(57)【要約】      （修正有）【課題】テラヘルツ波時間波形の振幅値及びテラヘルツ波スペクトルのダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が大きいなど、高感度で高性能な電磁波計測装置を提供する。【解決手段】第１の光伝導結晶層を有し、第１の光伝導結晶層にパルス光が入射することで電磁波を発生する第１の光伝導素子と、第２の光伝導結晶層を有し、対象物に照射されて対象物を透過した又は対象物で反射された電磁波を、第２の光伝導結晶層がパルス光の入射を受けることで検出する第２の光伝導素子と、を有し、第１の光伝導結晶層の転位密度は第２の光伝導結晶層の転位密度よりも小なることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光伝導結晶層を有し、前記第１の光伝導結晶層にパルス光が入射することで電磁波を発生する第１の光伝導素子と、
第２の光伝導結晶層を有し、対象物に照射されて前記対象物を透過した又は前記対象物で反射された前記電磁波を、前記第２の光伝導結晶層がパルス光の入射を受けることで検出する第２の光伝導素子と、を有し、
前記第１の光伝導結晶層の転位密度は前記第２の光伝導結晶層の転位密度よりも小なることを特徴とする電磁波計測装置。
【請求項２】
前記第１の光伝導結晶層は転位を有しない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１の光伝導結晶層は、透過型電子顕微鏡 （ＴＥＭ）によって転位が観察されない結晶層であることを特徴とする請求項２に記載の電磁波計測装置。
【請求項４】
前記第１の光伝導結晶層の前記転位密度が前記第２の光伝導結晶層の前記転位密度よりも小なることが透過型電子顕微鏡 （ＴＥＭ）によって観察されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電磁波計測装置。
【請求項５】
前記第１の光伝導結晶層は単結晶層であり、前記第２の光伝導結晶層は一部に多結晶を含む単結晶層であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電磁波計測装置。
【請求項６】
前記第１の光伝導結晶層上に、互いに離間して設けられた第１の一対の電極と、前記第２の光伝導結晶層上に、互いに離間して設けられた第２の一対の電極と、を有し、
前記第１の一対の電極の間の領域の前記第１の光伝導結晶層の転位密度は、前記第２の一対の電極の間の領域の前記第２の光伝導結晶層の転位密度よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項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、電磁波計測装置に関し、特にテラヘルツ電磁波の発生及び検出に用いる光伝導基板を用いた電磁波計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フェムト秒レーザを用いたテラヘルツ時間領域分光法（ＴＤＳ）と呼ばれる計測法についての研究が活発に進められている。ＴＤＳ計測法に用いられる電磁波発生器または電磁波検出器として、光伝導基板を用いられたものが知られている。このような光伝導基板は半導体基板上に半導体層がエピタキシャル成長された光伝導体を有する。
【０００３】
例えば、特許文献１には、基板上に成長させた半導体層は、光電効果が生じる領域内に転位を有していることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、基板上にエピタキシャル成長されたIII−Ｖ族化合物半導体層の表面近傍においてはＶ族原子の濃度がIII族原子の濃度より高く、且つ、III−Ｖ族化合物半導体層の表面に向かうに従ってIII族原子の濃度に対するＶ族原子の濃度の割合が増加していることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２９９５号公報
【特許文献２】特許第４０９５４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
テラヘルツ時間領域分光（ＴＤＳ）計測に用いられる電磁波発生器としては発生出力が大きく、また電磁波検出器としては検出感度が高いものが望まれる。しかしながら、これまでの電磁波発生器及び電磁波検出器を用いた装置よりも高い計測性能の電磁波計測装置が強く望まれていることが課題の一例である。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、テラヘルツ波時間波形の振幅値及びテラヘルツ波スペクトルのダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が大きいなど、高感度で高性能な電磁波計測装置を提供することを目的の一つとしている。
【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の光伝導結晶層を有し、第１の光伝導結晶層にパルス光が入射することで電磁波を発生する第１の光伝導素子と、第２の光伝導結晶層を有し、対象物に照射されて対象物を透過した又は対象物で反射された電磁波を、第２の光伝導結晶層がパルス光の入射を受けることで検出する第２の光伝導素子と、を有し、第１の光伝導結晶層の転位密度は第２の光伝導結晶層の転位密度よりも小なることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の電磁波発生器を示す斜視図である。
【図２】実施例１の電磁波検出器を示す斜視図である。
【図３】実施例１の電磁波発生器の半導体構造を模式的に示す断面図である。
【図４】実施例１の電磁波検出器の半導体構造を模式的に示す断面図である。
【図５】実施例１の電磁波発生器及び電磁波検出器が適用されたテラヘルツ時間領域分光（ＴＤＳ）計測システムを示す図である。
【図６】実施例１及び比較例１〜３の電磁波発生器及び電磁波検出器が用いられたＴＤＳ計測システムの実験結果の一例を示す表である。
【図７】本実施例の改変例である、本実施例の電磁波発生器及び電磁波検出器を有する電磁波発生検出モジュールの一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付の図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
【実施例１】
【００１１】
図１及び図２は、実施例１のテラヘルツ時間領域分光（ＴＤＳ）計測装置に用いられる電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０のそれぞれを模式的に示す斜視図である。以下に、電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０の構成について説明する。
【００１２】
図１に示すように、電磁波発生器１０は、光伝導アンテナ素子であり、光伝導材料の薄膜を積層した光伝導基板１５と、光伝導基板１５上に形成された一対のアンテナ電極（以下、単に一対のアンテナという。）２０と、を有している。
【００１３】
光伝導基板１５は、光伝導層を成長するための基板（以下、成長基板と称する）１１と、成長基板１１上に成長されたバッファ層１２と、バッファ層１２上に成長された光伝導結晶層（以下、単に光伝導層と称する）１３と、からなる。
【００１４】
一対のアンテナ２０は、光伝導層１３上に設けられている。一対のアンテナ２０は、一対のアンテナ電極部２０Ａと、一対のアンテナ本体２０Ｂと、からなるダイポールアンテナである。一対のアンテナ電極部２０Ａは、配線（図示しない）を介して定電圧源などの電源等が接続されるように構成されている。一対のアンテナ本体２０Ｂは、所定の離間間隔をおいて対向して配置されている。以下においては、当該対向する一対のアンテナ本体２０Ｂの間の光伝導層１３の部分をギャップ部２３と称する。
【００１５】
一対のアンテナ本体２０Ｂの間に電圧を印加した状態で、ギャップ部２３にフェムト秒パルスレーザ等の励起光（ポンプ光）を照射すると、光励起キャリアが発生する。そして、一対のアンテナ本体２０Ｂの間にパルス状の電流が流れ、この電流によってテラヘルツ電磁波が発生する。
【００１６】
また、図２に示すように、電磁波検出器３０は、光伝導アンテナ素子であり、光伝導材料の薄膜を積層した光伝導基板３５と、光伝導基板３５上に形成された一対のアンテナ電極（以下、単に一対のアンテナという。）４０と、を有している。
【００１７】
光伝導基板３５は、成長基板３１と、成長基板３１上に成長されたバッファ層３２と、バッファ層３２上に成長された光伝導結晶層（以下、単に光伝導層と称する）３３と、からなる。
【００１８】
一対のアンテナ４０は、光伝導層３３上に設けられている。一対のアンテナ４０は、一対のアンテナ電極部４０Ａと、一対のアンテナ本体４０Ｂと、からなるダイポールアンテナである。一対のアンテナ電極部４０Ａは、配線（図示しない）を介して電流計等が接続されるように構成されている。一対のアンテナ本体４０Ｂは、所定の離間間隔をおいて対向して配置されている。以下においては、当該対向する一対のアンテナ本体４０Ｂの間の光伝導層３３の部分をギャップ部４３と称する。
【００１９】
また、ギャップ部４３にプローブ光を照射し、測定試料からのテラヘルツ電磁波を受けたときに一対のアンテナ本体４０Ｂの間に電流が発生する。この電流を電流増幅器等を介して電流計によって測定することによってテラヘルツ電磁波を検出することができる。
［電磁波発生器及び電磁波検出器の光伝導層の構成］
次に、図面を参照しつつ、電磁波発生器１０の光伝導基板１５及び電磁波検出器３０の光伝導基板３５について詳細に説明する。
【００２０】
電磁波発生器１０の成長基板１１は、ＩｎＰ単結晶の基板である。成長基板１１上には、バッファ層１２としてＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ層が形成されている。バッファ層１２上には、ＩｎＧａＡｓからなる光伝導層１３が形成されている。バッファ層１２は、例えば０．１〜１μｍの層厚を有し、光伝導層１３は、例えば１〜４μｍの層厚を有している。
【００２１】
バッファ層１２及び光伝導層１３は分子線エピタキシー法（ＭＢＥ： Molecular Beam Epitaxy）によって成長された結晶層である。より詳細には、バッファ層１２は、通常温度での成長または、いわゆる低温（LT：low-temperature）成長により成長されたＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ層であり、光伝導層１３は通常温度での成長または、低温成長により成長されたＩｎＧａＡｓ層である。
【００２２】
また、電磁波検出器３０の成長基板３１は、ＩｎＰ単結晶の基板である。成長基板３１上には、バッファ層３２としてＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ層が形成されている。バッファ層３２上には、ＩｎＧａＡｓからなる光伝導層３３が形成されている。
【００２３】
バッファ層３２は、電磁波発生器１０のバッファ層１２と同様に、ＭＢＥ法による通常温度での成長または低温（LT）成長の、ＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ層であり、光伝導層３３は、電磁波発生器１０の光伝導層１３と同様に、通常温度での成長または、低温成長により成長されたＩｎＧａＡｓ層である。バッファ層３２は、例えば０．１〜１μｍの層厚を有し、光伝導層３３は、例えば１〜４μｍの層厚を有している。
［電磁波発生器及び電磁波検出器の製造工程］
次に、ＭＢＥ装置を用いた電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０の製造工程について説明する。なお、本実施例では、結晶成長法としてＭＢＥ法を用いているが、ＭＢＥ法に代えて、より低廉な結晶成長法であるＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸着）法等を用いてもよい。
【００２４】
まず、ＭＢＥ装置に成長基板１１，３１をセットする。なお、本実施例では、成長基板１１，３１にはＩｎＰ単結晶基板を用いたが、ＧａＡｓやＳｉなど種々の基板を用いることができる。また、半絶縁性（ＳＩ：Semi-insulating）の基板を用いてもよい。例えば、成長基板１１，３１上に積層するバッファ層１２および光伝導層１３の材料やその格子定数など、又はＴＤＳ計測装置に用いられるレーザ光の波長などに応じて、適宜選択し得る。
【００２５】
次に、成長基板１１，３１上に、例えば０．１〜１．０μｍ程度の層厚のバッファ層１２，３２を成長させる。なお、本実施例では、バッファ層１２，３２は、成長基板１１，３１の格子定数と、バッファ層１２，３２上に成長される光伝導層１３，３３の格子定数と、の間の格子定数を有する半導体層として形成される。
【００２６】
なお、バッファ層１２，３２の材料（組成）としては、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等を、成長基板１１，３１及び光伝導層１３，３３の材料及びその格子定数に応じて任意に選択して用いることができる。
【００２７】
光伝導層１３，３３の転位密度を制御するために、成長基板１１，３１の材料と、バッファ層１２，３２及び光伝導層１３，３３の材料との格子定数の差を−１０〜＋１０％程度以内に設定することが好ましい。また、バッファ層１２，３２の層厚も、当該格子定数差及び光伝導層１３，３３内に発生させる転位密度を考慮して任意に設定される。
【００２８】
次に、光伝導層１３，３３を、例えば１〜４μｍ程度の層厚でエピタキシャル成長させる。具体的には、成長基板１１，３１の温度を１００〜６００℃、成長速度を約１μｍ／ｈに設定して光伝導層１３，３３を成長させる。
【００２９】
一般的に、光伝導層１３，３３の材料としては、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等がある。
【００３０】
光伝導層１３，３３を成長した後、必要に応じて光伝導基板１５及び光伝導基板３５の熱処理（アニール）を行う。
【００３１】
上記の工程を経て形成された光伝導基板１５、光伝導基板３５の上に、フォトリソグラフィ法（エッチング処理含む。）等の公知の技術を用いて、それぞれ一対のアンテナ２０及び一対のアンテナ４０が形成される。なお、一対のアンテナ２０及び一対のアンテナ４０は、ダイポールアンテナに限らず、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であってもよい。
【００３２】
一対のアンテナ２０及び一対のアンテナ４０が形成されて、それぞれ電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０が完成する。
［電磁波発生器及び電磁波検出器の光伝導層の転位密度］
図３及び図４は、それぞれ電磁波発生器１０の光伝導基板１５及び電磁波検出器３０の光伝導基板３５の構造を模式的に示す断面図である。
【００３３】
図３及び図４には、光伝導基板１５及び光伝導基板３５内に存在する転位ＤＬ（図中、直線で示す）が模式的に示されている。光伝導層１３の転位ＤＬの密度（転位密度）は光伝導層３３の転位密度よりも小さい。以下に、光伝導層１３及び光伝導層３３の転位密度、及びその制御について説明する。
【００３４】
一般に、転位ＤＬとしては、成長基板とバッファ層との間の格子不整合によって発生する転位がある。このような転位の一部はバッファ層内に留まり、一部は光伝導層内に伝播する。また、バッファ層と光伝導層との間の格子不整合によって発生し、光伝導層内に存在する転位がある。
【００３５】
従って、光伝導層１３，３３内には、成長基板１１，３１とバッファ層１２，３２との間の格子不整合によって発生し、光伝導層１３，３３内に伝播する転位と、バッファ層１２，３２と光伝導層１３，３３との間の格子不整合によって発生した転位と、が存在し得る。なお、バッファ層１２又はバッファ層３２を形成せずに、成長基板１１，３１上に光伝導層１３又は光伝導層３３を直接成長して転位密度の制御を行ってもよい。
【００３６】
上記したように、電磁波発生器１０の光伝導層１３の転位密度は電磁波検出器３０の光伝導層３３の転位密度よりも小さい（あるいは、光伝導層３３の転位密度が光伝導層１３の転位密度よりも大きい）。
【００３７】
光伝導層１３，３３の転位密度は、成長基板１１，３１に対するバッファ層１２，３２の格子定数、成長基板１１，３１やバッファ層１２，３２に対する光伝導層１３，３３の格子定数を変えることで制御し得る。すなわち、格子定数差が大きければ転位密度は増大する。従って、電磁波発生器１０の光伝導層１３及び電磁波検出器３０の光伝導層３３を個別に所望の転位密度を有するように制御（成長）することができる。
【００３８】
あるいは、光伝導層１３，３３をエピタキシャル成長する際の成長温度を異ならせることで、光伝導層１３，３３の転位密度を異ならせることができる。本実施例においては、異なる成長温度で光伝導層１３及び光伝導層３３を成長することによって、光伝導層１３及び光伝導層３３の転位密度を制御した。
【００３９】
例えば、ＭＢＥ成長における成長温度（基板温度）を低くすると、転位密度が増加する。さらに低成長温度にすると、結晶状態が単結晶状態から多結晶状態に近づくので転位密度が増加する。具体的には、本実施例において、成長温度が１００〜６００℃の範囲内において光伝導層１３及び光伝導層３３の成長を行った。
【００４０】
なお、光伝導層１３及び光伝導層３３の転位密度を制御する方法としては、成長温度や格子整合度の制御に限らない。例えば、光伝導層１３及び光伝導層３３の成長速度など種々の成長条件によって転位密度を制御することができる。例えば、光伝導層１３及び光伝導層３３がIII−Ｖ族化合物半導体の場合、成長速度、III族、Ｖ族などの材料ソースの供給量、Ｖ／III比などの成長条件によって転位密度を制御することができる。また、これらの成長条件も光伝導層１３及び光伝導層３３の結晶組成やバンドギャップなどにより異なるため、用いられる光伝導層１３及び光伝導層３３の結晶組成に応じて適宜転位密度を制御すればよい。なお、結晶中の転位密度は、透過型電子顕微鏡 (Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ)などによって観察及び評価することができる。
【００４１】
なお、本実施例において、電磁波発生器１０の光伝導層１３の転位密度が電磁波検出器３０の光伝導層３３の転位密度よりも小さい場合とは、光伝導層１３の転位密度がゼロ（転位が無い）又はほぼゼロの場合を含む。また、光伝導層１３の転位密度が光伝導層３３の転位密度よりも小さい場合とは、透過型電子顕微鏡 （ＴＥＭ）によってそのように観察される場合を含み、光伝導層１３の転位密度がゼロ（転位が無い）又はほぼゼロの場合とは、透過型電子顕微鏡によって転位が観察されない場合を含む。
【００４２】
また、光伝導層１３の転位密度が光伝導層３３の転位密度よりも小さい場合とは、光伝導層１３が単結晶層であり、光伝導層３３が多結晶層である場合を含む。さらに、光伝導層３３が多結晶層である場合とは、光伝導層３３がその一部に多結晶のドメインを有する単結晶層である場合を含む。
【００４３】
さらに、電磁波発生器１０の光伝導層１３の転位密度とは、ポンプ光が入射される領域であるギャップ部２３の転位密度であればよい。また、同様に、電磁波検出器３０の光伝導層３３の転位密度とは、プローブ光が入射される領域であるギャップ部４３の転位密度であればよい。すなわち、光伝導層１３のギャップ部２３の転位密度が光伝導層３３のギャップ部４３の転位密度よりも小さく構成されていればよい。
［電磁波計測システム］
図５は、本実施例の電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０が適用されたテラヘルツ時間領域分光（ＴＨｚ−ＴＤＳ）計測システム６０を示す図である。図５を参照して、このＴＤＳ計測システム６０について説明する。
【００４４】
ＴＤＳ計測システム６０は、電磁波発生器１０によって発生されたテラヘルツ電磁波が伝播する経路中に測定試料（測定対象物）Ｓを配置し、測定試料Ｓを透過した（又は測定試料Ｓで反射された）テラヘルツ電磁波の時間波形と、測定試料Ｓの無い状態でのテラヘルツ電磁波の時間波形と、をフーリエ変換して、テラヘルツ電磁波の振幅と位相の情報を得る。これにより、測定試料Ｓの複素屈折率や複素誘電率などの詳細な物性測定を行うものである。
【００４５】
ＴＤＳ計測システム６０は、フェムト秒パルスレーザ（以下、単にフェムト秒レーザという。）を発生するレーザ照射装置６１と、レーザ照射装置６１からのフェムト秒レーザを分離する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）などのビームスプリッタ６２と、電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０と、電磁波検出器３０に入射するフェムト秒レーザを遅延させる遅延光学系６３と、フェムト秒レーザを反射・集光する各種光学系と、電磁波発生器１０に電圧を供給する電圧源６４と、電磁波検出器３０の検出信号を処理する信号処理装置６５と、を備えている。また、その他、ＴＤＳ計測システムとして一般的な構成を有している。各種光学系には、電磁波発生器１０および電磁波検出器３０に接して取り付けられ、テラヘルツ電磁波を効率良く取り出すＳｉ（シリコン）半球レンズ等の第１レンズ６６および第２レンズ６７が含まれている。なお、電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０は、ＴＤＳ計測システム６０に用いられる電磁波計測装置５０として構成されていてもよい。
【００４６】
まず、レーザ照射装置６１から発せられたフェムト秒レーザ（波長１．５μｍ）は、ビームスプリッタ６２により、ポンプ光とプローブ光とに分けられる。そして、ポンプ光は、集光レンズＣＬ１により集光され、電磁波発生器１０に入射する。このとき一対のアンテナ本体２０Ｂ間に電圧を印加しておくことで、電磁波発生器１０によってテラヘルツ電磁波が発生される。この発生テラヘルツ電磁波は、第１レンズ６６を通過し第３レンズ６８で集光され、測定試料Ｓに照射される。測定試料Ｓを透過したテラヘルツ電磁波は、第４レンズ６９および第２レンズ６７を介して電磁波検出器３０に入射される。
【００４７】
一方、ビームスプリッタ６２により分けられたプローブ光は、複数の反射鏡Ｍを有する遅延光学系６３によって時間遅延を与えられ、集光レンズＣＬ２により集光されて電磁波検出器３０に入射する。電磁波検出器３０によって検出された信号は、信号処理装置６５に入力される。信号処理装置６５は、測定試料Ｓを透過したテラヘルツ電磁波の時間波形および測定試料Ｓが無い状態でのテラヘルツ電磁波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。こうして、測定試料Ｓからのテラヘルツ電磁波の強度振幅や位相の分光スペクトルを得ることで、測定試料Ｓの物性等を調べることができる。
［電磁波計測システムの測定結果の例］
図６は、電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０が用いられたＴＤＳ計測システム６０による実験結果の一例を示す表である。また、比較のため、本実施例とは異なる転位密度の組合せの電磁波発生器及び電磁波検出器が用いられたＴＤＳ計測システムの実験結果を比較例１〜３として示している。なお、比較例１〜３のＴＤＳ計測システムは、用いた電磁波発生器及び電磁波検出器を除いて、その他の構成は本実施例と同じであった。
【００４８】
具体的には、図６には、本実施例及び比較例１〜３のＴＤＳ計測システムにより測定したテラヘルツ波時間波形の最大振幅値、及びテラヘルツ波時間波形をフーリエ変換したスペクトル（テラヘルツ波スペクトル）のダイナミックレンジを示している。なお、図中、本実施例及び比較例１〜３に関し、電磁波発生器の光伝導層の転位密度をＤＬ１、電磁波検出器の光伝導層の転位密度をＤＬ２として示す。
【００４９】
また、比較例１〜３の電磁波発生器及び電磁波検出器は、光伝導層の転位密度を制御して形成された点を除いて、用いた基板、半導体結晶、層構造、層厚等の構成は本実施例の場合と同じであった。
【００５０】
より詳細には、本実施例においては、電磁波発生器１０の光伝導層１３の転位密度が電磁波検出器３０の光伝導層３３の転位密度よりも小さい。具体的には、光伝導層１３の転位密度はほぼゼロ、すなわち転位はほぼ無い状態であり（ＤＬ１≒０）、光伝導層３３の転位密度は大であった（ＤＬ２：大）。
【００５１】
一方、比較例１は、電磁波発生器の光伝導層の転位密度が大であり（ＤＬ１：大）、電磁波検出器の光伝導層の転位密度も大であり（ＤＬ２：大）、電磁波発生器の光伝導層の転位密度と電磁波検出器の光伝導層の転位密度とがほぼ同程度の場合である。すなわち、比較例１は、電磁波発生器の光伝導層及び電磁波検出器の光伝導層の両者が大きな転位密度を有する場合である。
【００５２】
比較例２は、電磁波発生器の光伝導層の転位密度がほぼゼロであり（ＤＬ１≒０）、電磁波検出器の光伝導層の転位密度もほぼゼロ（ＤＬ２≒０）の場合である。すなわち、比較例２は、電磁波発生器の光伝導層及び電磁波検出器の光伝導層の両者の転位密度がほぼゼロ（又は転位無し）の場合である。
【００５３】
比較例３は、電磁波発生器の光伝導層の転位密度が大であり（ＤＬ１：大）、電磁波検出器の光伝導層の転位密度がほぼゼロ（ＤＬ２≒０）の場合である。すなわち、比較例３は、電磁波発生器の光伝導層が電磁波検出器の光伝導層よりも大きな転位密度を有する場合である。
【００５４】
図６に示す表から、電磁波発生器の光伝導層の転位密度が電磁波検出器の光伝導層の転位密度よりも小さい場合（本実施例の場合）に、テラヘルツ波時間波形の最大振幅値、及びテラヘルツ波時間波形をフーリエ変換したスペクトル（テラヘルツ波スペクトル）のダイナミックレンジ（Ｓ／Ｎ比）が大きく向上することが分かる。
【００５５】
換言すれば、比較例１〜３のＴＤＳ計測システムにおける電磁波発生器の光伝導層の転位密度と電磁波検出器の光伝導層の転位密度とに関する組合せを考慮すると、電磁波発生器の光伝導層の転位密度が電磁波検出器の光伝導層の転位密度よりも小さい場合（本実施例の場合）に限って、極めて良好な検出特性（すなわち、計測特性）を有するＴＤＳ計測システムを実現できることが分かった。
【００５６】
このように、本願発明は、上記実験により得られた知見、すなわち、１つのＴＤＳ計測システムにおいて用いられる電磁波発生器及び電磁波検出器に関し、電磁波発生器の光伝導層及び電磁波検出器の光伝導層の転位密度と、得られる計測性能との間に強い相関が有るとの知見によってなされた。
【００５７】
より詳細には、テラヘルツ波時間波形の最大振幅値、及びダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が向上する理由は、光伝導層を有する電磁波発生器のテラヘルツ波発生出力が増大し、かつ、光伝導層を有する電磁波検出器のテラヘルツ波検出感度が高まるためである。
【００５８】
つまり、電磁波発生器については、光伝導層における発生キャリア量が多く、かつキャリア移動度が増大することでテラヘルツ波発生出力が増大したからであると考えられる。また、電磁波検出器については、光伝導層における発生キャリア量が多く、かつ短いキャリア寿命が得られることでテラヘルツ波検出感度が向上したからであると考えられる。
【００５９】
さらに、上記したように、電磁波発生器の光伝導層の転位密度が電磁波検出器の光伝導層の転位密度よりも小さいという関係を有する電磁波発生器及び電磁波検出器の組合せの場合（本実施例の場合）に、その他の場合に比べて格別に良好な計測性能が得られることが分かった。つまり、１つのＴＤＳ計測システムにおいて用いられる電磁波発生器及び電磁波検出器の両者の光伝導層の転位密度の組合せと、得られる計測性能と、の間に強い相関が有ることが分かった。
【００６０】
従って、電磁波発生器の光伝導層（第１の光伝導結晶層）の転位密度が電磁波検出器の光伝導層（第２の光伝導結晶層）の転位密度よりも小であるように構成された電磁波発生器及び電磁波検出器を有する電磁波計測装置又はシステムを用いることによって、良好な検出性能（計測性能）を得ることができる。
【００６１】
なお、本実施例の電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０を、電磁波発生検出モジュール（電磁波計測装置）のような部品又は装置として構成してもよい。図７は、本実施例の改変例として、本実施例の電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０を有する電磁波発生検出モジュール８０の一例を模式的に示す図である。
【００６２】
電磁波発生検出モジュール８０は、ボード又は筐体などのハウジング８１内に上記実施例の電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０、電磁波発生器１０からの発生テラヘルツ電磁波をハウジング８１の外部に配された測定試料Ｓに導き、また測定試料Ｓからのテラヘルツ電磁波を電磁波検出器３０に導く光学系、が設けられている。当該光学系は、集光レンズＬ、ビームスプリッタＢＳなどの任意の光学素子を含んで構成されていればよい。
【００６３】
また、電磁波発生検出モジュール８０には、光ファイバＦ１，Ｆ２及び電線Ｃ１，Ｃ２を有するケーブルＦＣが接続される。光ファイバＦ１，Ｆ２および光学系（図７には省略）によって、それぞれ電磁波発生器１０に入射されるポンプ光及び電磁波検出器３０に入射されるプローブ光が導かれる。また、電線Ｃ１，Ｃ２によって、それぞれ電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０の一対のアンテナ２０，４０との配線がなされる。
【００６４】
以上、詳細に説明したように、上記の構成によれば、テラヘルツ波時間波形の振幅値、及びテラヘルツ波スペクトルのダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が大きく、高感度で高性能な電磁波計測装置を実現できる。
【００６５】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の改変を行って実施し得る。
【符号の説明】
【００６６】
１０：電磁波発生器、３０：電磁波検出器、１２，３２：バッファ層、１３，３３：光伝導層、１５，３５：光伝導基板、２０，４０：アンテナ、２３，４３：ギャップ部、ＤＬ：転位
【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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