(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の放射と受信のいずれか一方または両方を行う光導電体であって、
第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）を含む材料領域（１）であって、前記第２のセクション（Ｃ）の電荷キャリアの捕獲中心と再結合中心のいずれか一方または両方の密度が、前記第１のセクション（Ａ）よりも高く、これにより、前記第２のセクション（Ｃ）の電荷キャリア寿命が、前記第１のセクション（Ａ）よりも短い、材料領域（１）と、
電荷キャリアエネルギー状態のサブバンド構造を前記材料領域（１）に作り出す、閉込め手段と、
を備え、
サブバンド基底状態において電荷キャリアが前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）の一方に主に位置し、かつ、励起サブバンド状態において電荷キャリアが他方のセクションに主に位置するように、前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）は、サブバンド基底状態のキャリア確率密度（Ｐ１）の最大値が前記一方のセクション内に位置し、励起サブバンド状態のキャリア確率密度（Ｐ２）の最大値が前記他方のセクション内に位置するように配置及び構成され、
前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）と前記第２のセクション（Ｃ）のいずれか一方または両方が、前記閉込め手段により作り出されるエネルギーサブバンド間での電荷キャリアの遷移がフォノンの放出又は吸収を通じて可能であるように構成され、
前記材料領域（１）が第１の材料領域であり、前記閉込め手段が、前記第１の材料領域に隣接して配置された第２の材料領域（２）により実現され、当該第２の材料領域（２）のバンドギャップは前記第１の材料領域のバンドギャップよりも広く、
前記第２の材料領域（２）が２つの半導体層（Ｂ）を含み、これら半導体層（Ｂ）が、前記第１の材料領域の両側に配置されている、光導電体。
【請求項２】
請求項１に記載の光導電体において、前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）は、前記サブバンド基底状態のキャリア確率密度（Ｐ１）の最大値が当該第２のセクション（Ｃ）内に位置し、前記励起サブバンド状態のキャリア確率密度（Ｐ２）の最大値が当該第１のセクション（Ａ）内に位置するように配置されている、光導電体。
【請求項３】
請求項１に記載の光導電体において、前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）は、前記サブバンド基底状態のキャリア確率密度（Ｐ１）の最大値が当該第１のセクション（Ａ）内に位置し、前記励起サブバンド状態のキャリア確率密度（Ｐ２）の最大値が当該第２のセクション（Ｃ）内に位置するように配置されている、光導電体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の光導電体において、
複数の第１の材料領域、
を備え、当該第１の材料領域のそれぞれが、第２の材料領域（２）により閉じ込められている、光導電体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第２のセクション（Ｃ）のキャリア寿命が、前記第１のセクション（Ａ）よりも短い、光導電体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）のキャリア移動度が、前記第２のセクション（Ｃ）のキャリア移動度と異なる、光導電体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）が、前記第２のセクション（Ｃ）の前記捕獲中心と前記再結合中心のいずれか一方または両方を作り出す、少なくとも１種のドーピング物質と結晶欠陥のいずれか一方または両方を有する、光導電体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）が、前記材料領域（１）の前記第２のセクション（Ｃ）と異なる材料を含む、光導電体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）が、複数のサブ層を有する、光導電体。
【請求項１０】
請求項９に記載の光導電体において、前記第１のセクション（Ａ）が、２つの半導体層により構成され、前記第２のセクション（Ｃ）が、前記第１のセクション（Ａ）の前記２つの半導体層の間に配置された半導体層により構成されている、光導電体。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光導電体において、前記第１のセクション（Ａ）の前記２つの半導体層のそれぞれの厚さが、前記第２のセクション（Ｃ）の前記半導体層の厚さよりも大きい、光導電体。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第２のセクション（Ｃ）が、複数のサブ層を有する、光導電体。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第２のセクションが、２つの半導体層により構成され、前記第１のセクションが、前記第２のセクションの前記２つの半導体層の間に配置された半導体層により構成されている、光導電体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光導電体において、前記第２のセクションの前記半導体層のそれぞれの厚さが、前記第１のセクションの前記半導体層の厚さよりも大きい、光導電体。
【請求項１５】
請求項１０，１１，１３または１４に記載の光導電体において、前記第１のセクション（Ａ）の前記半導体層および前記第２のセクション（Ｃ）の前記半導体層に、伸長歪もしくは圧縮歪、または、伸長歪および圧縮歪が与えられている、光導電体。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の光導電体において、前記第２の材料領域（２）が、複数のサブ層を有する、光導電体。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の光導電体において、前記材料領域（１）は、当該材料領域が照射を受けると、電子の形態の電荷キャリアが価電子帯から前記励起サブバンド状態へと励起されるように構成されている、光導電体。
【請求項１８】
電磁波の送信と受信のいずれか一方または両方を行うアンテナであって、請求項１から１７のいずれか一項に記載の光導電体を備える、アンテナ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のアンテナであって、前記電磁波がテラヘルツ波である、アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載されているとおり電磁波を放射および／または受信する光導電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導電体（フォトコンダクタ）は、例えば、テラヘルツアンテナの構成部品として用いられる。このアンテナに光ビート信号またはパルス光信号を照射すると、光導電体によりテラヘルツ波が放射され得る。具体的に述べると、光ビート信号は光導電体内に自由キャリアを発生させ、これら自由キャリアは光導電体に印加された電圧によって加速され、それら加速された自由キャリアがテラヘルツ領域の放射を生成する。テラヘルツ放射を生成する光導電体は、例えば、特許文献１に開示されている。同文献に記載された光導電体は、２つの半導体界面間に閉じ込められた光伝導性領域を備え、それら半導体界面が、前記光伝導性領域で生成された自由電荷キャリアを捕獲するための不純物を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／１１０３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、光導電体の効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、電磁波を放射および／または受信する光導電体であって、
第１および第２のセクション（第１の部分および第２の部分）を含む材料領域であって、前記第２のセクションの電荷キャリア捕獲中心および／または再結合中心の密度が、当該第１のセクションよりも高い、材料領域と、
電荷キャリアエネルギー状態のサブバンド構造を前記材料領域に作り出す、閉込め手段と、
を備え、
前記第１および第２のセクションは、サブバンド基底状態のキャリア確率密度の最大値が当該セクションのうちの一方のセクション内に位置し、励起サブバンド状態（例えば、第１励起サブバンド状態）のキャリア確率密度の最大値が他方のセクション内に位置するように配置されている、光導電体を提供する。
【０００６】
前記光導電体の前記材料領域は光伝導性領域を実現する。前記閉込め手段は、入射光が電子−正孔対（すなわち、電荷キャリア）へと効率よく変換されることを可能にするように構成されており、それらキャリアの二次元閉込め（例えば、前記材料領域または当該材料領域が配置された基板と平行に延びる平面内での閉込め）又は三次元閉込めが実現され得る。前記閉込め手段は、サブバンド構造を前記材料領域の固有バンド構造に付加する。
【０００７】
前記材料領域の前記第１のセクションによって、電荷キャリアの高移動度輸送（例えば、基板と平行な方向への高移動度輸送）が可能なる一方で、前記材料領域の前記第２のセクションは短いキャリア寿命となる。つまり前記第２のセクションは、必然的に、光伝導性の素早い減少を実現する。したがって、従来の光導電体とは異なり、電荷キャリアの高移動度輸送を実現する機能とサブバンド基底状態のキャリアの素早い再結合を実現する機能という別々の機能のために、２つの材料セクション（前記材料領域の前記第１および第２のセクション）が使用されている。
【０００８】
より具体的に述べると、光伝導性を有する前記材料領域に２つのセクションを使用することにより、前記捕獲中心および／または前記再結合中心の位置（ひいては、電荷キャリアの素早い再結合の位置）を、基底状態の電荷キャリアの位置と適合させることが可能になる。このような適合化は、特に、電荷キャリアの再結合を加速させるので、前記光導電体の効率を向上させる。
【０００９】
例えば、前記材料領域の前記第１および第２のセクションは、前記サブバンド基底状態のキャリアのキャリア確率密度の最大値が当該第２のセクション内に位置し、キャリアの前記励起サブバンド状態の、当該キャリアのキャリア確率密度の最大値が当該第１のセクション内に位置するように配置される。換言すると、前記材料領域のうちの、捕獲中心および／または再結合中心の密度が高いセクション（すなわち、荷電キャリア寿命が短い領域）が、キャリアが前記サブバンド基底状態にあるときに主に位置している領域に設けられる。その一方で、捕獲中心および／または再結合中心の密度が低いセクション（すなわち、荷電キャリア寿命が長く、したがって高い移動度を有する領域）が、キャリアが前記励起サブバンド状態（例えば、第１励起サブバンド状態）にあるときに主に位置している領域に設けられる。なお、「電荷キャリア」とは、電子であっても正孔であってもよい。より具体的に述べると、前記材料領域への光照射による自由電荷キャリアの生成後、これら励起されたキャリアは、基底状態へのフォノン支援サブバンド間緩和を（フォノンの放出を伴って）受けて、最後に前記第２のセクションの高密度の捕獲中心のおかげで素早く再結合し得る。
【００１０】
しかしながら、これとは逆に、前記第１および第２のセクションを、前記サブバンド基底状態のキャリアのキャリア確率密度の最大値が当該第１のセクション内に位置し、キャリアの前記励起サブバンド状態の、当該キャリアのキャリア確率密度の最大値が当該第２のセクション内に位置するように配置することも考えられる。この実施形態では、前記材料領域のうちの、捕獲中心および／または再結合中心の密度が高いセクションが、励起されたキャリアの領域に位置する一方で、捕獲中心および／または再結合中心の密度が低いセクションが、前記サブバンド基底状態のキャリアの領域に位置する。詳細に言えば、この実施形態では、捕獲領域へのキャリアの遷移（すなわち、前記材料領域の前記第２のセクションへのキャリアの遷移）が、フォノン吸収過程を伴い得る。
【００１１】
本発明の他の実施形態において、前記材料領域は第１の材料領域であり、前記閉込め手段が、当該第１の材料領域に隣接して配置された第２の材料領域（例えば、前記第１の材料領域を取り囲むように配置された第２の材料領域）により実現され、当該第２の材料領域のバンドギャップは当該第１の材料領域のバンドギャップよりも広い。前記第２の材料領域は、例えば、ワイドバンドギャップ半導体材料で構成される一方、前記第１の材料領域の２つの前記セクションのそれぞれは、ナローバンドギャップ材料（例えば、相異なるナローバンドギャップ材料）で構成されてもよい。また、前記第２の材料領域は、複数のサブ層、特には、当該サブ層の平均バンドギャップエネルギーが入射光子の所定のエネルギーよりも大きい複数のサブ層を有してもよい。
【００１２】
例えば、前記光導電体は、特定のスペクトル範囲で動作するように構成されている。すなわち、入射光のエネルギーＥｐｈｏｔｏｎ（光子エネルギー）は予め決定可能な範囲内とされ（Ｅｍｉｎ（エネルギー最小値）＜Ｅｐｈｏｔｏｎ＜Ｅｍａｘ（エネルギー最大値））、前記光導電体はエネルギーＥｐｈｏｔｏｎの光を吸収するのに最適化され得る。そして、前記第２の材料領域のバンドギャップのエネルギーＥｇａｐ（Ｂ）はＥｇａｐ（Ｂ）＞Ｅｍａｘとされる一方で、前記第１の材料領域の前記第１および／または第２のセクションのバンドギャップのエネルギーＥｇａｐ（Ａ），Ｅｇａｐ（Ｃ）はそれぞれＥｇａｐ（Ａ）＞Ｅｍｉｎ、Ｅｇａｐ（Ｃ）＞Ｅｍｉｎとされてもよい。また、前記第１および第２の材料領域には、伸長歪および／または圧縮歪が与えられてもよい。
【００１３】
本発明の他の実施形態において、前記光導電体は、複数の第１の材料領域を備え、当該第１の材料領域のそれぞれが、第２の材料領域により閉じ込められている。第１の材料領域と第２の材料領域とを複数積み重ねることにより、前記光導電体の光吸収特性が向上する。具体例として、前記光導電体は、前記第１の材料領域及び前記第２の材料領域を構成する層同士を一まとめにしたもの（パッケージ）であって、当該第１の材料領域の材料層と当該第２の材料領域の材料層とが交互に配置されているものを有する。
【００１４】
なお、前記閉込め手段は、必ずしも前記第１の材料領域に隣接する第２の材料領域により実現されるものである必要はない。むしろ、前記閉込め手段を実現する他の手段が用いられてもよい。例えば、前記閉込め手段は、磁場により実現され得る。
【００１５】
また、本発明にかかる光導電体の前記材料領域は、当該材料領域の前記第２のセクションの前記捕獲中心および／または前記再結合中心を作り出す、少なくとも１種のドーピング物質および／または結晶欠陥を有するものであってもよい。例えば、前記第２のセクションの高密度の捕獲中心は、当該第２のセクションのうちの狭い領域に対する集中的なドーピング（いわゆる「デルタドーピング」）によって実現され得る。
【００１６】
既に述べたとおり、前記材料領域の前記第１のセクションは、前記第２のセクションと異なる材料を含んでもよく、又は前記第２のセクションと異なる材料からなってもよい。また、前記材料領域の前記第１のセクションは、複数のサブ層を有してもよい。例えば、前記第１のセクションは、２つの半導体層（例えば、同じ材料で構成された２つの半導体層）により構成され、前記第２のセクション（すなわち、捕獲中心の密度が高いセクション）は、前記第１のセクションの前記２つの半導体層の間に配置された半導体層により構成されてもよい。前記第１のセクションの前記２つの半導体層のそれぞれの厚さは、前記第２のセクションの前記半導体層の厚さよりも大きくてもよい。
【００１７】
しかしながら、これとは逆に、前記材料層の前記第２のセクションを、２つの半導体層により構成されたものとし、前記第１のセクションを、前記第２のセクションの前記２つの半導体層間に配置された半導体層により形成されたものとすることも考えられる。この変形例は、特に、捕獲中心の密度が高いセクションの位置を、既に述べたように前記励起サブバンド状態のキャリアの位置と適合させて用いられる。
【００１８】
また、前記第１のセクションの前記半導体層および前記第２のセクションの前記半導体層には、さらに、伸長歪および／または圧縮歪が与えられてもよい。
【００１９】
また、前記材料領域の前記第１のセクションおよび／または前記第２のセクションは、前記閉込め手段により作り出されるエネルギーサブバンド間での電荷キャリアの遷移がフォノンの放出又は吸収を通じて可能であるように構成される。また、前記材料領域は、当該材料領域が照射を受けると、電子の形態の電荷キャリアが価電子帯から伝導帯状態へと励起されるように構成されてもよい。
【００２０】
また、前記材料領域の前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間の境界面が、前記サブバンド基底状態および／または前記第１励起サブバンド状態のキャリアの拡散損失を増大させるように構成されることも可能である。
【００２１】
本発明は、さらに、電磁波、特には、テラヘルツ波を送信および／または受信するアンテナであって、前述の光導電体を備える、アンテナに関する。本発明は、さらに、電磁波、特には、テラヘルツ波を受信または送信するそのようなアンテナを備える、（超高速）光受信機および／または（超高速）光送信機に関する。例えば、前記光受信機および／または光送信機は、前記アンテナの前記光導電体に電圧を供給し且つ当該光導電体にわたって印加された電圧を検出する複数の電気接点（例えば、２つの電気接点）を備える。また、前記光導電体は、メサであって、前記電気接点が当該メサの両側に接続されたメサとして構成されてもよい。
【００２２】
以下では、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光導電体の層構造を示す概略図である。
【図２】図１に示された層構造についての伝導帯及び価電子帯を示す図である。
【図３】図１に示された層構造の励起過程及び緩和過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明にかかる超高速光導電体の断面図である。この光導電体は、複数の第１の材料領域１および当該第１の材料領域１に隣接して配置された複数の第２の材料領域２を備える。第２の材料領域２のそれぞれは、２つの半導体層Ｂを含み、これら半導体層Ｂは、第１の材料領域１の両側に配置されている（すなわち、第１の材料領域１の上および下に配置されている）。第１の材料領域１は、２つの半導体層Ａにより構成される第１のセクション（第１の部分）、およびそれら２つの半導体層Ａ間に配置された半導体層Ｃにより構成される第２のセクション（第２の部分）を含む。層Ａ，Ｂ，Ｃは、基板（図示せず）上に交互に配置されており（当該基板は、つまり層Ａ，Ｂ，Ｃも、図１の上下方向に延びている）。これによって、層パケットを形成している。図１には、この層パケットの一周期（すなわち、前記光導電体の第１の材料領域が一つ、さらに、第２の材料領域２が一つ）のみが描かれている。
【００２５】
閉込め層Ｂの半導体材料は、第１の材料領域１で生成された電荷キャリアを空間的に閉じ込める二次元又は三次元のポテンシャル井戸が形成されるように、半導体層Ａ，Ｃの半導体材料（ナローバンドギャップ材料）よりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ材料である。前記ポテンシャル井戸は、半導体層Ａ，Ｃの半導体材料のバンド構造に重畳するサブバンド構造を作り出す。図１には、（第１の量子化状態に相当する）サブバンド基底状態のエネルギーＥｇと、（第２の量子化状態に相当する）第１励起サブバンド状態のエネルギーＥｅとが描かれている。より具体的に述べると、層Ａ，Ｃは、第１の材料領域１で生成された電荷キャリアの強力な量子閉込めが実現される薄さである。例えば、それぞれの層Ａの厚さは２０ｎｍ未満（かつ例えば１ｎｍ超）であり、かつ／あるいは、それぞれの層Ｃの厚さは５ｎｍ未満（かつ例えば１ｎｍ超）である。閉込め層Ｂの厚さは、１ｎｍ超とされてもよい。
【００２６】
また、層Ａおよび／または層Ｃは、第１励起サブバンド状態からサブバンド基底状態への遷移が当該層Ａおよび／または層Ｃの縦型フォノンと共鳴するように構成されてもよい。具体例として、第１励起サブバンド状態のエネルギーＥｅとサブバンド基底状態のエネルギーＥｇとの差が、層Ａまたは層Ｃの縦型光学フォノンのエネルギーＥｐｈの半分以上とされる。具体例として、そのエネルギーの差は、Ｅｅ−Ｅｇ＝Ｅｐｈ±１／２Ｅｐｈとされる。これにより、第１の材料領域１で生成された電荷キャリアは、フォノンの放出又は吸収によってサブバンド基底状態と第１励起サブバンド状態との間を遷移することになる。
【００２７】
層Ａの半導体材料は、長寿命（すなわち、高い移動度および遅い再結合）材料である。その一方で、層Ｃの半導体材料は、短寿命（すなわち、低い移動度および速い再結合）材料である。詳細には、層Ｃの材料は、電荷キャリア捕獲中心および／または再結合中心の密度が、層Ａの材料よりも高い。このため、層Ｃには、高密度の再結合中心を実現するように深準位不純物（例えば、Ｆｅ（図２および図３を参照））が意図的にドープされている。
【００２８】
図１には、さらに、方向ｚ（すなわち、層Ａ、層Ｂおよび層Ｃと直交する方向）に沿った、サブバンド基底状態の（第１の材料領域１で生成されるエネルギーサブバンド基底状態の電子についての）キャリア確率密度Ｐ１と、第１励起サブバンド状態の電子確率密度Ｐ２とが描かれている。見て取れるように、半導体層Ａおよび半導体層Ｃは、サブバンド基底状態のキャリア確率密度Ｐ１が半導体層Ｃの領域に位置するように（すなわち、再結合中心の密度が高い層に位置するように）配置及び構成されている。その一方で、第１励起サブバンド状態のキャリア確率密度Ｐ２の（２つの）最大値は、半導体層Ａの領域に位置している（具体的に述べると、第１の最大値が２つの層Ａのうちの一方の層Ａ内に位置し、第２の最大値が他方の層Ａ内に位置している）。これにより、第１の材料領域１は、第１励起サブバンド状態のキャリアの移動度をサブバンド基底状態のキャリアよりも高くするとともに、高密度の再結合中心がサブバンド基底状態のキャリアに作用することでサブバンド基底状態のキャリアの素早い減少を実現している。
【００２９】
原則として、半導体層Ａの役割と半導体層Ｃの役割とを入れ替えてもよい。すなわち、層Ａを再結合中心の密度が高いものとする一方で、層Ｃを高移動度材料としてもよい。この構成は、キャリアがフォノン吸収過程によって第１励起サブバンド状態へと遷移する場合に用いられ得る。
【００３０】
図２は、図１の層構成の例示的な一例を示す図であり、第１の材料領域１及び第２の材料領域２の伝導帯端及び価電子帯端が成長方向（すなわち、基板と直交する方向）に沿って描かれている。「Ｅｃ」は層Ａ〜Ｃの領域の、伝導帯の電子のエネルギーを指し、「Ｅｖ（ｈｈ）」は層Ａ〜Ｃの領域の、価電子帯のエネルギーを指す。
【００３１】
この実施形態では、半導体層Ｂのそれぞれが、ＩｎＰ基板に格子整合したＩｎＡｌＡｓ層（例えば、厚さが８ｎｍであるＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ層）により形成されている。半導体層Ａは、ＩｎＧａＡｓ層（例えば、厚さが１８ｎｍであるＩｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層）である。このＩｎＧａＡｓ層は、前記ＩｎＰ基板に対してわずかに伸長歪が与えられたものであってもよい。層Ｃは、前記ＩｎＰ基板に対して圧縮歪が与えられたＩｎＧａＡｓ層（例えば、厚さが３ｎｍであるＩｎ０．７３Ｇａ０．２７Ａｓ層）である。また、層Ｃには、サブバンド基底状態の電荷キャリアの超高速再結合を可能にするように深準位不純物（例えば、Ｆｅおよび／またはＣｒおよび／またはＲｈおよび／またはＲｕおよび／またはＶ）がドープされている。
【００３２】
当然ながら、本発明は、特定の層材料に限定されない。つまり、原則として、他の材料が用いられてもよい。また、第１の材料領域１の２つの層Ａのうちの一方の層Ａは、必ずしも当該層Ａのうちの他方の層Ａと同じ材料で構成されているものである必要はない。また、第１の材料領域１の２つの層Ａの厚さは、相異なるものであってもよい。
【００３３】
前記光導電体に光を照射すると、電子−正孔対が生成される。電子は、光効果によって（図２で電子について矢印「Ｔ」で示されているように）価電子帯から第１励起サブバンド状態へと遷移させられ得る。先に述べたように、第１励起サブバンド状態のキャリアは、半導体層Ａに局在しているので、前記光導電体にわたって生成された電場（例えば、少なくとも部分的に半導体層Ａ，Ｂ，Ｃと平行に延びる電場）により強く加速させられることが可能な高い移動度を有する。第１励起サブバンド状態の加速させられた電荷キャリアは、所望の放射（特には、テラヘルツ波）を伝送する。
【００３４】
前述したように、第１励起サブバンド状態のエネルギーＥｅとサブバンド基底状態のエネルギーＥｇとの差は、第１の材料領域１の縦型光学フォノンのエネルギーに合わせられてもよい。これにより、第１励起サブバンド状態のキャリアは、サブバンド基底状態への素早いフォノン支援サブバンド間緩和を、層Ｃへの実空間遷移を伴って受ける。このサブバンド間緩和過程は、図２の拡大図である図３において、電子について矢印「Ｒ」で示されている。サブバンド基底状態へと緩和したキャリアは、高密度の深準位再結合中心のおかげで素早く再結合する。この再結合過程は、図３において矢印「ＲＣ」で示されている。
【００３５】
電子と同様に、正孔の形態の電荷キャリアも、励起、および素早いサブバンド間緩和の過程を引き起こし得る。具体的に述べると、正孔は、正孔が高い移動度で移動する第１励起サブバンド正孔状態ｈｈ２（対応する正孔確率密度Ｐｈｈ２は、高移動度半導体層Ａの領域に最大値を有する）へと励起され得る。正孔は、第１励起サブバンド正孔状態ｈｈ２からサブバンド正孔基底状態ｈｈ１へと緩和し（図３の矢印Ｒｈ）、サブバンド正孔基底状態の正孔は、素早く再結合する（正孔確率密度Ｐｈｈ１は、低寿命半導体層Ｃの領域に最大値を有する）。この正孔再結合過程は、図３において矢印「ＲＣｈ」で示されている。また、正孔のサブバンド間緩和も、前述したものと全体的に同じように、半導体層Ａおよび／または半導体層Ｃの縦型光学フォノンと共鳴するものとされてよい。
【００３６】
なお、図１に示す層構造は、あくまでも例示に過ぎない。他の層構造が代わりに用いられてもよい。例えば、半導体層Ａの少なくとも一部および／または半導体層Ｃの少なくとも一部が、複数のサブ層、特には、当該サブ層の平均バンドギャップエネルギーが入射光子の所定のエネルギーよりも小さい複数のサブ層を有するものとされてもよい。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
電磁波の放射と受信のいずれか一方または両方を行う光導電体であって、
第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）を含む材料領域（１）であって、前記第２のセクション（Ｃ）の電荷キャリアの捕獲中心と再結合中心のいずれか一方または両方の密度が、前記第１のセクション（Ａ）よりも高い、材料領域（１）と、
電荷キャリアエネルギー状態のサブバンド構造を前記材料領域（１）に作り出す、閉込め手段と、
を備え、
前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）は、サブバンド基底状態のキャリア確率密度（Ｐ１）の最大値が当該セクション（Ａ，Ｃ）のうちの一方のセクション内に位置し、励起サブバンド状態のキャリア確率密度（Ｐ２）の最大値が他方のセクション内に位置するように配置及び構成されている、光導電体。
〔態様２〕
態様１に記載の光導電体において、前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）は、前記サブバンド基底状態のキャリア確率密度（Ｐ１）の最大値が当該第２のセクション（Ｃ）内に位置し、前記励起サブバンド状態のキャリア確率密度（Ｐ２）の最大値が当該第１のセクション（Ａ）内に位置するように配置されている、光導電体。
〔態様３〕
態様１に記載の光導電体において、前記第１および第２のセクション（Ａ，Ｃ）は、前記サブバンド基底状態のキャリア確率密度（Ｐ１）の最大値が当該第１のセクション（Ａ）内に位置し、前記励起サブバンド状態のキャリア確率密度（Ｐ２）の最大値が当該第２のセクション（Ｃ）内に位置するように配置されている、光導電体。
〔態様４〕
態様１から３のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）が第１の材料領域であり、前記閉込め手段が、前記第１の材料領域に隣接して配置された第２の材料領域（２）により実現され、当該第２の材料領域（２）のバンドギャップは前記第１の材料領域のバンドギャップよりも広い、光導電体。
〔態様５〕
態様４に記載の光導電体において、前記第２の材料領域（２）が２つの半導体層（Ｂ）を含み、これら半導体層（Ｂ）が、前記第１の材料領域の両側に配置されている、光導電体。
〔態様６〕
態様４または５に記載の光導電体において、
複数の第１の材料領域、
を備え、当該第１の材料領域のそれぞれが、第２の材料領域（２）により閉じ込められている、光導電体。
〔態様７〕
態様１から６のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記閉込め手段が、磁場により実現される、光導電体。
〔態様８〕
態様１から７のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第２のセクション（Ｃ）のキャリア寿命が、前記第１のセクション（Ａ）よりも短い、光導電体。
〔態様９〕
態様１から８に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）のキャリア移動度が、前記第２のセクション（Ｃ）のキャリア移動度と異なる、光導電体。
〔態様１０〕
態様１から９のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）が、前記第２のセクション（Ｃ）の前記捕獲中心と前記再結合中心のいずれか一方または両方を作り出す、少なくとも１種のドーピング物質と結晶欠陥のいずれか一方または両方を有する、光導電体。
〔態様１１〕
態様１から１０のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）が、前記材料領域（１）の前記第２のセクション（Ｃ）と異なる材料を含む、光導電体。
〔態様１２〕
態様１から１１のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）が、複数のサブ層を有する、光導電体。
〔態様１３〕
態様１２に記載の光導電体において、前記第１のセクション（Ａ）が、２つの半導体層により構成され、前記第２のセクション（Ｃ）が、前記第１のセクション（Ａ）の前記２つの半導体層の間に配置された半導体層により構成されている、光導電体。
〔態様１４〕
態様１３に記載の光導電体において、前記第１のセクション（Ａ）の前記２つの半導体層のそれぞれの厚さが、前記第２のセクション（Ｃ）の前記半導体層の厚さよりも大きい、光導電体。
〔態様１５〕
態様１から１２のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第２のセクション（Ｃ）が、複数のサブ層を有する、光導電体。
〔態様１６〕
態様１５に記載の光導電体において、前記材料層（１）の前記第２のセクションが、２つの半導体層により構成され、前記第１のセクションが、前記第２のセクションの前記２つの半導体層の間に配置された半導体層により構成されている、光導電体。
〔態様１７〕
態様１６に記載の光導電体において、前記第２のセクションの前記半導体層のそれぞれの厚さが、前記第１のセクションの前記半導体層の厚さよりも大きい、光導電体。
〔態様１８〕
態様１３、１４、１６または１７に記載の光導電体において、前記第１のセクション（Ａ）の前記半導体層および前記第２のセクション（Ｃ）の前記半導体層に、伸長歪もしくは圧縮歪または伸長歪および圧縮歪が与えられている、光導電体。
〔態様１９〕
態様４に従属する場合の態様５から１８のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記第２の材料領域（２）が、複数のサブ層を有する、光導電体。
〔態様２０〕
態様１から１９のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）と前記第２のセクション（Ｃ）のいずれか一方または両方は、前記閉込め手段により作り出されるエネルギーサブバンド間での電荷キャリアの遷移がフォノンの放出又は吸収を通じて可能であるように構成されている、光導電体。
〔態様２１〕
態様１から２０のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）は、当該材料領域が照射を受けると、電子の形態の電荷キャリアが価電子帯から前記励起サブバンド状態へと励起されるように構成されている、光導電体。
〔態様２２〕
態様１から２１のいずれか一態様に記載の光導電体において、前記材料領域（１）の前記第１のセクション（Ａ）と前記第２のセクション（Ｃ）との間の境界面が、前記サブバンド基底状態と前記励起サブバンド状態のいずれか一方または両方のキャリアの拡散損失を増大させるように構成されている、光導電体。
〔態様２３〕
電磁波（、特には、テラヘルツ波）の送信と受信のいずれか一方または両方を行うアンテナであって、態様１から２２のいずれか一態様に記載の光導電体を備える、アンテナ。
【符号の説明】
【００３７】
１      第１の材料領域
２      第２の材料領域
Ａ      第１の材料領域の第１のセクションを形成する半導体層
Ｃ      第１の材料領域の第２のセクションを形成する半導体層
Ｂ      第２の材料領域の半導体層
Ｐ１    サブバンド基底状態のキャリア確率密度
Ｐ２    第１励起サブバンド状態のキャリア確率密度
Ｐｈｈ１  正孔サブバンド基底状態の確率密度
Ｐｈｈ２  第１励起正孔サブバンド状態の確率密度
【図１】
0006324526.tif 000002
【図２】
0006324526.tif 000003
【図３】
0006324526.tif 000004