａと、裏面に形成されたハーフミラー等の可変部分反射領域１５０４ａとを有する。同様に、ビームスプリッターブロック１５０１ｂは、表面に形成された非反射領域１５０２ｂおよび高反射領域１５０３ｂと、裏面に形成されたハーフミラー等の可変部分反射領域１５０４ｂとを有する。ビームスプリッターブロック１５０１ａおよび１５０１ｂでは、非反射領域１５０２ａにフェムト秒レーザ１１２が入射すると、フェムト秒レーザ１１２の入射角度に応じた間隔を持つ複数のフェムト秒レーザ１１２が可変部分反射領域１５０４ａから放射される。フェムト秒レーザ１１２は、可変部分反射領域１５０４ａで２つに分けられ、一方は非反射領域１５０２ｂに向けて放射される。このようなビームスプリッターブロック１５０１ａおよび１５０１ｂを介して各ＣＮＷ層１１０２、１１１２にフェムト秒レーザ１１２が照射されると、各ＣＮＷ層１１０２、１１１２から光電子が放出される。放出された光電子は、ＤＣ電源１１１、１４１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波が放射される。なお、ＳＮＲおよびテラヘルツ波の放射効率は、レーザと電圧との同期化によって向上する。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１４００によれば、第２の実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００と同様の理由により、テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、カソード電極およびアノード電極の間隔を容易に調節することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【０１０９】
また、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１４００によれば、複数のＣＮＷ層をＳｉＣウエハ２０１の両面に備える。従って、ＳｉＣウエハ２０１の表面および裏面に向けて対称にフェムト秒レーザ１１２を照射し、各ＣＮＷ層１１０２、１１１２にフェムト秒レーザ１１２を同時に照射することで、各ＣＮＷ層１１０２、１１１２から同時にテラヘルツ波を放射させることができる。その結果、各ＣＮＷ層１１０２、１１１２から放射されたテラヘルツ波を集光することにより、第２の実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００の２倍の出力を持つ高出力のテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、各ＣＮＷ層１１０２、１１１２から放射されたテラヘルツ波を集光しない場合でも、各テラヘルツ波を一度に被測定体に照射し、それらの透過状態を確認することで、スキャニング動作の不要な、つまり簡易な２次元イメージング装置を実現することができる。
【０１１０】
次に、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１４００の製造方法について説明する。
このテラヘルツ波放射装置１４００の製造方法は、ＣＮＷ層１１０２、１１１２の形成において、ＳｉＣウエハ２０１の両面をダミーのＳｉＣウエハ又はグラファイトマスクで被覆し、ＳｉＣウエハ２０１を立てた状態でグラファイト熱処理装置用のサンプルホルダに入れるという点で第２の実施の形態のテラヘルツ波放射装置１１００の製造方法と異なる。
【０１１１】
同テラヘルツ波放射装置１４００の製造方法では、図２（ｃ）で示した製造プロセスにおいて、ＳｉＣウエハ２０１が図２３（ａ）の断面図に示されるような形態でサンプルホルダ４０２に入れられる。すなわち、ＳｉＣウエハ２０１を滑らかな表面を持ち、さらにＳｉＣウエハ２０１表面の凹部上方に開口部を持つ２つの第２ダミーＳｉＣウエハ２０１ｄで挟み込んだ形態でＰＧケース３０２を介してサンプルホルダ４０２に入れられる。
【０１１２】
以上のように本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１４００の製造方法によれば、ＳｉＣウエハ２０１を熱処理する際において、図２３（ｂ）の断面図に示されるように、第２ダミーＳｉＣウエハ２０１ｄとＳｉＣウエハ２０１とは密接しているため、ＳｉＣウエハ２０１表面および裏面へのガス循環２０１ｂは大きく制限される。従って、ＣＮＷ層１１０２、１１１２が形成されるＳｉＣウエハ２０１の凹部以外の部分からのＣＮＷ成長を大きく防止し、図２３（ｃ）の断面図に示されるような所望の領域のみにＣＮＷ層１１０２、１１１２が形成されたＳｉＣウエハ２０１を実現できる。また、ＳｉＣウエハ２０１の両面の凹部が表面に露出しているため、両面の凹部に同時にＣＮＷ層１１０２、１１１２を形成することができる。
【０１１３】
なお、上記テラヘルツ波放射装置１４００の製造方法におけるＣＮＷ層１１０２、１１１２の形成において、ＳｉＣウエハ２０１の両面をグラファイトマスクで被覆してもよい。この場合には、図２４の断面図に示されるように、ＳｉＣウエハ２０１よりもラフな表面を持つグラファイトマスク１５００と、ＳｉＣウエハ２０１との間には、比較的多くのガス循環１６００ａが発生する。従って、ＳｉＣウエハ２０１の表面に露出した部分以外の部分にもＣＮＷ層が形成される。
【０１１４】
（第５の実施の形態）
図２５は、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１６００の構造を示す斜視図である。
【０１１５】
このテラヘルツ波放射装置１６００は、図１３で示したテラヘルツ波放射装置の評価結果を利用したものであり、凹部内に金属層が設けられ、さらにＣＮＷ層とＳｉＣウエハとの間に絶縁層が設けられているという点で第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００と異なる。同テラヘルツ波放射装置１６００は、カソード電極を構成するＳｉＣウエハ２０１と、アノード電極を構成するアノード透明電極層２０５と、カソード電極およびアノード電極を電気的に分離する電気分離層２０４と、ＤＣ電源１１１と、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを出射する光源（図外）とから構成される。
【０１１６】
ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部内には、Ｓｉ酸化物を主成分とした高抵抗層１６０２を介して直径１ｍｍの円形状のＣＮＷ層２０２が選択的に形成されている。また、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部のほぼ中央付近には、直径１００μｍの穴がＣＮＷ層２０２および高抵抗層１６０２を貫通してＳｉＣウエハ２０１に達するまで設けられ、この穴を埋めるように金属層１６０１が形成されている。この金属層１６０１はＣＮＷ層２０２に対しオーミック接触をし、かつＳｉＣウエハ２０１と導通するものである。ＳｉＣウエハ２０１裏面には、ＳｉＣウエハ２０１とオーミック接触するように、カソード電極層２０３が形成されている。
【０１１７】
電気分離層２０４は、ＳｉＣウエハ２０１のＣＮＷ層２０２が形成されていない領域上に形成され、電気分離層２０４上には凹部を持つアノード透明電極層２０５が形成されている。アノード透明電極層２０５の凹部は、ＣＮＷ層２０２に対向するように位置する。ＤＣ電源１１１は、カソード電極層２０３およびアノード透明電極層２０５と電気的に接続され、カソード電極を負極性に、アノード電極を正極性にする。
【０１１８】
上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１６００では、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空度の真空容器内で、高いピークパワーを有するフェムト秒レーザ１１２がレンズ１１３でフォーカスされ、アノード透明電極層２０５を介してＣＮＷ層２０２に照射されると、アノード透明電極層２０５の凹部とＣＮＷ層２０２との間の空間部に、ＣＮＷ層２０２から光電子が放出される。放出された光電子は、ＤＣ電源１１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波が放射される。
【０１１９】
以上のように、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１６００によれば、第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００と同様の理由により、テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、カソード電極およびアノード電極の間隔を容易に調節することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【０１２０】
また、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１６００は、ＣＮＷ層２０２の一部にＳｉＣウエハ２０１に達する穴を設け、ＣＮＷ層２０２に対しオーミック接触をし、かつＳｉＣウエハ２０１と導通する金属層１６０１を有している。従って、カソード電極層２０３とＣＮＷ層２０２との間の電気的抵抗を下げることができると共に、カソード電極層２０３から金属層１６０１への電流狭窄をすることができる。その結果、より少ない電流値でもって効率良くＣＮＷ層２０２からアノード電極へ光電子を放出させることができるので、テラヘルツ波の放射効率を高めることが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【０１２１】
次に、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１６００の製造方法について説明する。図２６は、同テラヘルツ波放射装置１６００の製造方法を説明するための断面図である。
【０１２２】
まず、ＳｉＣウエハ２０１を用意し（図２６（ａ））、そのＳｉＣウエハ２０１表面を直径１ｍｍの円形状の開口部を有するグラファイトマスク１７００で覆い、ＣＮＷ層２０２を形成する（図２６（ｂ））。このとき、ＣＮＷ層２０２の形成に付随して高抵抗層１６０２が形成される。
【０１２３】
次に、グラファイトマスク１７００を除去した後、レジストマスク１７０１をＳｉＣウエハ２０１上に形成し、レジストマスク１７０１におけるＣＮＷ層２０２の中央に対応する位置に直径１００μｍの円形状の開口部を設ける（図２６（ｃ））。
【０１２４】
次に、レジストマスク１７０１を用いてＣＮＷ層２０２に対してドライエッチングを施し、ＣＮＷ層２０２の中央にＳｉＣウエハ２０１まで達する穴を設ける。その後、この穴を含むレジストマスク１７０１の上に金属層１６０１を形成し、穴を金属層１６０１で埋める（図２６（ｄ））。
【０１２５】
次に、リフトオフによりレジストマスク１７０１を除去する（図２６（ｅ））。
最後に、ＳｉＯ2等から構成され、ＳｉＣウエハ２０１表面の凹部以外の部分を覆う電気分離層２０４を形成する。その後、電気分離層２０４の上に、凹部を有するアノード透明電極層２０５を、凹部がＣＮＷ層２０２に対向するように載置する。このようにしてテラヘルツ波放射装置１６００が形成される。
【０１２６】
（第６の実施の形態）
図２７（ａ）は、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１８００の構造を示す斜視図である。図２７（ｂ）は、同テラヘルツ波放射装置１８００の部分拡大図（図２７（ａ）のＡ部の拡大図）である。
【０１２７】
このテラヘルツ波放射装置１８００は、ＳｉＣウエハの凹部内では無く、ＳｉＣウエハの表面にＣＮＷ層が設けられているという点で第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００と異なる。同テラヘルツ波放射装置１８００は、カソード電極を構成するＳｉＣウエハ２０１と、アノード電極を構成するアノード透明電極層２０５と、カソード電極およびアノード電極を電気的に分離する電気分離層２０４と、ＤＣ電源１１１と、３００ｎｍ以下の波長のフェムト秒レーザを出射する光源（図外）とから構成される。
【０１２８】
ＳｉＣウエハ２０１表面の一部には、選択的に直径１ｍｍの円形状のＣＮＷ層２０２が形成されている。ＳｉＣウエハ２０１裏面には、カソード電極層２０３が形成されている。電気分離層２０４上には凹部を持つアノード透明電極層２０５が形成されている。アノード透明電極層２０５の凹部は、ＣＮＷ層２０２に対向するように位置する。ＤＣ電源１１１は、カソード電極層２０３およびアノード透明電極層２０５と電気的に接続され、カソード電極を負極性に、アノード電極を正極性にする。
【０１２９】
ここで、ＣＮＷ層２０２表面は、図２７（ｂ）に示されるように、ＳｉＣウエハ２０１表面よりも低く、ＳｉＣウエハ２０１表面とＣＮＷ層２０２表面との間には、２ｎｍ以上、例えば２ｎｍ〜５００ｎｍの段差が形成される。
【０１３０】
上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１８００では、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空容器内で、高いピークパワーを有するフェムト秒レーザ１１２がレンズ１１３でフォーカスされ、アノード透明電極層２０５を介してＣＮＷ層２０２に照射されると、アノード透明電極層２０５の凹部とＣＮＷ層２０２との間の空間部に、ＣＮＷ層２０２から光電子が放出される。放出された光電子は、ＤＣ電源１１１による電圧印加によって加速され、テラヘルツ波が放射される。
【０１３１】
以上のように、本実施の形態のテラヘルツ波放射装置１８００によれば、第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置２００と同様の理由により、テラヘルツ波の放射効率を高めることができ、低コストで製造することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。また、カソード電極およびアノード電極の間隔を容易に調節することが可能なテラヘルツ波放射装置を実現できる。
【０１３２】
次に、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１８００の製造方法について説明する。図２８は、同テラヘルツ波放射装置１８００の製造方法を説明するための断面図である。
【０１３３】
まず、ＳｉＣウエハ２０１を用意し、そのＳｉＣウエハ２０１表面を直径１ｍｍの円形状の開口部１９０１を有するグラファイトマスク１９００で覆う（図２８（ａ））。
【０１３４】
次に、グラファイトマスク１９００の開口部１９０１内の露出したＳｉＣウエハ２０１表面にＣＮＷ層２０２を形成する（図２８（ｂ））。このとき、ＳｉＣウエハ２０１の表面より２ｎｍ〜５００ｎｍ低い位置にＣＮＷ層２０２の上端が来るようにＣＮＷ層２０２が形成される。
【０１３５】
最後に、ＳｉＯ2等から構成され、ＳｉＣウエハ２０１表面のＣＮＷ層２０２以外の部分を覆う電気分離層２０４を形成する。その後、電気分離層２０４の上に、凹部を有するアノード透明電極層２０５を、その凹部がＣＮＷ層２０２に対向するように載置する。このようにしてテラヘルツ波放射装置１８００が形成される。
【０１３６】
図２９は、上記構造を有するテラヘルツ波放射装置１８００の変形例およびその製造方法を示す断面図である。
【０１３７】
まず、ＳｉＣウエハ２０１を用意し、そのＳｉＣウエハ２０１の全面にＣＮＷ層２０２を形成する（図２９（ａ））。
【０１３８】
次に、ＣＮＷ層２０２の一部をグラファイトマスク２０００で覆い、グラファイトマスク２０００以で被覆された領域外の領域におけるＣＮＷ層２０２を除去する（図２９（ｂ））。
【０１３９】
次に、グラファイトマスク２０００を除去し、ＣＮＷ層２０２に接するように金属層２００１を形成する（図２９（ｃ））。
【０１４０】
最後に、ＳｉＯ2等から構成され、ＳｉＣウエハ２０１表面のＣＮＷ層２０２以外の部分を覆う電気分離層２０４を形成する。その後、電気分離層２０４の上に、凹部を有するアノード透明電極層２０５を、その凹部がＣＮＷ層２０２に対向するように載置する（図２９（ｄ））。このようにしてテラヘルツ波放射装置１８００の変形例が形成される。
【０１４１】
以上、本発明のテラヘルツ波放射装置およびその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【０１４２】
例えば、上記実施の形態では、ＳｉＣウエハ表面の凹部内にＣＮＷ層を形成するとした。しかし、ＳｉＣウエハ表面の凹部内にカーボンナノ構造体が形成されればこれに限られず、ＳｉＣウエハ表面の凹部内には例えばＣＮＴ層、ＣＮＦ層、ＣＮＲ（Cabon Nano Rod）層あるいはＣＮＰ（Carbon Nano Pillar）層が形成されてもよい。
【０１４３】
また、上記実施の形態では、単結晶のＳｉＣウエハを用意し、そのＳｉＣウエハにＣＮＷ層を形成するとした。しかし、アモルファスＳｉＣ基板又はＣＶＤ法等を用いてＳｉＣでコーティングされたカーボン基板を用意し、そのＳｉＣ基板にＣＮＷ層を形成してもよい。このようなＳｉＣ基板は、例えば図３０の断面図に示される工程を経て形成される。すなわち、まず適当な凹部を持つカーボン基板１６１１上にＳｉＣ層１６１２を成長させ、カーボン基板１６１１の表面形状をＳｉＣ層１６１２に転写する（図３０（ａ））。最後に、ＳｉＣ層１６１２をカーボン基板１６１１から分離し（図３０（ｂ））、ＳｉＣ層１６１２裏面を研磨してＳｉＣ層１６１２裏面の凸部１６１３を取り除き、更に必要な厚さになるまでＳｉＣ層１６１２を研磨してＳｉＣ基板を形成する（図３０（ｃ））。なお、ＳｉＣ層１６１２の両面にＣＮＷ層を形成する場合には、ＳｉＣ層１６１２表面の凸部１６１３は取り除かれなくてもよい。ただし、ＳｉＣ層１６１２表面の凸部１６１３を取り除いた場合には、ＣＮＷ層の形成におけるＳｉＣ層１６１２とダミーＳｉＣウエハとの密接の程度が高められる。従って、ダミーＳｉＣウエハを用いたＣＮＷ層の形成を行う場合には、ＳｉＣ層１６１２表面の凸部１６１３が取り除かれることが好ましい。
【０１４４】
この場合には、ＣＮＷ層形成のための熱処理温度がＳｉＣウエハの場合と比較して高くなるが、テラヘルツ波放射装置を低コスト化すること、およびＣＮＷ層が形成される凹部をより深くすることが可能になる（例えば、特願２００５−３５２５６３号参照）。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は、テラヘルツ波放射装置およびその製造方法に利用でき、特にカーボンナノ構造体を用いたテラヘルツ波放射装置およびその製造方法等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態のテラヘルツ波放射装置の構造を示す斜視図である。
【図２】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法を説明するための図である。
【図３】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】（ａ）グラファイト熱処理装置の構成を示す図である。（ｂ）ＳｉＣウエハのサンプルホルダへの装填状態を示す断面図である。
【図５】ＳｉＣウエハのサンプルホルダへの装填状態を示す断面図である。
【図６】グラファイト熱処理装置の変形例の構成を示す図である。
【図７】ＣＮＷ層の上面形状を示す図である。
【図８】ＳｉＣウエハのサンプルホルダへの取り付け状態を示す断面図である。
【図９】ＳｉＣウエハのサンプルホルダへの取り付け状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）ＳｉＣウエハのラマンスペクトルの測定結果を示す図である。（ｂ）被測定体としてのＳｉＣウエハの上面図である。
【図１１】ＣＮＷ層のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１２】（ａ）ＳｉＣウエハのＳＩＭＳの測定結果を示す図である。（ｂ）被測定体としてのＳｉＣウエハの断面図である。
【図１３】（ａ）ＳｉＣウエハのＳＩＭＳの測定結果を示す図である。（ｂ）被測定体としてのＳｉＣウエハの断面図である。
【図１４】（ａ）表面粗さ計によるＳｉＣウエハ表面の凹凸の測定結果を示す図である。（ｂ）被測定体としてのＳｉＣウエハの上面図である。
【図１５】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の光電子放出特性を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態のテラヘルツ波放射装置の構造を示す斜視図である。
【図１７】ビームスプリッターブロックの構造を示す図である。
【図１８】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法を説明するための図である。
【図１９】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２０】（ａ）ＳｉＣウエハのサンプルホルダへの取り付け状態を示す断面図である。（ｂ）ＳｉＣウエハ周囲のガス循環状態を示す図である。（ｃ）ＣＮＷ層が形成されたＳｉＣウエハの断面図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態のテラヘルツ波放射装置の構造を示す斜視図である。
【図２２】ビームスプリッターブロックの構造を示す図である。
【図２３】（ａ）ＳｉＣウエハのサンプルホルダへの取り付け状態を示す断面図である。（ｂ）ＳｉＣウエハ周囲のガス循環状態を示す図である。（ｃ）ＣＮＷ層が形成されたＳｉＣウエハの断面図である。
【図２４】ＳｉＣウエハ周囲のガス循環状態を示す図である。
【図２５】本発明の第５の実施の形態のテラヘルツ波放射装置の構造を示す斜視図である。
【図２６】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２７】（ａ）本発明の第６の実施の形態のテラヘルツ波放射装置の構造を示す斜視図である。（ｂ）同テラヘルツ波放射装置の部分拡大図（図２７（ａ）のＡ部の拡大図）である。
【図２８】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２９】同実施の形態のテラヘルツ波放射装置の変形例およびその製造方法を示す断面図である。
【図３０】ＳｉＣ基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】従来のテラヘルツ波放射装置の構成を示す斜視図である。
【図３２】（ａ）テラヘルツ波放射装置の構造を示す断面図である。（ｂ）同テラヘルツ波放射装置の部分拡大図（図３２（ａ）のＡ部の拡大図）である。（ｃ）ＣＮＴ層の構造（図３２（ｂ）のＢ部の原子構造）を示す図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０、２００、１１００、１４００、１６００、１８００    テラヘルツ波放射装置
１１    絶縁性ＧａＡｓウエハ
１２    ＬＴ−ＧａＡｓ層
１３、１４    電極
１５    ＤＣバイアス電源
１０１    ＳｉＣチップ
１０２    ＣＮＴ層
１０３    ニッケル電極層
１０４、２０４、１１０４、１１１４    電気分離層
１０５    透明アノード電極層
１０６    アノード先端
１０７    アノードウエハ
１０８    カソードウエハ
１０９    熱結合物質層
１１０    グラファイト層
１１１、１４１１    ＤＣ電源
１１２    フェムト秒レーザ
１１３    レンズ
１１４    テラヘルツ波
２０１    ＳｉＣウエハ
２０１ａ、２０１ｂ、１６００ａ    ガス循環
２０１ｃ    第１ダミーＳｉＣウエハ
２０１ｄ    第２ダミーＳｉＣウエハ
２０２、１１０２、１１１２    ＣＮＷ層
２０３、１１０３、１４０３    カソード電極層
２０５、１１０５、１１１５    アノード透明電極層
３０１    凹部
３０２    ＰＧケース
３０９    グラファイト基板
４００    グラファイト熱処理装置
４０１、１９０１    開口部
４０２    サンプルホルダ
４０３    内部グラファイトチャンバー
４０４    排出孔
４０５    グラファイトヒータ
４０６    外部グラファイトチャンバー
４０７    ガス導入路
４０８    排気口
５０１、１５００、１７００、１９００、２０００    グラファイトマスク
９０２    Ｓｉ酸化物層
１２０１、１５０１ａ、１５０１ｂ    ビームスプリッターブロック
１２０２、１５０２ａ、１５０２ｂ    非反射領域
１２０３、１５０３ａ、１５０３ｂ    高反射領域
１２０４、１５０４ａ、１５０４ｂ    可変部分反射領域
１６０１、２００１    金属層
１６０２    高抵抗層
１６１１    カーボン基板
１６１２    ＳｉＣ層
１６１３    凸部
１７０１    レジストマスク
【図１】
2008091541.tif 000003
【図２】
2008091541.tif 000004
【図３】
2008091541.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008091541.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008091541.tif 000009
【図８】
2008091541.tif 000010
【図９】
2008091541.tif 000011
【図１０】
2008091541.tif 000012
【図１２】
2008091541.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008091541.tif 000016
【図１６】
2008091541.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
2008091541.tif 000019
【図１９】
2008091541.tif 000020
【図２０】
2008091541.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2008091541.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
2008091541.tif 000031
【図３１】
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【図３２】
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【図１１】
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