(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射によってキャリアを発生させるキャリア発生層と、
前記キャリア発生層に設けられ、且つ前記キャリア発生層に電圧を印加するための第１の電極と、
前記キャリア発生層に設けられ、且つ前記第１の電極に対して基準となる電位を規定するための基準電極と、を有する電磁波発生素子であって、
前記キャリア発生層で発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波を伝搬させるための伝送線路が前記第１の電極を含み構成されており、
前記伝送線路は、前記テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面を構成する第２の領域とを備えており、且つ
前記反射界面を経由せずに前記第１の方向に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとした場合に、前記キャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記反射界面までの距離がＤ未満となるように構成されていることを特徴とする電磁波発生素子。
【請求項２】
前記照射位置から前記反射界面までの距離が０．５Ｄ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波発生素子。
【請求項３】
前記第１の領域の屈折率が、前記第２の領域の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１或いは２に記載の電磁波発生素子。
【請求項４】
前記反射界面を、前記基準電極と前記第１の電極の少なくとも１つの端部を用いて構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁波発生素子。
【請求項５】
前記キャリア発生層へ光が照射される照射位置からの距離がＤ未満となるように構成されている前記反射界面を、前記第１の電極に設けるスタブ電極により構成し、
前記スタブ電極は、前記反射界面から前記第１の方向とは反対方向に向かって、該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波の実効的な波長の１／４離れた位置に配置され、且つ、前記スタブ電極の長さは該波長の１／４であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁波発生素子。
【請求項６】
前記反射界面を、前記第１の電極の幅を不連続にすることにより構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁波発生素子。
【請求項７】
前記反射界面を、キャリア発生層で、前記基準電極と前記第１の電極との距離を不連続にすることにより構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁波発生素子。
【請求項８】
前記反射界面を、前記キャリア発生層に、該キャリア発生層の屈折率とは異なる屈折率からなる材料を設けることにより構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁波発生素子。
【請求項９】
前記第１の電極は、前記キャリア発生層の第１の面側に設けられ、
前記基準電極は、前記キャリア発生層の前記第１の面に対向する第２の面側に設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電磁波発生素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の電磁波発生素子と、
光照射によって発生するキャリアによってテラヘルツ波を検出する電磁波検出素子と、を集積した電磁波集積素子であって、
前記テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向に伝搬するテラヘルツ波に対して検出用反射界面を構成する第３の領域とを備えており、且つ
前記電磁波発生素子のキャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記検出用反射界面までの距離が前記Ｄ未満となるように構成されていることを特徴とする電磁波集積素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電磁波集積素子と、
前記電磁波発生素子及び前記電磁波検出素子のキャリア発生層に光を照射する光照射手段と、
前記基準電極と前記第１の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電磁波検出素子に伝搬されたテラヘルツ波の光電流を検出する光電流検出手段と、を有することを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項１２】
光照射によってキャリアを発生させるキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の第１の面側に設けられ、且つ前記キャリア発生層に電圧を印加するための第１の電極と、
前記キャリア発生層の前記第１の面に対向する第２の面側に設けられ、且つ前記第１の電極に対して基準となる電位を規定するための基準電極と、を有する電磁波発生素子であって、
前記キャリア発生層で発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波を伝搬させるための伝送線路が前記第１の電極を含み構成されており、
前記伝送線路は、
前記テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面を構成する第２の領域とを備えており、且つ
前記反射界面を経由せずに前記第１の方向に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとした場合に、前記キャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記反射界面までの距離が０．５Ｄ以下となるように構成され、前記第１の領域の屈折率が、前記第２の領域の屈折率よりも大きいことを特徴とする電磁波発生素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を発生する素子に関する。また、本発明は、電磁波を発生する素子と電磁波を検出する素子とを集積した素子、及び電磁波を検出する装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波帯域からテラヘルツ（ＴＨｚ）波帯域の電磁波（０．０３ＴＨｚ〜３０ＴＨｚ）を用いて、非破壊的に物質の分析や同定を行う検査技術が開発されている。生体分子等の物質は、その構造や状態に由来し、テラヘルツ波帯域に吸収スペクトルが存在する。テラヘルツ波はＸ線よりも安全であるため、イメージング技術への応用が期待されている。
【０００３】
ここで、テラヘルツ波を発生する素子とテラヘルツ波を検出する素子とを、伝送線路に集積する技術が、非特許文献１に開示されている。非特許文献１の素子を上から見た模式図を、図２０に示した。
【０００４】
図２０の素子は、第１の電極２２０１、第２の電極２２０２、テラヘルツ波発生部２２０４、誘電体２２０５から構成されている。第１の電極２２０１と第２の電極２２０２とに電圧を印加する。照射位置２２０３は、第１の電極２２０１と第２の電極２２０２との間に光を照射する位置である。照射位置２２０３に光を照射することにより、テラヘルツ波発生部２２０４でテラヘルツ波が発生する。
【０００５】
ここで、第１の電極２２０１と第２の電極２２０２は、テラヘルツ波を伝搬させるための電極でもある。テラヘルツ波発生部２２０４で発生したテラヘルツ波は、各電極により構成される伝送線路に結合する。これにより、テラヘルツ波は伝送線路を伝搬する。
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７０，ｐ．２２３３，１９９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１で示した形態の場合、発生したテラヘルツ波は、素子の構成上、主に２つの方向に伝搬する。第１の電極２２０１に結合して第１の方向２２０６に伝搬するテラヘルツ波と、第２の電極２２０２に結合して第２の方向２２０７に伝搬するテラヘルツ波である。前記素子の適用用途において必要なテラヘルツ波は、第１の方向２２０６に伝搬する成分だけの場合がある。この場合においては、発生したテラヘルツ波に対し、第２の方向２２０７に伝搬するテラヘルツ波は、エネルギー的な損失となり、好ましくない。できるだけ、第１の方向２２０６にテラヘルツ波を伝搬させた方が、発生したテラヘルツ波のエネルギーを有効利用でき、効率が良いと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電磁波発生素子は、
光照射によってキャリアを発生させるキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の第１の面側に設けられ、且つ前記キャリア発生層に電圧を印加するための第１の電極と、
前記キャリア発生層の前記第１の面に対向する第２の面側に設けられ、且つ前記第１の電極に対して基準となる電位を規定するための基準電極と、を有する電磁波発生素子であって、
前記キャリア発生層で発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波を伝搬させるための伝送線路が前記第１の電極を含み構成されており、
前記伝送線路は、前記テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面を構成する第２の領域とを備えており、且つ
前記反射界面を経由せずに前記第１の方向に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとした場合に、前記キャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記反射界面までの距離がＤ未満となるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、別の本発明に係る電磁波発生素子は、
光照射によってキャリアを発生させるキャリア発生層と、
前記キャリア発生層に設けられ、且つ前記キャリア発生層に電圧を印加するための第１の電極と、
前記キャリア発生層に設けられ、且つ前記第１の電極に対して基準となる電位を規定するための基準電極と、を有する電磁波発生素子であって、
前記キャリア発生層で発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波を伝搬させるための伝送線路が前記第１の電極を含み構成されており、
前記伝送線路は、前記テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面を構成する第２の領域とを備えており、且つ
前記反射界面を経由せずに前記第１の方向に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとした場合に、前記キャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記反射界面までの距離がＤ未満となるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、別の本発明に係る電磁波発生素子は、
光照射によってキャリアを発生させるキャリア発生層と、
前記キャリア発生層の第１の面側に設けられ、且つ前記キャリア発生層に電圧を印加するための第１の電極と、
前記キャリア発生層の前記第１の面に対向する第２の面側に設けられ、且つ前記第１の電極に対して基準となる電位を規定するための基準電極と、を有する電磁波発生素子であって、
前記キャリア発生層で発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波を伝搬させるための伝送線路が前記第１の電極を含み構成されており、
前記伝送線路は、
前記テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面を構成する第２の領域とを備えており、且つ
前記反射界面を経由せずに前記第１の方向に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとした場合に、前記キャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記反射界面までの距離が０．５Ｄ以下となるように構成され、前記第１の領域の屈折率が、前記第２の領域の屈折率よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明した本発明によれば、発生したテラヘルツ波のエネルギーを有効利用することのできる電磁波発生素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態：電磁波発生素子）
第１の実施形態に係る電磁波発生素子について、図１を用いて説明する。ここで、本実施形態に係る素子は、ストリップ線路構造であるが、本発明はこれに限らず、例えば、コプレーナ導波路構造でも良い。
【００１２】
図１（ａ）は、素子を上から見た模式図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の素子を、Ａ−Ａ´を通る断面で切断したときの模式図である。
【００１３】
１０１は、光照射によってキャリアを発生させるキャリア発生層である。キャリア発生層１０１としてガリウムヒ素（ＧａＡｓ）やインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）等の半導体材料が適用できる。本発明において、キャリア発生層１０１の材料や膜厚は、特に限定されるものではなく、光照射によってキャリアが発生する材料であればよい。
【００１４】
１０２は、前記キャリア発生層１０１の第１の面側（１０３は第１の面）に設けられ、且つ前記キャリア発生層１０１に電圧を印加するための第１の電極である。本発明において、第１の電極１０２の材料、厚み、大きさ等は特に限定されるものではなく、既知の導体を用いることができる。
【００１５】
１０５は、前記キャリア発生層の前記第１の面１０３に対向する第２の面側（１０４は第２の面）に設けられ、且つ前記第１の電極１０２に対して基準となる電位を規定するための基準電極である。本発明において、基準電極１０５の材料、厚み、大きさ等は、特に限定されるものではなく、既知の導体を用いることができる。
【００１６】
ここで、前記キャリア発生層１０１で発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波を伝搬させるための伝送線路が、前記第１の電極１０２を含み構成されている。
【００１７】
また、前記伝送線路は、第１の領域１０６と、第２の領域１０７とを備えている。
【００１８】
前記第１の領域１０６は、前記テラヘルツ波が第１の方向１１０に伝搬する領域である。
【００１９】
前記第２の領域１０７は、該第１の領域１０６とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向１１０とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面１０８を構成する領域である。
【００２０】
ここで、前記反射界面１０８を経由せずに前記第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとする。このとき、前記キャリア発生層１０１へ光が照射される照射位置１０９から前記反射界面１０８までの距離がＤ未満となるように、前記伝送線路が構成されている。なお、上述した距離Ｄは、半値幅から換算され、前記伝送線路が有する屈折率分布を考慮した実効的な距離と換言できる。
【００２１】
ここで、キャリア発生層１０１へ光が照射される照射位置１０９は、発生するテラヘルツ波が第１の電極１０２と結合することのできる位置であることが望ましい。
【００２２】
また、本実施形態では、キャリア発生層１０１、第１の電極１０２と基準電極１０５によって、テラヘルツ波を伝搬する伝送線路を構成している。特に、図１の構成はマイクロストリップ線路と呼ばれる構造である。
【００２３】
（その他の構造）
伝送線路の構造は、その他の態様を取り得ることも可能である。例えば、基準電極を第１の電極１０２の側端に対し、ある間隔をもって隣接するように第１の面１０３に形成したストリップ線路構造が適用できる。
【００２４】
また、図２３のように、基準電極２３１２を第１の電極２３０２の両側端に対し、ある間隔をもって電極を隣接させるコプレーナ導波路構造が適用できる。この構造の場合、基準電極２３１２は、第１の面２３０３に設けられている。
【００２５】
また、図２４のように、第２の基準電極２４１２を第１の電極１０２の両側端に対し、ある間隔をもって電極を隣接させるグランド付コプレーナ導波路構造が適用できる（この構造については実施例８で詳述する）。また、第１の電極１０２のみで構成する単一線路構造を適用してもよい。要は、キャリア発生層１０１に対して、電圧を印加し、発生したテラヘルツ波を伝送線路に結合し得る伝送線路構造であればよい。これらの伝送線路構造は、使用する素子構成や、外部のシステムとの結合、テラヘルツ波の伝搬モードや伝搬特性に応じて、適宜選択することができる。
【００２６】
（ａ）反射界面
次に、反射界面を設けるための構成について説明する。
【００２７】
（ａ−１）前記基準電極と前記第１の電極の少なくとも１つの端部
反射界面は、前記基準電極と前記第１の電極の少なくとも１つの端部を用いて構成することができる。
【００２８】
図１は、基準電極１０５の端を第１の領域１０６と第２の領域１０７の界面に設けることにより、反射界面１０８を構成している。図２３は、コプレーナ導波路について、この反射界面の一構成例を示した図である。図２３のように、反射界面２３０８は、基準電極２３１２の端を第１の領域２３０６と第２の領域２３０７の界面に設けることによって構成している。また、図２４は、グランド付コプレーナ導波路について、この反射界面の一構成例を示した図である。図２４のように、反射界面２４０８は、第２の面２４０４に設けられた基準電極（第１の基準電極２４０５）の端を第１の領域２４０６と第２の領域２４０７の界面に設けることによって構成している。ただし、反射界面１０８の構成はこれに限らない。反射界面は、第１の領域と第２の領域のインピーダンスが異なるように構成することにより、設けることができる。
【００２９】
例えば、図２のような構成でも良い。ここで、図２（ａ）は、素子を上から見た図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の素子を、Ｂ−Ｂ´を通る断面で切断したときの模式図である。図１との違いは、第１の電極２０２の端を第１の領域２０６と第２の領域２０７の境界に設けることにより、反射界面２０８を構成している点である。この形態は、図１の伝送線路構造（ストリップ線路構造）だけではなく、他の導波路構造にも適用できる。例えば、図２３の構造（コプレーナ導波路構造）や図２４の構造（グランド付コプレーナ導波路構造）において、第１の電極の端を第１の領域と第２の領域の境界に設けることにより、反射界面を構成することができる。
【００３０】
（ａ−２）第１の電極にスタブ電極
反射界面は、スタブ電極を第１の電極に設けることにより構成することもできる。
【００３１】
前記スタブ電極は、前記反射界面から前記第１の方向とは反対方向に向かって、該第１の方向とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波の実効的な波長の１／４離れた位置に配置され、且つ、前記スタブ電極の長さは該波長の１／４である。このスタブ電極の長さや位置は、反射させたいテラヘルツ波の波長に応じて調整される。
【００３２】
詳細については、実施例２で述べる。
【００３３】
（ａ−３）第１の電極の幅が不連続：ステップ電極
反射界面は、第１の電極の幅を不連続にすることにより構成することもできる。
詳細については、実施例３で述べる。
【００３４】
（ａ−４）基準電極と第１の電極との距離を不連続
反射界面は、キャリア発生層で、反射界面を構成する位置について、基準電極と第１の電極との距離を不連続にすることにより構成することもできる。
詳細については、実施例４で述べる。
【００３５】
（ａ−５）電極以外
ここで、第１の領域と第２の領域のインピーダンスが異なるような構成は、電極を用いたものに限らない。例えば、第１の領域と第２の領域の界面で、素子の層の材料や構造を異なる構成にすることにより、反射界面を構成しても良い。
例えば、反射界面は、キャリア発生層に、該キャリア発生層の屈折率とは異なる屈折率からなる材料を設けることにより構成することもできる。
詳細については、実施例５で述べる。
【００３６】
（ｂ）時間波形の半値幅から換算される距離Ｄ
続いて、前記反射界面１０８を経由せずに前記第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離Ｄについて、図３を用いて説明する。なお、上述した距離Ｄは、半値幅から換算される実効的な距離（時間波形の半値幅とテラヘルツ波が伝搬する速度との積）と換言することもできる。ここで、テラヘルツ波が伝搬する速度は、光速をテラヘルツが伝搬する部分の屈折率で割ることにより、求めることができる。
【００３７】
図３は、図１のような素子の構成において、照射位置１０９から反射界面１０８までの距離によって、第１の方向１０１に伝搬するテラヘルツ波の波形が変化した様子を導出したものである。
【００３８】
ここで、前記キャリア発生層１０１において発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波は以下の方向に伝搬すると仮定している。すなわち、前記反射界面１０８を経由せずに前記第１の方向１１０と、該第１の方向１１０とは反対方向である。また、上記方向に伝搬する２つのテラヘルツ波の強度が、各方向に等分に分配されていると仮定している。また、前記反射界面１０８を経由せずに前記第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波のピーク強度を１としている。さらに、反射界面１０８では、テラヘルツ波の波長領域にわたって損失無く反射するものと仮定している。
【００３９】
図３（ａ）は、照射位置１０９から反射界面１０８までの距離を、０．０Ｄ、０．５Ｄ、１．０Ｄと変化させた時の時間波形を示したものである。
【００４０】
図３（ｂ）は、半値幅から換算される距離Ｄに対する照射位置１０９から反射界面１０８までの距離の比を横軸とし、この比に対するテラヘルツ波のピーク強度をプロットしたものである。
【００４１】
図３から、照射位置１０９から反射界面１０８までの距離がＤを超える位置にある場合について、以下のことが分かる。
【００４２】
すなわち、前記反射界面１０８を経由せずに第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波と、第１の方向１１０とは反対の方向に伝搬するテラヘルツ波が前記反射界面１０８で反射して第１の方向に伝搬するテラヘルツ波とが、それぞれ孤立した波に近くなる。
【００４３】
そして、照射位置１０９から反射界面１０８までの距離がＤ未満の範囲において、伝搬するテラヘルツ波の強度が上がっていることが分かる。これは、上記２つの方向に伝搬するテラヘルツ波が重なり合うためである。
【００４４】
ここで、照射位置１０９から反射界面１０８までの距離は、好ましくは０．５Ｄ以下、更に好ましくは、０．０Ｄである。０．０Ｄのとき、反射界面は照射位置に設けられていることを意味している。ただし、本発明はこれらに限るものではない。
【００４５】
なお、テラヘルツ波の時間波形の半値幅は、素子構成や、測定条件によって変化するため、実効的な距離も変化する。
【００４６】
（ｃ）電圧を印加する電極
キャリア発生層に光を照射することによってキャリアが発生する。このキャリアからテラヘルツ波を発生させるために、キャリアに電界を印加する。
【００４７】
例えば、図１の素子構成では、第１の電極１０２と基準電極１０５に電圧を印加する。これにより、キャリア発生層１０１に電界を印加することができる。
【００４８】
このとき、素子の膜厚方向に電圧を印加しているため、素子の膜厚を制御することによって、前記伝送線路に印加される電界強度を制御することができる。膜厚を薄くすれば電極間が短くなるため、同一の電圧の大きさで比較した場合、素子に印加される電界強度は強くなる。
【００４９】
また、図４に表す模式図のように、キャリア発生層の第１の面４０３側に第２の電極４１１を設けた素子構成にして、第１の電極４０２と第２の電極４１１に電圧を印加する。このとき、光照射の照射位置４０９は、第１の電極４０２と第２の電極４１１の間となる。ここで、図４の素子は、図１の素子構成に第２の電極４１１を設けた構成を有している点が大きく異なる。
【００５０】
また、図２３と図２４の素子構成では、キャリア発生層の第１の面２３０３、２４０３側に第２の電極２３１１及び２４１１を設けている。図２３のように、第２の電極２３１１は、基準電極２３１２と電気的に切断（絶縁）されるために、基準電極２３１２中にある間隔離れて設けられる。図２４の素子構成も同様に、第２の電極２４１１は、第２の基準電極２４１２中にある間隔離れて設けられる。この間隔の値によっては、テラヘルツ波の反射界面として作用することもあるが、例えば、距離Ｄに対して十分小さい値に設定することで、反射パルスの位置が伝搬するテラヘルツ波パルスの内部に吸収され影響を軽減できる。好ましくは、伝搬するテラヘルツ波の実効的な最短波長に対して、１／２０から１／１００程度の値にすることにより、この間隔は、テラヘルツ波に対して構造として認識することが困難となり、より影響を軽減することができる。
【００５１】
また、図２４のような構成の場合、第２の電極２４１１を用いず、上述したように、第１の電極２４０２と第１の基準電極２４０５に電圧を印加する形態も取り得る。
【００５２】
（ｄ）テラヘルツ波
本実施形態に係る電磁波発生素子を用いたとき、テラヘルツ波が発生して第１の方向に伝搬するまでの作用を、図１を用いて説明する。ここで、本発明に係る電磁波素子ならば、矛盾がない限り適用可能である。
【００５３】
まず、第１の電極１０２と基準電極１０５とに電圧を印加することにより、キャリア発生層１０１に電界を印加する。このとき、照射位置１０９に光を照射することにより、発生したキャリアが電界により加速され、テラヘルツ波が発生する。ここで、照射位置１０９に照射する光は、キャリアの吸収波長に相当する励起光であることが望ましい。
【００５４】
前記キャリア発生層１０１において発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波は、伝送線路を伝搬する。ここで、前記伝送線路は、前記第１の電極１０２を含み構成され、第１の領域１０６と第２の領域１０７とを備えている。
【００５５】
このとき、テラヘルツ波は主に２つの方向に伝搬する。前記第１の領域１０６である第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波と、前記第１の方向１１０とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波である。
【００５６】
ここで、第１の方向１１０は、前記第１の電極１０２に対し、できるだけ沿う方向であることが望ましい。これは、前記キャリア発生層１０１において発生したキャリアに基づき生じるテラヘルツ波が、第１の電極１０２に結合することにより、伝搬するためである。
【００５７】
本実施形態に係る電磁波発生素子は、第２の領域１０７と第１の領域１０６とはインピーダンスが異なっているため、第１の方向１１０とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波に対して反射界面１０８を構成している。
【００５８】
ここで、前記反射界面１０８を経由せずに前記第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される距離をＤとする。このとき、前記伝送線路は、前記キャリア発生層１０１へ光が照射される照射位置１０９から前記反射界面１０８までの距離がＤ未満となるように構成されている。例えば、図４の素子のとき、反射界面４０８は、第１の電極４０２と垂直に交わる第２の電極４１１の中心線との距離がＤ未満となるように構成されている。
【００５９】
このとき、第１の方向１１０とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波は、反射界面で反射し、第１の方向１１０に伝搬するテラヘルツ波と重なり合う。これにより、２つの方向に伝搬するテラヘルツ波が合成され、強度が高まった状態となる。この結果、発生したテラヘルツ波は、エネルギー的に効率良く、第１の方向１１０に伝搬する。
【００６０】
ここで、上述した反射界面は、すべての波長領域のテラヘルツ波を反射させているが、本発明はこれに限らず、特定の波長領域を反射させる構成であってもよい。
【００６１】
（ｅ）屈折率
本実施形態に係る電磁波発生素子は、前記第１の領域１０６の屈折率が、前記第２の領域１０７の屈折率よりも大きいことが望ましい。なお、上記屈折率は、実効的な屈折率と換言できる。
【００６２】
これにより、第１の方向１１０とは反対方向に伝搬するテラヘルツ波が、同位相で反射することができる。この結果、第１の方向１１０へ伝搬するテラヘルツ波と、反射界面から反射するテラヘルツ波が干渉することにより、テラヘルツ波の強度が高まる方向に作用する。また、このような屈折率分布を有することで、第１の方向１１０へ伝搬するテラヘルツ波の割合を多くすることができる。このため、第１の方向１１０とは反対方向に伝搬することによる、テラヘルツ波への影響（例えば損失）を軽減することができる。
【００６３】
（第２の実施形態：電磁波発生素子と検出素子が集積化）
第２の実施形態に係る電磁波集積素子について説明する。なお、電磁波集積素子は、電磁波発生素子と電磁波検出素子とを少なくとも含み集積した素子である。
【００６４】
電磁波発生素子は、第１の実施形態に係る電磁波発生素子を矛盾がない限り本実施形態に適用することができる。
【００６５】
電磁波検出素子は、電磁波発生素子から伝搬してきたテラヘルツ波を、光照射によって発生するキャリアによって検出するための素子である。電磁波検出素子は、第１の実施形態の係る電磁波発生素子の構成と同様の構成を矛盾がない限り適用することができる。テラヘルツ波が電磁波検出素子に伝搬してきたとき、光照射によって検出用のキャリア発生層にキャリアが発生する。キャリアはテラヘルツ波の電界強度によって変動する。この光電流を検出することにより、テラヘルツ波の強度を測定することができる。
【００６６】
また、テラヘルツ波が第１の方向に伝搬する第１の領域と、該第１の領域とはインピーダンスが異なり、且つ該第１の方向に伝搬するテラヘルツ波に対して検出用反射界面を構成する第３の領域とを備えている。
【００６７】
ここで、検出用反射界面と第３の領域について、実施例１を説明するための図５を用いて説明する。まず、検出用反射界面は、第２反射界面のことである。前記電磁波発生素子のキャリア発生層へ光が照射される照射位置から前記検出用反射界面までの距離が前記Ｄ未満となるように構成されている。検出用反射界面には、第１の実施形態で述べた設け方を矛盾がない限り適用することができる。また、第３の領域は、前記第２反射界面より右側の素子のことを指している。
【００６８】
また、この電磁波集積素子は、電磁波発生素子で発生したテラヘルツ波を、電磁波検出素子に伝搬させる伝搬部を有していてもよい。この伝搬部は、電磁波発生素子及び電磁波検出素子と同様の伝送線路型の構成である。すなわち、複数の電極と誘電体で構成され、これらの一部は、電磁波発生素子または電磁波検出素子と共用する。誘電体は、樹脂材料や半導体材料が適用できる。例えば、樹脂材料として、高周波用の樹脂材料としてよく使用されるベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）が適用可能である。また、ポリエチレン系やポリオレフィン系の樹脂材料を用いることができる。半導体材料を用いる場合、例えば、半絶縁性シリコン（ＳＩ−Ｓｉ）のような半導体材料が適用できる。また、キャリア発生層と同じ材料を適用することもできる。好ましくは、これらの材料は、テラヘルツ波に対して損失の小さい材料がよい。
【００６９】
以上の構成により、伝送線路を伝搬するテラヘルツ波が第２の反射界面で反射し、テラヘルツ波の強度が高まる。これにより、テラヘルツ波を効率的に検出することができる。
【００７０】
（第３の実施形態：電磁波検出装置）
第３の実施形態に係る電磁波検出装置について説明する。
【００７１】
まず、電磁波集積素子を有する。電磁波集積素子には、第２の実施形態に係る電磁波集積素子を用いることができる。
【００７２】
次に、前記電磁波発生素子及び前記電磁波検出素子のキャリア発生層に光を照射する光照射手段を有する。
また、前記基準電極と前記第１の電極に電圧を印加する電圧印加手段を有する。
さらに、前記電磁波検出素子に伝搬されたテラヘルツ波の光電流を検出する光電流検出手段を有する。
【００７３】
以上の電磁波検出装置は、検査装置等に用いることが可能である。検査装置については、実施例７で詳細に述べる。
【実施例】
【００７４】
（実施例１：基準電極の端部）
実施例１について、図５を用いて説明する。
【００７５】
図５（ａ）は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。テラヘルツ波を伝搬する伝送線路に、テラヘルツ波を発生する素子と検出する素子が集積されている。また、図５（ｂ）は、本実施例の変形例を説明するための模式図である。
【００７６】
図５のように、本実施例の電磁波集積素子は、伝搬部５０３、テラヘルツ波を発生する第１光伝導部５０２、テラヘルツ波を検出する第２光伝導部５０４とを有する。以下、励起光を照射する部分を含み、キャリア発生層の端部から反射界面までの領域を光伝導部と定義する。また、反射界面を介し、光伝導部と対向する領域を反射領域と定義する。本実施例における反射界面は、前記基準電極の端部を用いて構成している。
【００７７】
テラヘルツ波は第１光伝導部５０２から発生する。第１反射界面５１５は、伝搬方向５２１とは逆の方向に伝搬するテラヘルツ波を反射する部分とする。第１反射領域５０１は、第１反射界面５１５を含み、テラヘルツ波を反射する機能を含む領域とする。第２反射界面５１６は、第２光伝導部５０４を介し、伝搬部５０３から伝搬するテラヘルツ波を、再び第２光伝導部５０４の方向に反射する部分とする。第２反射領域５０５は、第２反射界面を含み、テラヘルツ波を反射する機能を含む領域とする。
【００７８】
これらの要素は基板５１４上に形成される。本実施例では、基板５１４としてシリコン（Ｓｉ）を用いている。
【００７９】
伝搬部５０３は、第１電極５０６と第１誘電体５１２と基準電極５０９によって、マイクロストリップ線路を構成する。本実施例では、第１電極５０６はチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）を、それぞれ５００Å、３０００Å積層した導体であり、線幅は５μｍである。基準電極５０９は、素子を構成する各部に基準の電位を与える平板状の電極である。ここでは、第１電極５０６と同様にＴｉとＡｕを用いる。
【００８０】
また、第１誘電体５１２として、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を用いる。第１誘電体５１２の膜厚は３μｍである。伝搬部５０３の長さを６００μｍとする。
【００８１】
本実施例では、第１光伝導部５０２と第２光伝導部５０４は、同じ構造である。第１光伝導部５０２と第２光伝導部５０４は、上記第１電極５０６と基準電極５０９を有している。そして、第１光伝導部５０２は、キャリアを発生するための第１キャリア発生層５１０と、発生したキャリアにバイアスを印加するための第２電極５０７を有している。また、第２光伝導部５０４は、キャリアを発生するための第２キャリア発生層５１１と、テラヘルツ波によって変化したキャリアを検出するための第３電極５０８を有している。第１キャリア発生層５１０と第２キャリア発生層５１１は、低温成長ガリウムヒ素（ＬＴ−ＧａＡｓ）を用いる。第１キャリア発生層５１０と第２キャリア発生層５１１の膜厚は２μｍである。ＬＴ−ＧａＡｓは、半絶縁性のガリウムヒ素（ＳＩ−ＧａＡｓ）基板（比抵抗；＞１×１０７Ω・ｃｍ）に対し、分子ビーム低温エピタキシャル成長（２５０℃）によって作製され、ＳＩ−ＧａＡｓ基板より剥離して使用する。第２電極５０７と第３電極５０８は、上記各電極と同じくＡｕを用いる。これらの線幅は、５μｍである。また、これらの電極は、第１電極５０６に対して、５μｍの間隙を有している。
【００８２】
また、図５（ｂ）は、本実施例の変形例である。ここでは、第１誘電体５１２として、上述した膜厚２μｍのＬＴ−ＧａＡｓを用いる。各キャリア発生層と第１誘電体５１２の膜厚を容易に同じくすることができ、作製工程も簡略化できるので、テラヘルツ波の伝搬特性を良好に保つこともできる。
【００８３】
バイアス印加部５１７は、第１電極５０６と第２電極５０７の間隙にバイアスを印加する部分である。本実施例では、上記間隙に、バイアス印加部５１７より１０Ｖの電界を印加する。この状態で、上記間隙に、第１励起光５１９を照射することでテラヘルツ波を発生する。本実施例では、第１励起光５１９として、チタンサファイアレーザ装置より、中心波長８００ｎｍ、パルス幅５０ｆｓｅｃ、繰り返し周波数７６ＭＨｚの超短パルスレーザを用いる。光源としては、小型で安定なファイバレーザを用いてもよい。レーザの波長は、使用するキャリア発生部の吸収波長に調整される。
【００８４】
ここで、図７のように、第１電極７０６と基準電極７０９との間にバイアスを印加する形態でもよい。図７は、この時のバイアス印加方法の構成例を示した模式図である。このとき、テラヘルツ波を発生させるために用いた第２電極５０７は、必須となる構成ではない。バイアスを第１キャリア発生層７１０に対し、膜厚方向に印加する構成をとることにより、膜厚の制御により、電界強度を制御することができる。そのため、第１電極７０６と基準電極７０９の間の距離を小さくすることが容易となる。その結果、電極間に印加する電界強度を強くすることも容易となり、より強いテラヘルツ波を発生することもできる。つまり、第１電極７０６と第２電極７０７の間隙によって、テラヘルツ波を発生する態様と同様のテラヘルツ波強度を、より小さなバイアスで取得可能となるため、素子、及び素子を含む装置の省電力化が可能となる。
【００８５】
信号検出部５１８は、第２光伝導部５０４について、第１電極５０６と第３電極５０８の間隙に発生したキャリアが、テラヘルツ波の電界によって受ける変動を検出する部分である。キャリアは、第２励起光５２０によって発生する。本実施例では、第１励起光５１９と第２励起光５２０は同じものを使用するが、各励起光の照射タイミングは調整されている。
【００８６】
第１反射領域５０１は、第１電極５０６に沿って、第１光伝導部５０２と対向する位置に配置されている。つまり、第１反射領域５０１は、第１光伝導部５０２からみて、テラヘルツ波の伝搬方向５２１とは逆の方向に配置されている。また、第２反射領域５０５は、第１反射領域５０１と同じく、第１電極５０６に沿って、第２光伝導部５０４と対向する位置に配置されている。ただし、第２反射領域５０５は、第２光伝導部５０４を介して、テラヘルツ波の伝搬方向５２１の延長線上に配置されている。
【００８７】
第１反射領域５０１は、第１光伝導部５０２を構成する第１キャリア発生層５１０と第１電極５０６を有する。さらに、第２誘電体５１３を有する。第１反射領域５０１中の第１電極５０６は、テラヘルツ波の伝搬ではなく、基準電極５０９に対するある電位を規定する回路（例えばバイアス印加部５１７）への実装用の引出し線として利用される。本実施例では、第２誘電体５１３として、レジスト材料であるＳＵ８を用いる。膜厚は６μｍとする。上記したように、第１反射領域５０１を構成する第１電極５０６は、外部回路との接続に要する引出し線として使用するため、第２誘電体５１３の材料は、これに限らない。例えば、第１誘電体５１２と同じ材料を用いてもよい。また、半導体材料でもよい。また、敢えてテラヘルツ波に対を吸収するような材料（例えばガラスなど）を用いて、第１反射領域５０１に漏れたテラヘルツ波を吸収する構成としてもよい。
【００８８】
本実施例では、第２反射領域５０５の構成も、第１反射領域５０１の構成と等価であるため、詳細な説明は省略する。
【００８９】
反射領域中の反射界面で反射したテラヘルツ波と、伝搬方向５２１に伝搬するテラヘルツ波を第１光伝導部５０２で重ねることで、テラヘルツ波の強度を高める機能を有する。また、反射したテラヘルツ波と、伝搬方向５２１から伝搬するテラヘルツ波を第２光伝導部５０５で重ね合わせ、信号検出部５１８で検出される信号強度を高める機能を有する。本実施例では、このような反射界面を、基準電極５０９によって実現する。
【００９０】
第１反射界面５１５或いは第２反射界面５１６の位置は、第１キャリア発生層５１０或いは第２キャリア発生層５１１下にある基準電極５０９の端部の位置により決定される。本実施例では、テラヘルツ波が発生する位置を、第２電極５０７の線幅の中心位置とする。第１伝導部５０２で発生したテラヘルツ波のうち、伝搬方向５２１に向かうテラヘルツ波の半値幅により、第１反射界面５１５の位置ｄが決定される。例えば、本実施例の素子構成において、テラヘルツ波の半値幅が２ｐｓｅｃの場合、この半値幅から換算される距離Ｄは、およそ１９０μｍである。このことから、反射界面の位置ｄは、距離Ｄ以内で調整する。本実施例では、第１反射界面５１５の位置ｄを３μｍとする。同様に、本実施例では、テラヘルツ波が検出する位置を、第３電極５０８の線幅の中心位置とする時、第２反射界面５１６の位置ｄを３μｍとする。この時、反射界面の位置ｄは、およそ０．０１５Ｄとなる。
【００９１】
このような構成により、基準電極５０９の端部を介して、光伝導部側と反射領域側のインピーダンスが不連続になり、反射界面が現れる。また、反射界面の変形例として、テラヘルツ波を反射する反射界面が複数ある態様も可能である。この場合、複数の反射界面の一部、または全部が上記テラヘルツ波の半値幅から換算される実効的な距離以内にあることが望まれる。この場合でも、少なくとも一つの反射界面は、この実効的な距離以内にあり、この反射界面が、光伝導部と反射領域の境界面を形成する。
【００９２】
尚、本実施例では、第１キャリア発生層５１０と第２キャリア発生層５１１は、第１電極５０６と基準電極５０９に挟まれ、第１誘電体５１２と第２誘電体５１３を分割しているが、この態様に限るものではない。例えば、第１電極５０６と基準電極５０９の間に他の誘電体層が介している構成も可能である。
【００９３】
図６は、本実施例の素子について、第２光伝導部５０４で検出されるテラヘルツ波の電磁界解析結果である。図６（ａ）は、第２光伝導部５０４で検出されるテラヘルツ波の時間波形を示している。また、図６（ｂ）は、第２光伝導部５０４で検出されるテラヘルツ波の周波数特性を示している。本実施例の素子においては、テラヘルツ波パルスのピーク強度が高まり、周波数特性も、ほぼ全波長領域で高まっていることがわかる。
【００９４】
尚、本実施例では、第１光伝導部５０２と第２光伝導部５０４に反射界面を用いて、テラヘルツ波を反射させる態様を示しているが、これに限らない。第１光伝導部５０２または第２光伝導部５０４いずれか一方に反射界面を用いる態様も可能である。
【００９５】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【００９６】
（実施例２：第１の電極にスタブ電極）
実施例２について、図８を用いて説明する。
【００９７】
図８（ａ）は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣの領域を拡大した模式図である。
【００９８】
本実施例が、上記実施例と異なるのは、反射領域中の反射界面を形成するための電極の構成が異なっている。具体的には、反射界面を形成するために、スタブ電極８２２を用いている。このスタブ電極８２２によって、特定のテラヘルツ波を反射させることを特徴とする。また、実施例１では、基準電極５０９の端部は励起光が照射される付近に存在していたが、本実施例では、基準電極８０９の端部は反射領域まで及んでいる所が異なる。
【００９９】
第１反射領域８０１中のスタブ電極８２２は、第１電極８０６に沿って、第２電極８０７の中心（すなわち第１励起光８２０が照射されキャリアが発生する部分）から一定の距離（ｄ＋ｅ）だけ離れて配置される。距離ｄは、第１反射界面８１５の位置である。距離ｅは、この第１反射界面８１５からスタブ電極８２２の縁までの距離である。さらに、スタブ電極８２２の長さは、距離ｅに等価である。距離ｅは、反射させたいテラヘルツ波の実効的な波長をλとすると、（１／４）λに設定する。また、この反射させたいテラヘルツ波が、連続した複数の波長領域を占有するものである場合、占有する波長領域の実効的な中心波長をλとする。
【０１００】
このように、第１反射界面８１５からの距離とスタブ電極８２２の長さを設定することで、反射界面において、波長λのテラヘルツ波に対し、第１反射領域８０１と第１光伝導部８０２のインピーダンスが不連続となる。より具体的には、波長λのテラヘルツ波に対し、このインピーダンスの不連続の程度が最大となる。その結果、第１反射領域８０１に向かう、波長λのテラヘルツ波は、第１光伝導部８０２の方向へ反射する。そして、もともと第１光伝導部８０２から伝搬部８０３に向かう波長λのテラヘルツ波と重ね合わせることで、伝搬部８０３を伝搬する波長λのテラヘルツ波の強度を高めることができる。
【０１０１】
これまで、テラヘルツ波の発生する部分（第１光伝導部８０２）の説明を行ってきたが、テラヘルツ波を検出する部分（第２光伝導部８０４）にも適用可能である。すなわち、特定波長のテラヘルツ波の収集効率を向上させることもできる。
【０１０２】
本実施例では、テラヘルツ波が発生する位置を、第２電極８０７の線幅の中心位置とする時、第１反射界面８１５の位置ｄは、３μｍとする。第１反射領域８０１のスタブ電極８２２の長さｅは、５０μｍとする。そして、スタブ電極８２２の位置ｅも５０μｍとする。上述したように、スタブ電極８２２の長さや位置は、反射されるテラヘルツ波の実効的な波長λの１／４に相当する。この時、反射されるテラヘルツ波はおよそ０．５ＴＨｚに相当する。また、スタブ電極８２２の線幅は、５μｍとする。同様の構造のスタブ電極を、第２反射領域８０５に設ける。
【０１０３】
図９は、本実施例の素子について、第２光伝導部８０４で検出されるテラヘルツ波の電磁界解析結果である。図９（ａ）は、第２光伝導部８０４で検出されるテラヘルツ波の時間波形を示している。また、図９（ｂ）は、第２光伝導部８０４で検出されるテラヘルツ波の周波数特性を示している。およそ０．５ＴＨｚ付近を中心に、テラヘルツ波の収集効率が向上していることがわかる。
【０１０４】
ここで、時間波形のピーク強度は小さくなっているが、これはスタブ電極の構成を調整することで改善される。すなわち、反射界面からスタブ電極に至る電極の線幅や、スタブ電極自体の線幅を調整することで、反射されるテラヘルツ波の波長領域を調整することができる。例えば、この波長領域を広げる方向に調整することで、反射界面で反射し、重なる波長の割合が増えるので、ピーク強度を改善すると考えられる。波長領域を広げるためには、反射界面からスタブ電極に至る電極の線幅を狭くするか、スタブ電極の線幅を広げることで実現できると考えられる。場合によっては、反射界面からスタブ電極に至る電極の線幅と、スタブ電極の線幅を同時に調整してもよい。また、スタブ電極の形状について、例えば扇型にするなど、所望の周波数特性が得られるように電極形状を調整してもよい。
【０１０５】
また、本実施例の変形例として、発生側又は検出側で用いるスタブ電極が複数ある態様も取り得る。例えば、第１電極８０６に沿って、複数波長に対応するスタブ電極を配置する。また、これら複数のスタブ電極によって形成される反射界面の同一箇所にある必要はない。例えば、上述したように、テラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される実効的な距離を超えない範囲であれば、反射界面の位置は任意に設定できる。または、複数ある反射界面について、少なくとも、光伝導部に最も近い界面が、この範囲に収まっている形態であればよい。
【０１０６】
本実施例では、素子を構成する誘電体上の電極パターンによって、反射領域を設定できる。そのため、より簡易に、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１０７】
（実施例３：第１の電極の幅が不連続：ステップ電極）
実施例３について、図１０を用いて説明する。
【０１０８】
図１０（ａ）は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。なお、これまでの説明と共通する部分の記述は省略する。
【０１０９】
本実施例は、反射領域中の反射界面を形成するための電極の構成が、上記実施例と異なっている。具体的には、反射界面を構成するために、ステップ電極１０２３を用いている。ステップ電極１０２３は、第１電極１００６の幅を不連続にすることにより構成している。また、基準電極１００９の端部は、実施例１や２と同じく反射領域まで及んでいる。
【０１１０】
第１反射領域１００１中のステップ電極１０２３は、第１反射界面１０１５を介して、第１電極１００６の長手方向に接続されている。ステップ電極１０２３の線幅は、第１電極１００６の線幅と異なっている。そのため、第１反射界面１０１５を介して、インピーダンスの不整合が生じ、第１反射領域１００１に向かうテラヘルツ波は、第１光伝導部１００２の方向へ反射する。上述したように、この反射界面の位置を適切に選択することで、伝搬部１００３を伝搬するテラヘルツ波の強度を高めることができる。
【０１１１】
また、上述したように、ステップ電極１０２３は、テラヘルツ波を検出する部分（第２光伝導部１０４）にも適用可能である。このステップ電極によって、テラヘルツ波の収集効率を高めることが可能となる。
【０１１２】
尚、本実施例では、反射界面が一つの場合を説明してきたが、複数あってもよい。図１０（ｂ）のように、ステップ電極１０２３によって、複数の反射界面１０２５が形成する形態も可能である。好ましくは、複数の反射界面１０２５は、テラヘルツ波の時間波形の半値幅から換算される実効的な距離Ｄ未満の範囲にあることが望ましい。しかし、すべての界面がこの範囲にある必要は必ずしもなく、少なくとも、光伝導部に最も近い界面が、この範囲に収まっている形態であればよい。
【０１１３】
また、複数の反射界面１０２５を周期的に配置することで、特定の波長に対する反射率を高める構成とすることも可能である。
【０１１４】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１１５】
（実施例４：第１電極と基準電極の距離が不連続）
実施例４について、図１１を用いて説明する。
【０１１６】
図１１は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。なお、これまでの説明と共通する部分の記述は省略する。
【０１１７】
反射界面は、キャリア発生層で、第１電極１１０６と基準電極１００９の距離を不連続にすることにより構成されている。具体的には、キャリア発生層の一部の領域（反射領域中のキャリア発生層に相当）と基準電極１１０９との間に誘電体層を挿入している。
【０１１８】
素子を構成する基板１１１４は、凹凸構造を有している。本実施例では、基板１１１４は凸形状であり、凸部の境界が反射界面に相当している。そして、図１１のように、凸部の高低差を埋めるように、第２誘電体１１１３が、第１キャリア発生層１１１０及び第２キャリア発生層１１１１と、基板１１１４の形状に沿った基準電極１１０９の間に挿入される。このような構成により、反射界面を介して、伝送線路を構成する誘電体の厚みが変化する。その結果、この反射界面を境にインピーダンスの不整合が発生する。上述したように、このような反射界面を用いることで、伝搬するテラヘルツ波の強度や、テラヘルツ波の収集効率を高めることを可能とする。尚、本実施例では、凹凸部は一つであるが、複数あってもよい。また、反射界面が、テラヘルツ波発生側及び検出側にあるが、どちらか一方の態様も取り得る。
【０１１９】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１２０】
（実施例５：キャリア発生層に空孔部）
実施例５について、図１２を用いて説明する。
【０１２１】
図１２は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。
【０１２２】
本実施例では、本発明を実施し得る素子の別の構成例を示す。具体的には、反射領域の他の構成を示す。尚、これまでの説明と共通する部分の記述は省略する。
【０１２３】
本実施例は、反射領域中の反射界面を形成するためのキャリア発生層の構成が、他の実施例と異なっている。具体的には、キャリア発生層の一部の領域に空孔部１２２４を有している。
【０１２４】
この空孔部１２２４によって、キャリア発生層の実効的な屈折率が変化する。例えば、空孔部１２２４によって、反射界面を境に光伝導部と反射領域を構成するキャリア発生層の屈折率を変化させる。その結果、この反射界面を境にインピーダンスの不整合が発生する。このような反射界面を用いることで、伝搬するテラヘルツ波の強度や、テラヘルツ波の収集効率を高めることを可能とする。尚、本実施例では、空孔部１２２４は、第１キャリア発生層１２１０と第２キャリア発生層１２１１にあるが、どちらか一方にある態様でもよい。また、この空孔部１２２４が別の誘電材料で充填されている構成でもよい。さらに、空孔部１２２４が複数あり、この空孔部１２２４が周期的な配置をしている構成でもよい。
【０１２５】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１２６】
（実施例６：第１の電極の端部）
実施例６について、図１３を用いて説明する。
【０１２７】
図１３は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。
【０１２８】
本実施例では、本発明を実施し得る素子の別の構成例を示す。具体的には、反射領域の他の構成を示す。尚、これまでの説明と共通する部分の記述は省略する。
【０１２９】
本実施例は、反射領域中の反射界面を形成するための電極の構成が、他の実施例とは異なる。具体的には、反射界面を形成するために、第１電極１３０６の端部を第１反射界面１３１５の位置に調整する構成である。また、基準電極１３０９の端部は、反射領域まで及んでいる。そして、バイアス印加部１３１７は、第１電極１３０６と基準電極１３０９の間にバイアスを印加する構成である。
【０１３０】
このような構成によると、第１反射界面１３１５の位置にある第１電極１３０６の端部を介して、インピーダンスの不整合が生じ、第１反射領域１３０１に向かうテラヘルツ波は、第１光伝導部１３０２の方向へ反射する。この反射界面の位置を適切に選択することで、伝搬部１３０３を伝搬するテラヘルツ波の強度を高めることができる。
【０１３１】
尚、テラヘルツ波を検出する部分（第２光伝導部１３０４）には、この反射界面を形成する構成がないが、上記実施例と同じく、反射界面を設けることも可能である。このような構成によって、テラヘルツ波の収集効率を高めることが可能となる。
【０１３２】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１３３】
（実施例７：検査装置）
実施例７について、図１９を用いて説明する。
【０１３４】
本実施例は、検体を検査するための検査装置に電磁波検出装置を用いたものである。
【０１３５】
ここで、前記電磁波検出装置は、以下の構成を有する。
【０１３６】
まず、電磁波発生素子及び電磁波検出素子のキャリア発生層に光を照射する光照射手段を有する。
【０１３７】
次に、基準電極と第１の電極に電圧を印加する電圧印加手段を有する。
【０１３８】
さらに、電磁波検出素子に伝搬されたテラヘルツ波の光電流を検出する光電流検出手段を有する。
【０１３９】
図１９は、上記実施例の電磁波集積素子を、検体１９３１の検査を行うための検査素子１９２７とし、検査装置へ適用した一構成例を示している。
【０１４０】
検査素子１９２７は、テラヘルツ波を発生する部分と検出する部分を有し、各部分は伝送線路によって集積されている。検査素子１９２７は、テラヘルツ波の発生素子と検出素子の少なくとも一方に、上記反射領域を有する。反射領域により、検査素子１９２７は、伝送線路を伝搬するテラヘルツ波の強度を高める、或いは検出時の収集効率を高める機能を有している。
【０１４１】
検体１９３１は、上記伝送線路上に保持されている。
【０１４２】
本実施例は、基準電極と第１の電極に電圧を印加する電圧印加手段として、バイアス印加部１９１７を有している。前記バイアス印加部１９１７は、テラヘルツ波を発生する部分の光伝導部にバイアスを印加する部分である。
【０１４３】
また、本実施例は、電磁波検出素子に伝搬されたテラヘルツ波の光電流を検出する光電流検出手段として、信号検出部１９１８を有している。前記信号検出部１９１８は、テラヘルツ波を検出する部分の光伝導部より、テラヘルツ波の強度に対応した電流信号を検出する部分である。
【０１４４】
さらに、本実施例は、電磁波発生素子及び電磁波検出素子のキャリア発生層に光を照射する光照射手段として、励起光発生部１９２８を有している。前記励起光発生部１９２８から発生した励起光は、第１励起光１９１９と第２励起光１９２０に分岐する構成としているが、これに限らない。ここでは、第１励起光１９１９は、テラヘルツ波発生用に用い、第２励起光１９２０は、テラヘルツ波検出用に用いる。遅延光学部１９２９は、第１励起光１９１９と第２励起光１９２０が検査素子１９２７に到達するタイミングを調整する部分である。
【０１４５】
例えば、処理部１９３０において、このタイミングの調整による信号検出部１９１８の出力をプロットすることで、検査素子１９２７上に伝搬するテラヘルツ波の時間波形を取得する。そして、この時間波形の変化より、検体１９３１の状態を検査する。
【０１４６】
（実施例８）
実施例８では、本発明を実施し得る素子の別の構成例を示す。具体的には、素子を構成する線路の構成を示す。尚、これまでの説明と共通する部分の記述は省略する。
【０１４７】
これまでの実施例では、誘電体を二つの電極で挟むマイクロストリップ線路を用いた構成を説明してきたが、本実施例では、他の伝送線路の構成を用いる所が異なる。
【０１４８】
図１４は、基板１４１４上に形成される第１基準電極１４０９の端部によって反射界面の位置を決める態様の素子構成である。本素子は、これまでの実施例で用いた素子構成に加え、第１電極１４０６が形成される面に、第１電極１４０６とある間隔をとって配置される複数の第２基準電極１４２６をさらに有している。このような伝送線路は、グランド付コプレーナ導波路と呼ばれる。基板１４１４上に形成される第１基準電極１４０６によって、反射界面を形成する。
【０１４９】
図１５及び図１６は、図１４で示した素子の変形例である。
図１５の素子では、第１電極１５０６と同じ面にある複数の第２基準電極１５０９の端部によって、反射界面を形成する。
また、図１６の素子では、基板１６１４上に形成される第１基準電極１６０９及び第１電極１６０６と同じ面にある複数の第２基準電極１６２６によって、反射界面を形成する。
【０１５０】
図１７で示した素子は、伝送線路としてグランド付コプレーナ導波路を適用し、スタブ電極１７２７によって反射界面の位置を決める態様の素子である。スタブ電極１７２７に対し、所定の間隙で第２基準電極１７２６が配置されている。このとき、スタブ電極１７２７に至る電極の線幅や、スタブ電極自体の線幅によって、反射するテラヘルツ波の周波数特性を決定している。スタブ電極１７２７と第２基準電極１７２６の間隙によって、特性を調整することも可能である。
【０１５１】
また、図１８で示した素子は、伝送線路としてグランド付コプレーナ導波路を適用し、ステップ電極１８２８によって反射界面の位置を決める態様の素子である。ステップ電極１８２８に対し、所定の間隙で第２基準電極１８２６が配置されている。このとき、このステップ電極の線幅によって、反射するテラヘルツ波の特性を調整している。ステップ電極１８２８と第２基準電極１８２６の間隙によって、特性を調整することも可能である。
【０１５２】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１５３】
以上の実施例で述べた構成や思想を適宜組み合わせた素子を提供する。また、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、他の素子構成を排除するものではない。
【０１５４】
ここで、電磁波発生素子と電磁波検出素子の機能を１つの素子により構成することができる。例えば、素子に照射する光のタイミングによって、素子にバイアスを印加する部分と、テラヘルツ波によって発生した電流を取得する部分を切り替えることによって、電磁波の発生と検出の機能を兼ねる素子を構成することができる。
【０１５５】
（実施例９：実施例１の基準電極の端部）
実施例９について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。テラヘルツ波を伝搬する伝送線路に、テラヘルツ波を発生する素子と検出する素子が集積されている。本実施例では、実施例１で示した反射界面の位置ｄの値が異なっている。尚、実施例１と共通する部分の説明は省略する。
【０１５６】
本実施例では、第１反射界面５１５の位置ｄを１７０μｍとする。同様に、第２反射界面５１６の位置ｄを１７０μｍとする。この時、反射界面の位置ｄは、およそ０．９Ｄとなる。
【０１５７】
図２１は、本実施例の素子について、第２光伝導部５０４で検出されるテラヘルツ波の電磁界解析結果である。図のように、反射界面の位置ｄがＤ未満であれば、テラヘルツ波パルスのピーク強度を強めることができることがわかる。
【０１５８】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【０１５９】
（実施例１０：実施例１の基準電極の端部）
実施例１０について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本実施例の電磁波集積素子を説明するための模式図である。テラヘルツ波を伝搬する伝送線路に、テラヘルツ波を発生する素子と検出する素子が集積されている。本実施例では、実施例１で示した反射界面の位置ｄの値が異なっている。尚、実施例１と共通する部分の説明は省略する。
【０１６０】
本実施例では、第１反射界面５１５の位置ｄを８０μｍとする。同様に、第２反射界面５１６の位置ｄを８０μｍとする。この時、反射界面の位置ｄは、およそ０．４２Ｄとなる。
【０１６１】
図２２は、本実施例の素子について、第２光伝導部５０４で検出されるテラヘルツ波の電磁界解析結果である。図のように、反射界面の位置ｄが、０．５Ｄ以下であれば、テラヘルツ波パルスのピーク強度を高めつつ、伝搬するテラヘルツ波が分裂しないことがわかる。
【０１６２】
このような構成により、発生したテラヘルツ波の利用効率を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】本実施形態に係る電磁波発生素子を説明するための模式図
【図２】本実施形態に係る電磁波発生素子を説明するための模式図
【図３】テラヘルツ波形の半値幅から換算される距離Ｄを説明するためのグラフ
【図４】本実施形態に係る電磁波発生素子を説明するための模式図
【図５】実施例１における電磁波発生素子を説明するための模式図
【図６】実施例１における解析結果を説明するためのグラフ
【図７】実施例１の変形例を説明するための模式図
【図８】実施例２における電磁波発生素子を説明するための模式図
【図９】実施例２における解析結果を説明するためのグラフ
【図１０】実施例３における電磁波発生素子を説明するための模式図
【図１１】実施例４における電磁波発生素子を説明するための模式図
【図１２】実施例５における電磁波発生素子を説明するための模式図
【図１３】実施例６における電磁波発生素子を説明するための模式図
【図１４】実施例１の変形例を説明するための模式図
【図１５】実施例１の変形例を説明するための模式図
【図１６】実施例１の変形例を説明するための模式図
【図１７】実施例２の変形例を説明するための模式図
【図１８】実施例３の変形例を説明するための模式図
【図１９】検査装置を説明するための模式図
【図２０】先行技術を説明するための模式図
【図２１】実施例９における解析結果を説明するためのグラフ
【図２２】実施例１０における解析結果を設営するためのグラフ
【図２３】本実施形態に係る電磁波発生素子を説明するための模式図
【図２４】本実施形態に係る電磁波発生素子を説明するための模式図
【符号の説明】
【０１６４】
１０１  キャリア発生層
１０２  第１の電極
１０３  第１の面
１０４  第２の面
１０５  基準電極
１０６  第１の領域
１０７  第２の領域
１０８  反射界面
１０９  照射位置
１１０  第１の方向
４１１  第２の電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004975000.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004975000.tif 000017
【図１７】
0004975000.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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