CN101794835B - 光学半导体器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学半导体器件，其包括具有光电导性的半导体薄膜(4)和用于在大致垂直于所述半导体薄膜(4)的表面的方向向所述半导体薄膜(4)内部施加电场的电极对(5)和(10)，其中，当光作用于所述半导体薄膜(4)的被施加了电场的区域时，所述半导体薄膜(4)产生电磁波。所述电极被设置在所述半导体薄膜(4)的前表面和背面，其间夹着所述半导体薄膜。

Description

光学半导体器件

本专利申请是优先权日为2004年7月30日、国际申请日为2005年7月28日、国际申请号为PCT/JP2005/014259、国家申请号为200580025643.0、发明名称为“光学半导体器件”的发明专利申请的分案申请，其在此全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及用作利用光照射来产生和探测主要在从毫米波到太赫兹波的范围内的高频电磁波的器件的光学半导体器件。

背景技术

近些年来，已经开发了利用从毫米波到太赫兹(THz)波范围内的电磁波(30GHz到30THz)的无损感测技术。在具有这个频率波段的电磁波的应用领域中正在开发的技术包括：使用代替X射线系统的安全放射镜检查系统(safe radioscopic inspection system)来进行成像的技术，用于获得物质内部的吸收光谱或复介电常数以评估原子的耦合状态的光谱技术，用于分析生物分子的技术，以及用于评估载流子浓度或迁移率的技术。

JP10-104171A公开了合适地应用了光电导元件的THz发生装置，其中，在淀积在衬底上的光电导薄膜上提供了同时用作电极的天线。图10中所示是作为光电导元件的示例结构的探测器132。衬底30具有例如经辐射处理过的蓝宝石上硅(silicon-on-sapphire)结构，其中，作为光电导材料的硅膜被淀积在蓝宝石衬底上。一般，低温生长在GaAs衬底上的LT-GaAs也经常被用作光电导膜。形成在表面的偶极天线138包括一对偶极天线馈电线(dipole feed line)138a和138b以及一对偶极天线臂部139a和139b。光脉冲在间隙133处会聚。当在所述间隙两侧施加电压时，产生THz脉冲。在不施加电压探测光电流时，可以探测到THz脉冲。衬底透镜136用于将被约束在衬底130中的电磁波的板模(slab mode)(衬底模式)耦合到自由空间辐射模式，还用于控制在电磁波空间传播模式中的辐射角度。

上面通过举例图解了单独使用光电导元件将电磁波传播到空间中。另一方面，在2002年1月7日《应用物理通信》第80卷第1期(AppliedPhysics Letters，vol.80，no.1)第154-156页以及2004年3月22日《应用物理通信》第84卷第12期(Applied Physics Letters，vol.84，no.12)第2049-2051页中公开了一种小的功能器件，其中，用作光电导元件的半导体膜和用于传输产生的电磁波的传输路径被集成到单个衬底上。这种器件具有这样的结构：仅包括由LT-GaAs形成的光电导元件的外延层的薄膜被转移到形成在衬底上的高频传输路径的一部分上。根据2002年1月7日的《应用物理通信》第80卷第1期第154-156页，微带线(microstrip line)形成在Si衬底上，其间夹有绝缘体树脂。间隙形成在所述线的一部分中。LT-GaAs薄膜仅布置在所述间隙的底部。另一方面，根据2004年3月22日的《应用物理通信》第84卷第12期第2049-2051页，共面带线(coplanar strip line)形成在石英衬底上。LT-GaAs薄膜部分地布置为穿过所述两条线之间的间隙。

每一个器件执行驱动，这样就可以通过空间传播，将激光束从衬底的表面侧施加到金属线间隙以允许生成的THz电磁波通过所述线传播。

发明内容

在上述集成器件中，很难提高耦合效率且很难维持稳定性，其原因是激光束是通过空间耦合和光电导元件对准。由于光电导元件的所述间隙部分形成在衬底表面，不可能横向(laterally)地施加光。这样就不能通过在衬底上提供光波导来实现免对准。换句话说，还存在诸如感测灵敏度、总测量时间以及制造成本等有待解决的问题。

另外，由于电场是通过表面电极被施加的，LT-GaAs的内部电场不均匀而且不能有效地控制由激光束激发的载流子的行为。另外，在间隙间隔方面，需要精确的光刻来高再现性地形成1微米或更小的窄间隙，用于控制电场强度，因此导致制造成本的增加。允许通过空间传播电磁波的单个光电导元件和集成器件都存在类似的问题。

本发明提供了光电导元件以及包括光电导元件和THz传输路径等的集成器件，其中，位于电极之间的间隙间隔和所述间隙上的电场可以用一个简单的结构容易地控制。本发明还提供了一种结构，用于提高和稳定在与要被施加到间隙部分的光耦合时的耦合效率。

本发明提供了包含具有光电导性的半导体薄膜和一对电极的光学半导体器件，其中该对电极用于在大致垂直于所述半导体薄膜的前表面的方向向该半导体薄膜内部施加电场，其中，所述半导体薄膜在其一个区域中接收光以产生电磁波，该区域是被施加了电场的区域。

此外，本发明提供了一种感测器件，其包含电磁波发生装置及用于探测电磁波的电磁波探测装置，所述电磁波发生装置具有带光电导性的半导体薄膜和一对电极，该对电极用于在基本上垂直于所述半导体薄膜表面的方向向该半导体薄膜的内部施加电场，所述半导体薄膜在其被施加了电场的区域中接收光以产生电磁波，其中，感测由电磁波传输路径中的对象引起的电磁波传播状态的改变，以获得有关该对象的状态的信息。

根据本发明的光学半导体器件，可以提供一种光电导元件，其中电极之间的间隙间距和所述间隙上的电场可以用简单的结构来控制。另外，可以提供一种结构，该结构提高和稳定了在与要被施加到间隙部分的光耦合时的耦合效率。鉴于以上方面，可以提供一种太赫兹感测器件，其能够在低电压下工作，尺寸小，具有容易调节的感测光学系统，并具有高稳定性和信噪比。利用这种感测器件，可能低成本且高灵敏度地进行生物材料、有机物质或半导体材料的分析，人体的非侵入性或非接触感测，对象位置改变的感测等。

本发明的其它特征和优点通过下面结合附图的描述将会更加清楚，其中在本发明所有附图中，相似的附图标记指示相同或相似的部件。

附图说明

包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解了本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的第一实施方式的集成器件的结构图，图1A是图1中沿1A-1A的横截面图；

图2A、2B、2C、2D、2E和2F图解了制造集成器件的方法，图2BT、2DT、2ET和2FT分别为图2B、2D、2E和2F的顶视图；

图3图解了根据本发明的集成器件的驱动光学系统；

图4图解了根据本发明的第二实施方式的集成器件和驱动系统的配置；

图5是根据本发明的第三实施方式的集成器件的结构图，图5B和5C分别是图5中沿5B-5B和5C-5C的横截面图；

图6是根据本发明的第四实施方式的光电导元件部分的横截面图；

图7是根据本发明的第五实施方式的光电导元件部分的横截面图；

图8是根据本发明的第六实施方式的集成器件的平面图；

图9图解了根据本发明的第六实施方式的光学系统；

图10图解了传统光电导元件。

具体实施方式

本发明特征在于：在大致垂直于所述半导体薄膜表面的方向向该半导体薄膜的内部施加电场。特别优选的是电极或准电极(quasi-electrodes)形成在半导体薄膜的前表面和后表面，半导体薄膜作为光电导膜夹在其间，这样可以在膜厚度的方向施加电压。在用于实现这个结构的示例的制造方法中，最好是在形成在第一衬底上的光电导膜上形成电极，然后在结合到第二衬底时留下光电导膜，去除所述第一衬底。然后电极或同时用作电极的电磁波传输线被形成在表面上，从而得到形成在所述第二衬底上的光电导元件。

在光电导元件产生的电磁波可以原样被传输到同时用作电极的电磁波传输路径。可以给传输路径提供向空间辐射的天线。或者，同样结构的光电导元件可以被用作THz探测器。通过天线和传输路径传播的电磁波可以被有效地引到所述THz探测器。电磁波探测部分和发生部分可以通过电磁波传输路径彼此互连并被集成到同一衬底上。

另外，光波导可以被集成为从可以被垂直施加电压的光电导元件的侧表面耦合光。用于光致激发的光束可以通过光纤传输，其中光纤可以被固定到对准的光波导。这样就提供了无需调节光学系统的高度稳定的THz发生器/探测器。

可以被垂直施加电压的半导体薄膜可以是单一成份，或可以有多层结构。具体地，最好是由III-V族化合物形成的III-V族半导体薄膜。在单一成份的情况下，例如，适合的是使用采用分子束外延方法在低温(200℃到300℃)生长的LT-GaAs。电极之间的距离可以通过外延生长的膜的厚度来控制，这样可以具有高再现性地和高精度地设置电场强度。在多层结构的情况下，形成异质结结构以在具有宽带隙的半导体层之间夹入厚度减至大约100纳米并被充分掺杂的光吸收层，从而同时实现载流子的高迁移率和短寿命。本发明不限于此，可以层叠不同导电类型或能带的半导体。如上所述，通过控制外延膜的厚度来以纳米级控制被施加电场的间隙，这样在再现性、成本等方面，可以解决表面处理的问题。

下面说明作为产生和探测太赫兹的光学半导体器件的光电导元件和包含光电导元件的集成器件的实施方式。材料、结构、器件等都不限于这里所提供的说明。此外，除了这儿给出的说明，可以利用元件的各种用途和所产生的电磁波的各种特性。

第一实施方式

根据本发明的第一实施方式，用于将光转换成太赫兹电磁波的光电导元件、光波导、微带线被集成到同一衬底上，如图1所示。

Ti/Au电极(或者是Al电极)7作为地电位面(接地层)形成在Si衬底1上的部分区域中。厚度2微米的低温(LT)生长GaAs外延膜4被转移到中心附近。光波导3形成在LT-GaAs的左侧，这样从外部进入的光束有效地向LT-GaAs膜的侧表面进行光照射。另一方面，Ti/Au微带线5形成在顶部的右侧上，并夹有绝缘体2，这样在LT-GaAs产生的电磁波可以传播。这条线同时用作LT-GaAs的上电极。接线天线(patch antenna)6形成在该线的另一个末端部分，这样电磁波9可以通过空间辐射。这个天线是宽带类型，形状为渐缩形状以有效地发射脉冲波形。

参见沿图1中的1A-1A的横截面图(图1A)，绝缘体2仅在LT-GaAs的顶部有开口窗11以获取电极触点。绝缘体2右侧末端部分有切除部分12，以获得用于施加电压8到LT-GaAs上的端子。用于和LT-GaAs接触的AuGe/Ni/Au电极10被使用AuSn焊料(未图示)与地电位面7的顶面的Au熔合。

上述配置允许光电导元件在垂直于LT-GaAs的膜厚度的方向施加均匀电场的情况下工作，如图1所示。此外，间隙间距可以由外延膜的厚度来限定，因此实现了高精确性和可再现性。一般，衬底的尺寸小到总体上大约1平方厘米。虽然光波导具有大约10平方微米的横截面，在光束进入部分尺寸可以提高到50平方微米以提高耦合效率。相反，在用于向LT-GaAs照射的点附近，厚度方向可以减少到2微米，并渐缩以调整尺寸(未图示)。微带线宽度为15微米。当作为光电导元件驱动被转移的LT-GaAs时，上电极的宽度由绝缘体窗11限定为10微米。苯并环丁烯(Benzocyclobutene(BCB))、聚硅烷(polysilane)或者聚酰亚胺(polyimide)适合用作绝缘体，其易于被处理并在高频时具有低介电损失。厚度被设置到大约6微米。上述尺寸或材料仅用于举例，本发明不限于此。

虽然作为例子使用接线天线(patch antenna)作为天线，但是也可以使用偶极天线、螺旋天线、F-天线等。此外，通过将传输线转换成隙缝线或是共面线，可以使用表面型的蝴蝶结(bow-tie)天线或隙缝天线。或者，可以集成八木天线、喇叭天线等来控制方向性。

现在参见图2A、2B、2C、2D、2E和2F，下面将描述用于制造这个实施方式的所述器件的方法。与图1中相同的元件将用同样的数字来标识。应当注意图2BT、2DT、2ET和2FT分别为图2B、2D、2E和2F的顶视图。

在图2A中，作为用于去除衬底的牺牲层的100纳米厚的AlAs层21和在250℃的低温生长的2微米厚的LT-GaAs层22通过分子束外延(MBE)方法等在GaAs衬底20上生长。

在图2B中，在LT-GaAs表面上形成AuGe/Ni/Au电极10并在40℃形成合金。在GaAs衬底上进行机械抛光20到120微米，结果得到大约200平方微米的芯片23。另外，为了增加所述芯片的厚度，电极10可以被镀金以具有3微米的厚度。在预先形成在Si衬底1上的地电位面7的部分区域中形成AuSn焊料。操纵芯片23以将其置于所希望的位置，然后通过加热熔合。当在芯片侧进行镀金时，随后可以通过电镀或淀积在表面上提供Sn。可以使用静电镊子(electrostatic tweezer)等逐一操纵芯片。或者，在晶片级，多个芯片可以以所要求的间距临时结合在玻璃衬底等上，然后一起被熔合。

在图2C中，熔合了的芯片的GaAs衬底要被去除。在这种情况下，当芯片23的周围覆盖有有机材料等时，使用过氧化氢和氨水的混合溶液以10微米/分钟的速率蚀刻GaAs。所述蚀刻在AlAs层停止。使用浓盐酸去除用作牺牲层的所述AlAs。

在图2D中，以与上述类似的方式进行光刻和湿法蚀刻，以将被转移的LT-GaAs的尺寸减小到100微米×50微米。这个蚀刻目的还在于去除LT-GaAs侧壁的损坏层。这里，电极10在蚀刻GaAs后留下的一部分25可以通过进行金属蚀刻被去除。

在图2E中，通过涂覆BCB和光刻来制造用于微带线的光波导3和绝缘体2。通过首先使用光敏BCB形成核心层，然后在整体上施加非光敏BCB，嵌入所述光波导3。折射率比所述非光敏BCB更高的光敏BCB用作光波导。在整个表面被非光敏BCB平坦化后，通过光蚀刻以及通过使用氧气和CF4的混合气体的反应离子刻蚀(RIE)形成用于LT-GaAs的电极的窗11。

在图2F中，用作LT-GaAs的上电极的Ti/Au电极以及微带线和天线通过剥离(lift-off)方法形成。

在前面的描述中，作为举例使用了BCB。也可以类似地使用聚酰亚胺用于制造。或者，在使用光敏聚硅烷的方法中，可以通过用曝光控制聚合度来改变折射率，来制造光波导。

图3图解了根据本发明的集成垂直电场施加型光电导元件的驱动系统。当使用THz脉冲作为发生电磁场时，由钛蓝宝石飞秒激光器(titanium sapphire femto second laser)30产生大约100飞秒(fsec)的超短脉冲，之后用半反射镜36分成泵浦射束(pump beam)和探测射束(probe beam)。所述泵浦射束耦合到根据本发明的集成器件31的光束进入端，以产生THz电磁波35。用于提高射束方向性的半球透镜(Hemispherical lens)32结合在发射电磁波的天线的上部分上。所述THz电磁波脉冲经过要被检查的对象33并在集成器件34的探测侧(面向后面)上的天线处被接收。集成器件34可以有和发生侧器件31一样的结构。对于作为探测器的用途，在不施加电场的情况下探测在光电导元件的电极间流动的电流。通过调整探测射束进入延迟光学系统38的定时，可以获得电磁波脉冲波形而无需高速电子电路。通过波形分析来测量幅度改变、相对传播延迟、傅立叶频谱改变等可以检查样本33的物理属性等。一般地，激光束的强度平均大约为几个mW，以大约80MHz重复，施加到光电导元件的电压大约为10伏。根据本发明在垂直电压施加的情况下，所述间隙间距为2微米，其小于通常使用的表面电极型的5微米。因此，用于获得相同电场强度所施加的电压可以被降低。

可以以无损和非接触的方式检查包括有机材料、半导体材料、活体材料等各种对象。通过对对象的二维扫描，还可以获得分布图像。

通过将人的指尖插到电磁波传播路径中检测血管样式或指纹，也可以进行皮肤状态、血流(例如，血液脉搏)、血液成份等的识别以及个人身份验证。

另外，本发明还可有效用于嵌入对象的厚度、张数或纸或塑料的内部的放射检查。

上面描述的这种实施方式提供了半导体器件，其中由LT-GaAs构成的垂直电场施加型光电导元件与微带线、天线以及光波导集成在一起。但是，当然，光电导元件单独地也可以作为电磁波发生元件工作。在这种情况下，光束可以从侧面被施加或可以从上电极附近的顶部被施加。为了增加辐射效率，上电极的形状可以像天线。

虽然在此说明了GaAs族，但可以使用其它半导体比如InP或InAs。或者，可以使用具有光电导性的有机半导体。

第二实施方式

根据本发明的第二实施方式，多个元件被排列在同一个半导体衬底上，如图4中的集成器件40所示。在第一实施方式中所示的制造工艺中，元件一起以晶片级形成在Si衬底41上，这样，依据所述元件的布置或切割晶片的方式，可以自由地提供排列的元件。

更具体地，平行布置两个光波导42a和42b、光电导元件47a和47b、微带线43a和43b以及印制偶极天线44a和44b。虽然排列间距在这里说明为1厘米，但本发明不限于此。在这个情况下，THz电磁波包括如箭头46所示通过空间传播的分量，这样可以探测到在对象45上反射的电磁波的变化状态。

就光学系统而言，尽管可以使用如第一实施方式所示的飞秒激光器，但这里为了降低成本和尺寸使用两个半导体激光器48。当两个半导体激光器的单模振荡的振荡波长稍有不同时，耦合器49将要施加到光波导42a的输入端的激光束混合，这样光电导元件47a可以产生相应于差频(beat，差拍)分量的电磁波。通过在稳定时改变差频的量，CW的THz电磁波的振荡频率可以在大约0.1THz到3THz的范围内变化。在接收侧，在通过时间调整器50入射到光波导42b的时候，光电导元件47b使用它的光混合功能去探测通过天线44b接收到的电磁波的强度。所述时间调整器50执行光混合的相位调整。在改变拍频(beatfrequency)的同时进行的探测可以测量到对象的反射谱，以象第一实施方式中一样识别物理属性。

使用反射测量，可以探测吸收率相对较大的材料的物理特性，其膜厚度、其表面粗糙状态等。关于使用到人体，可以检查皮肤表面状态例如粗糙或老化状态、毛孔状态、含水量、胶原质、脂肪分布、血流或血液中的物质等。

或者，通过测量反射的电磁波的延迟时间，还可以感测对象45的位置改变。在这个情况下，以数十个兆赫(MHz)的三角形波调制半导体激光器，以根据已知的FMCW方法使用THz电磁波来进行位置识别，这可以得到高分辨率(＜100微米)的位置遥测器件。

图4象征性图解了一个光学系统。当激光束源不提供超短脉冲时，但是，光纤被用来传播，其在效率和空间方面更有优势。与集成器件的耦合可以通过下述方式实现：直接衔接耦合，插入透镜，或以提高了耦合效率的对准方式在光纤末端提供和固定引线(pigtail)，因此，减少了包括光源的器件的总尺寸。也可以不与光纤系统组合，可以将半导体激光器安装到Si衬底上的平面光学电路上，并和集成有光电导元件的集成器件集成在一起。

第三实施方式

根据本发明的第三实施方式，如图5所示，两个光电导元件被集成到同一个衬底上。这允许感测器件在衬底上工作，用于感测靠近高频传输线放置的对象。

光电导元件53a和第一实施方式中相似：在线54和下电极52a之间施加垂直电场，由通过光波导51a传播的光激发的THz电磁波通过线54传播。在这个实施方式中，没有提供地电位面，高频传输线是包括向上和向下嵌入绝缘体55中的信号线54的单条线。电极52a和52b是隔离的，每一个具有大约3微米的厚度，并镀有金以用于调整光电导元件的高度。

因此，制造工艺几乎和第一实施方式相同，不同之处在于，在Si衬底1侧面的电极52a和52b被图案化并增加厚度，并形成也用作电极的传输线54，该传输线然后在顶部被同样的绝缘体覆盖大约3微米。参见沿5B-5B的横截面图(图5B)和沿5C-5C的横截面图(图5C)可以容易理解这一点。如沿5B-5B的横截面图所示，由于绝缘体55在线54形成之后被嵌入，提供了通孔电极57a用于获得电极触点。另外，如沿5C-5C的横截面图所示，给传输线的中间部分提供了孔56，用于增加传播的电磁波的穿透性。将要被检查的材料被放置在这个孔中以被高效地检查。

外部光学系统和第一实施方式中的类似：来自钛蓝宝石飞秒激光器产生的泵浦束被引到THz电磁波发生侧波导51a，而探测束通过延迟光学系统被引到探测侧波导51b。

在这个系统中，在光电导元件53b处探测在传输线54上传播状态的改变，这样可以识别传输路径上的对象。在探测侧的光电导元件53b处，产生的光电流可以不用施加电场而被测量，如第一实施方式中一样。

电磁波作为渐消失波(evanescent wave)穿透进入包含样本的孔56中，传播状态根据所包含的对象的属性而发生改变。具体地，作为信号的变化，会发生电磁波的衰减、特定频率分量的吸收或传播延迟。这导致和使用空间光学系统的传统测量相比尺寸显著减小，减少了元件的数量、提高了稳定性和光耦合效率且提高了信噪比。

另外，传统上无法测量的液体、粉末等只是放在孔56中被测量。例如，源于生物的材比料如氨基酸、脱氧核糖核酸(DNA)或蛋白质应该在溶液中被测量用以分析。本发明提供了生物感测器，其利用在溶液状态下的高频介电性能进行传统上是很难进行的评估。

应当注意，尽管作为光学系统说明了飞秒激光器，但是可以使用半导体激光和光纤来减少整体器件尺寸，如第二实施方式所示。

第四实施方式

根据本发明的第四实施方式，提供了一种结构，其允许增加场强度以及允许电子高速运动。

图6是类似第一实施方式的集成器件的光电导元件部分的横截面图。所述结构除了光电导元件外和第一实施方式中的相同，所述光电导元件中，被转移的外延膜具有多层膜结构。图中显示了在正常生长温度(大约600℃)生长的标识为“65”的n型Al0.08 Ga0.92As，标识为“66”的n型Al0.2 Ga0.8As，标识为“67”的未掺杂GaAs，标识为“68”的n型Al0.08 Ga0.92As以及标识为“69”的n型Al0.2 Ga0.8As。所述n型层被高度掺杂。具体地，“65”和“69”使电极触点对800纳米的激发光具有低吸收。为了获得大约2微米的总厚度，使“66”和“68”的厚度为1微米而其它的厚度为100纳米。在具有100纳米厚度的未掺杂的GaAs吸收层67出现激发光的吸收，这样，产生的载流子可以快速运动而几乎不和晶格发生碰撞。这个实施方式采用常温生长，和LT-GaAs相比提供了好的结晶度。因此，载流子的迁移率高而载流子的寿命可以缩短，因为产生的载流子从吸收层很快到达N型层。此外，用作电场施加层的所述吸收层很薄，因此使得可以在低电压下工作。另外，没有使用由砷的聚集(As cluster)引起的缺陷层的载流子捕获，结果是产热减少且膜质量提高。由于在使用LT-GaAs的情况下常有的变化变少了，元件特性稳定，且产量高。传统上，虽然用于产生THz的光电导元件表现了优秀的特征，但由于薄吸收层而不能提高激发效率。这种横向入射型的实施方式提供了更长的吸收，从而充分提高了效率。

应当注意，虽然这里举例说明了n-i-n结构，但是可以采用使用肖特基结的m-i-n(金属-本征-n型)结构或p-i-n结构，以施加相反的电场。所述层的组成和厚度不限于这里所作的说明。

第五实施方式

根据本发明的第五实施方式，提供了垂直电场施加型光电导元件，而没有第一实施方式中的转移过程。

图7图解了它的横截面图。使用半绝缘GaAs70作为衬底。采用MBE方法外延生长用于制造电极触点的n型Al0.08 Ga0.92As层71和LT-GaAs层72。绝缘层73和上电极74和第一实施方式中的对应元件相似。

对于下电极，n型层71被高度掺杂以获得类似金属的作用，埋入的电极75实现接触。电极75被配置为使得由在和n型AlGaAs接触的部分由AuGe/Ni/Au构成合金电极，且通过镀金增加其厚度。接触层由AlGaAs构成以减少对用于激发的光的吸收。

可以单独使用上述配置的光电导元件。或者，其可以配置为和第一到第三实施方式中一样的集成器件。在不使用转移的本方法中，可以极大地简化制造过程。

第六实施方式

图8是根据本实施方式的包括根据第六实施方式的光电导元件、电磁波传输路径和天线的集成器件的平面图。

衬底81的表面涂覆有用作接地电极的Au薄膜和BCB，其总体厚度为3微米。部分区域80没有BCB，以制造接地电极。1平方毫米的LT-GaAs薄膜89如第一实施方式中一样被转移。给所述部分区域90提供500平方微米的BCB窗以暴露LT-GaAs薄膜的表面。提供上电极88，使得可以通过宽度为20微米的Ti-Au线87从所述窗区域90施加偏压到LT-GaAs的表面上。使宽度为5微米用于传输通过用短脉冲激光束照射LT-GaAs产生的太赫兹电磁波的微带线84具有被调节到大约70Ω的特征阻抗。提供大约90平方微米的接线天线82用于将通过微带线传播的太赫兹电磁波辐射到空间中。形成切口83，以进行阻抗匹配，使得来自传输路径的馈入点(feed point)达到相对天线的末端表面大约30微米的深度。

施加激光束到LT-GaAs的上电极附近大约5微米的斑点上，如放大图中位置86所示。可以给上电极的一部分提供低通滤波器85，用于防止高频电磁波传播到电极焊盘88上，如图8放大图所示。Ti/Au线87的用于进行激光束照射的在位置86附近的一部分可以具有切口或隆起，以提高发生效率。

驱动利用太赫兹电磁波的感测的方式可以和上述实施方式一样。图9图解了使用这个器件的示例的光学系统。根据这个实施方式的集成器件90的光电导元件部分91被通过反射镜95和透镜96来自飞秒激光器的光束97照射。从集成器件90产生的太赫兹电磁波通过两个抛物柱面镜(parabolic mirror)92和93通过空间传播，如98所示，然后由探测器94接收。这里，飞秒激光器光束可以被分支并通过延迟系统(未图示)传播到探测器94，用于众所周知的相干检测(时域光谱检测(timeregion spectrum detection)等)。

这里，进行太赫兹波形的传输线和天线之间的阻抗匹配，使得电磁波能有效地辐射进入空间，因此提高了感测传输线上的对象时的灵敏度，同在第一实施方式等中一样。

由于不脱离本发明的实质和范围可以进行许多显著不同的实施方式，因此可以理解：本发明不限于具体的实施方式而只受权利要求书的限定。

本申请要求2004年7月30日提出的日本专利申请No.2004-223656和2005年2月1日提出的日本专利申请No.2005-025210的优先权，这两份申请通过引用被结合到本申请中。

Claims (4)

1.一种光学半导体器件，其包括：

具有光电导性的半导体薄膜；

用于在所述半导体薄膜的厚度方向向该半导体薄膜的内部施加电场的一对电极，

用于传播从所述半导体薄膜产生的电磁波的传输路径；以及

允许在所述半导体薄膜处产生的电磁波通过空间辐射的天线，

其中所述半导体薄膜在其被施加电场的区域中接收光以产生电磁波，

其中所述半导体薄膜被布置在所述一对电极之间，

其中所述传输路径的一个末端部分还用作所述一对电极中的上电极，

其中所述传输路径的另一个末端部分还用作所述天线，并且

其中所述电磁波的频率范围在30GHz到30THz之间。

2.如权利要求1所述的光学半导体器件，其中所述半导体薄膜由III-V族化合物构成。

3.如权利要求1所述的光学半导体器件，其中所述半导体薄膜具有在所述半导体薄膜的垂直于所述半导体薄膜的厚度方向的至少一个表面上覆盖的不同于所述半导体薄膜的导电类型的半导体。

4.如权利要求1所述的光学半导体器件，进一步包括光波导，其用于将光从所述半导体薄膜的侧面施加到所述半导体薄膜的被施加电场的所述区域。

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