JP2017167025A - Electromagnetic wave measurement device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly sensitive and high-performance electromagnetic wave measurement device which is formed so that an electromagnetic wave generator and an electromagnetic wave detector each includes an optimum photoconductive layer.SOLUTION: The electromagnetic wave measurement device has a detector 30 and a generator. The detector has a first photoconductivity layer 32 made of an alternate laminate of at least one first semiconductor layer and at least one second semiconductor layer with a larger bandgap than that of the first semiconductor layer, and detects an electromagnetic wave emitted to an object and then transmitting the object or reflected by the object by reception of a pulse light by a first photoconductive layer. The generator has a second photoconductive layer made of a semiconductor layer and generates an electromagnetic wave by reception of a pulse light to the second photoconductive layer.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

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。   The present invention relates to an electromagnetic wave measuring apparatus, and more particularly to an electromagnetic wave measuring apparatus using a photoconductive substrate used for generation and detection of terahertz electromagnetic waves.

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。   In recent years, research on a measurement method called terahertz time domain spectroscopy (TDS) using a femtosecond laser has been actively promoted. As an electromagnetic wave generator or electromagnetic wave detector used in the TDS measurement method, one using a photoconductive substrate is known. Such a photoconductive substrate has a photoconductor in which a semiconductor layer is epitaxially grown on a semiconductor substrate.

例えば、特許文献１には、光導電性を有する半導体層（光導電性半導体層）をバンドギャップが光導電性半導体層よりも大きい半導体境界層の間に有する積層を用いた光導電アンテナ、または光混合器によるＴＨｚ(テラヘルツ)放射を発生または検出するための光導電体が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a photoconductive antenna using a stack having a semiconductor layer (photoconductive semiconductor layer) having photoconductivity between semiconductor boundary layers having a band gap larger than that of the photoconductive semiconductor layer, or A photoconductor for generating or detecting THz radiation by an optical mixer is disclosed.

特許第５２７０５８５号公報Japanese Patent No. 5270585

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、電磁波発生器及び電磁波検出器に従来の光伝導層を適用した場合に、テラヘルツ波時間波形の最大振幅値や、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Ｓ／Ｎ比又はダイナミックレンジが小さくなり、高い計測性能を得ることが困難な場合があった。また、より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等が、従来の課題の例として挙げられる。   As an electromagnetic wave generator used for terahertz time domain spectroscopy (TDS) measurement, a large output is desired, and an electromagnetic wave detector having high detection sensitivity is desired. However, when a conventional photoconductive layer is applied to the electromagnetic wave generator and the electromagnetic wave detector, the maximum amplitude value of the terahertz wave time waveform and the S / N ratio of the spectrum (terahertz wave spectrum) obtained by Fourier transforming the terahertz wave time waveform Alternatively, the dynamic range becomes small and it may be difficult to obtain high measurement performance. Moreover, it is mentioned as an example of the conventional subject that the electromagnetic wave measuring apparatus of higher measurement performance is strongly desired.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、電磁波発生器及び電磁波検出器のそれぞれが最適な構造の光伝導層を有するように構成された電磁波計測装置又はシステムを提供し、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。   The present invention has been made in view of the above points, and provides an electromagnetic wave measuring apparatus or system configured so that each of an electromagnetic wave generator and an electromagnetic wave detector has a photoconductive layer having an optimal structure, and a terahertz wave One of the objects is to provide a high-sensitivity and high-performance electromagnetic wave measuring device that has a large amplitude value of a time waveform, a dynamic range of a terahertz wave spectrum, and a large S / N ratio.

請求項１に記載の発明は、少なくとも１の第１半導体層と第１半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも１の第２半導体層とが交互に積層された第１光伝導層を有し、第１光伝導層がパルス光の入射を受けることで、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検出する検出器と、半導体層からなる第２光伝導層を有し、第２光伝導層にパルス光が入射することで電磁波を発生する発生器と、を有する。   The invention according to claim 1 has a first photoconductive layer in which at least one first semiconductor layer and at least one second semiconductor layer having a larger band gap than the first semiconductor layer are alternately stacked. The first photoconductive layer receives the incident pulsed light, thereby detecting the electromagnetic wave that is irradiated on the target object and transmitted through the target object or reflected by the target object, and the second photoconductive layer comprising the semiconductor layer. And a generator that generates electromagnetic waves when pulsed light enters the second photoconductive layer.

実施例１の電磁波発生器の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an electromagnetic wave generator of Example 1. FIG. 実施例１の電磁波検出器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the electromagnetic wave detector of Example 1. FIG. 実施例１の電磁波発生器に係る光伝導基板の積層構造を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a photoconductive substrate according to the electromagnetic wave generator of Example 1. FIG. 実施例１の電磁波検出器に係る光伝導基板の積層構造を示す断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a laminated structure of a photoconductive substrate according to the electromagnetic wave detector of Example 1. FIG. 実施例１の電磁波検出器に係る積層構造の変形例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a modification of the laminated structure according to the electromagnetic wave detector of Example 1. FIG. 実施例１の電磁波検出器に係る積層構造の変形例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a modification of the laminated structure according to the electromagnetic wave detector of Example 1. FIG. 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。It is a figure which shows the terahertz time-domain spectroscopy (TDS) measurement system to which the electromagnetic wave generator and electromagnetic wave detector of Example 1 were applied. 実施例２の電磁波発生器に係る光伝導層の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoconductive layer according to an electromagnetic wave generator of Example 2. FIG. 実施例２の電磁波検出器に係る光伝導層の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoconductive layer according to an electromagnetic wave detector of Example 2. FIG. 実施例２の電磁波発生器に係る光伝導層の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoconductive layer according to an electromagnetic wave generator of Example 2. 実施例２の電磁波検出器に係る光伝導層の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoconductive layer according to an electromagnetic wave detector of Example 2. FIG. 実施例２の電磁波発生器に係る光伝導層の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoconductive layer according to an electromagnetic wave generator of Example 2. FIG. 実施例２の電磁波検出器に係る光伝導層の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoconductive layer according to an electromagnetic wave detector of Example 2. FIG. 実施例１,２及び比較例の電磁波発生器が用いられたＴＤＳ計測システムの実験結果の一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the experimental result of the TDS measuring system using the electromagnetic wave generator of Example 1, 2 and a comparative example. 実施例１,２及び比較例の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。It is a table | surface which shows an example of the experimental result of the TDS measurement system in which the electromagnetic wave detector of Example 1, 2 and a comparative example was used. 実施例１及び２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。It is a figure which shows typically an example of the electromagnetic wave generation | occurrence | production detection module which has the electromagnetic wave generator of Example 1 and 2 and an electromagnetic wave detector.

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.

図１及び図２は、実施例１の電磁波計測装置であるテラヘルツ時間領域分光（ＴＤＳ）計測装置に用いられ、電磁波を発生する電磁波発生器１０及び電磁波を検出する電磁波検出器３０のそれぞれを模式的に示す斜視図である。以下に、図面を参照して電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０の構成について説明する。
[電磁波発生器の構成]
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１３と、光伝導基板１３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。 FIGS. 1 and 2 are used for a terahertz time domain spectroscopy (TDS) measuring apparatus that is an electromagnetic wave measuring apparatus according to the first embodiment, and schematically illustrate an electromagnetic wave generator 10 that generates an electromagnetic wave and an electromagnetic wave detector 30 that detects the electromagnetic wave. FIG. Below, with reference to drawings, the structure of the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 is demonstrated.
[Configuration of electromagnetic wave generator]
As shown in FIG. 1, the electromagnetic wave generator 10 is a photoconductive antenna element, and includes a photoconductive substrate 13 in which a thin film of a photoconductive material is stacked, and a pair of antenna electrodes (hereinafter, referred to as “photoconductive substrate 13”). 20) (referred to simply as a pair of antennas).

光伝導基板１３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上に成長された光伝導層（以下、第２光伝導層という）１２と、からなる。   The photoconductive substrate 13 includes a substrate (hereinafter referred to as a growth substrate) 11 for growing a photoconductive layer, a photoconductive layer (hereinafter referred to as a second photoconductive layer) 12 grown on the growth substrate 11, Consists of.

一対のアンテナ２０は、第２光伝導層１２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の間の第２光伝導層１２の部分をギャップ部２３と称する。   The pair of antennas 20 is provided on the second photoconductive layer 12. The pair of antennas 20 is a dipole antenna including a pair of antenna electrode portions 20A and a pair of antenna main bodies 20B. The pair of antenna electrode portions 20A is configured to be connected to a power source such as a constant voltage source via wiring (not shown). The pair of antenna main bodies 20B are arranged to face each other with a predetermined separation interval. Hereinafter, the portion of the second photoconductive layer 12 between the pair of opposing antenna bodies 20B is referred to as a gap portion 23.

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。
[電磁波検出器の構成]
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３３と、光伝導基板３３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。 When the gap 23 is irradiated with excitation light (pump light) such as a femtosecond pulse laser in a state where a voltage is applied between the pair of antenna bodies 20B, photoexcited carriers are generated. A pulsed current flows between the pair of antenna bodies 20B, and a terahertz electromagnetic wave is generated by the current.
[Configuration of electromagnetic wave detector]
As shown in FIG. 2, the electromagnetic wave detector 30 is a photoconductive antenna element, and includes a photoconductive substrate 33 in which thin films of photoconductive material are stacked, and a pair of antenna electrodes (on the photoconductive substrate 33). Hereinafter, it is simply referred to as a pair of antennas) 40.

光伝導基板３３は、成長基板３１と、成長基板３１上に成長された光伝導層（以下、第１光伝導層という）３２と、からなる。   The photoconductive substrate 33 includes a growth substrate 31 and a photoconductive layer (hereinafter referred to as a first photoconductive layer) 32 grown on the growth substrate 31.

一対のアンテナ４０は、第１光伝導層３２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の間の第１光伝導層３２の部分をギャップ部４３と称する。   The pair of antennas 40 is provided on the first photoconductive layer 32. The pair of antennas 40 is a dipole antenna including a pair of antenna electrode portions 40A and a pair of antenna main bodies 40B. The pair of antenna electrode portions 40A is configured to be connected to an ammeter or the like via wiring (not shown). The pair of antenna main bodies 40B are arranged to face each other with a predetermined separation interval. Hereinafter, the portion of the first photoconductive layer 32 between the pair of opposing antenna bodies 40B is referred to as a gap portion 43.

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。
［電磁波発生器の光伝導層の構成］
図３は、電磁波発生器１０の光伝導基板１３の積層構造を模式的に示す断面図である。電磁波発生器１０の成長基板１１は、半絶縁性（ＳＩ：Semi-insulating）のＩｎＰ基板（ＳＩ−ＩｎＰ）である。成長基板１１上には、光伝導層（第２光伝導層）１２が形成されている。第２光伝導層１２は、ＩｎＧａＡｓなどからなる１層の半導体層として構成されている。 Further, when the gap portion 43 is irradiated with probe light and a terahertz electromagnetic wave is received from the measurement sample, a current is generated between the pair of antenna bodies 40B. Terahertz electromagnetic waves can be detected by measuring this current with an ammeter through a current amplifier or the like.
[Configuration of photoconductive layer of electromagnetic wave generator]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a laminated structure of the photoconductive substrate 13 of the electromagnetic wave generator 10. The growth substrate 11 of the electromagnetic wave generator 10 is a semi-insulating (SI) InP substrate (SI-InP). A photoconductive layer (second photoconductive layer) 12 is formed on the growth substrate 11. The second photoconductive layer 12 is configured as a single semiconductor layer made of InGaAs or the like.

第２光伝導層１２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、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半導体層である。
［電磁波検出器の光伝導層の構成］
図４は、電磁波検出器３０の光伝導基板３３の積層構造を模式的に示す断面図である。電磁波検出器３０の成長基板３１は、ＳＩ−ＩｎＰ基板である。成長基板３１上には、第２半導体層３７と、第２半導体層３７上に形成された第１半導体層３５と、からなる光伝導層（第１光伝導層）３２が形成されている。 The second photoconductive layer 12 is a crystal layer grown by molecular beam epitaxy (MBE). More specifically, it is a semiconductor layer grown by normal temperature growth or so-called low-temperature (LT) growth.
[Configuration of photoconductive layer of electromagnetic wave detector]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a laminated structure of the photoconductive substrate 33 of the electromagnetic wave detector 30. The growth substrate 31 of the electromagnetic wave detector 30 is an SI-InP substrate. A photoconductive layer (first photoconductive layer) 32 including a second semiconductor layer 37 and a first semiconductor layer 35 formed on the second semiconductor layer 37 is formed on the growth substrate 31.

第２半導体層３７、及び第１半導体層３５はＭＢＥ法によって成長された結晶層である。より詳細には、通常温度での成長または、いわゆる低温（LT）成長により成長された半導体層である。
［電磁波発生器の製造工程］
次に、ＭＢＥ装置を用いた電磁波発生器１０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。 The second semiconductor layer 37 and the first semiconductor layer 35 are crystal layers grown by the MBE method. More specifically, it is a semiconductor layer grown by normal temperature growth or so-called low temperature (LT) growth.
[Manufacturing process of electromagnetic wave generator]
Next, a manufacturing process of the electromagnetic wave generator 10 using the MBE device will be described. In this embodiment, the MBE method is used as the crystal growth method, but an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, which is a cheaper crystal growth method, may be used instead of the MBE method.

まず、光伝導基板１３を作製するため、ＭＢＥ装置に成長基板１１をセットする。なお、本実施例では、成長基板１１にはＳＩ−ＩｎＰ単結晶基板を用いたが、ＧａＡｓ（ＳＩ−ＧａＡｓ）やＳｉ（ＳＩ−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）ではない基板を用いてもよい。例えば、成長基板１１上に積層する光伝導層１２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。   First, in order to produce the photoconductive substrate 13, the growth substrate 11 is set in the MBE apparatus. In this embodiment, an SI-InP single crystal substrate is used as the growth substrate 11, but various substrates such as GaAs (SI-GaAs) and Si (SI-Si) can be used. A substrate that is not semi-insulating (SI) may be used. For example, it can be appropriately selected according to the material of the photoconductive layer 12 laminated on the growth substrate 11 and its lattice constant, or the wavelength of laser light used in the TDS measuring apparatus.

次に、成長基板１１上に第２光伝導層１２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、エピタキシャル成長は、例えば、成長基板１１の温度を１００〜６００℃、成長速度を約１μｍ／ｈに設定して第２光伝導層１２を成長させる。その後、必要に応じて光伝導基板１３の熱処理（アニール）を行う。   Next, the second photoconductive layer 12 is epitaxially grown on the growth substrate 11 with a layer thickness of, for example, about 1 to 4 μm. Specifically, in the epitaxial growth, for example, the second photoconductive layer 12 is grown by setting the temperature of the growth substrate 11 to 100 to 600 ° C. and the growth rate to about 1 μm / h. Thereafter, heat treatment (annealing) of the photoconductive substrate 13 is performed as necessary.

上記の工程を経て形成された光伝導基板１３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、アンテナ２０が形成される。一対のアンテナ２０が形成されて、電磁波発生器１０が完成する。なお、一対のアンテナ２０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。   The antenna 20 is formed on the photoconductive substrate 13 formed through the above steps using a known technique such as a photolithography method (including etching process). A pair of antennas 20 is formed, and the electromagnetic wave generator 10 is completed. The pair of antennas 20 is not limited to a dipole antenna, and may be any antenna such as a bowtie antenna, a stripline antenna, or a spiral antenna.

なお、成長基板１１と第２光伝導層１２との間に、必要に応じて、バッファ層を成長させても良い。
［電磁波検出器の製造工程］
続いて、ＭＢＥ装置を用いた電磁波検出器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。 A buffer layer may be grown between the growth substrate 11 and the second photoconductive layer 12 as necessary.
[Manufacturing process of electromagnetic wave detector]
Then, the manufacturing process of the electromagnetic wave detector 30 using an MBE apparatus is demonstrated. In this embodiment, the MBE method is used as the crystal growth method, but an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, which is a cheaper crystal growth method, may be used instead of the MBE method.

まず、光伝導基板３３を作製する。成長基板３１上に第２半導体層３７を例えば数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の層厚でエピタキシャル成長させる。続いて、第２半導体層３７上に第１半導体層３５を例えば１〜４μｍ程度の層厚 でエピタキシャル成長させる。なお、成長基板３１上に第１半導体層３５をエピタキシャル成長させ、続いて、第１半導体層３５上に、第２半導体層３７を、エピタキシャル成長させてもよい。   First, the photoconductive substrate 33 is produced. The second semiconductor layer 37 is epitaxially grown on the growth substrate 31 with a layer thickness of, for example, about several nm to several hundred nm. Subsequently, the first semiconductor layer 35 is epitaxially grown on the second semiconductor layer 37 with a layer thickness of, for example, about 1 to 4 μm. Note that the first semiconductor layer 35 may be epitaxially grown on the growth substrate 31, and then the second semiconductor layer 37 may be epitaxially grown on the first semiconductor layer 35.

本実施例においては、第１光伝導層３２は、１層の第２半導体層３７上に、１層の第１半導体層３５を成長させた場合について説明するが、必要に応じて交互に繰り返し積層されていてもよい。すなわち、第１光伝導層３２は、少なくとも１の第２半導体層３７と、少なくとも１の第１半導体層３５とが交互に積層されて構成されている。なお、少なくとも１の第１半導体層３５の層厚を合計した総厚は、１．５μｍ以上であることが好ましい。第１光伝導層３２を成長した後、必要に応じて光伝導基板３３の熱処理（アニール）を行う。   In the present embodiment, the first photoconductive layer 32 is described as a case where one first semiconductor layer 35 is grown on one second semiconductor layer 37. However, the first photoconductive layer 32 is alternately repeated as necessary. It may be laminated. That is, the first photoconductive layer 32 is configured by alternately stacking at least one second semiconductor layer 37 and at least one first semiconductor layer 35. The total thickness of the at least one first semiconductor layer 35 is preferably 1.5 μm or more. After the first photoconductive layer 32 is grown, heat treatment (annealing) of the photoconductive substrate 33 is performed as necessary.

上記の工程を経て形成された光伝導基板３３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、一対のアンテナ４０が形成される。一対のアンテナ４０が形成されて、電磁波検出器３０が完成する。なお、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。   A pair of antennas 40 is formed on the photoconductive substrate 33 formed through the above steps using a known technique such as a photolithography method (including an etching process). A pair of antennas 40 is formed, and the electromagnetic wave detector 30 is completed. The pair of antennas 40 is not limited to a dipole antenna, and may be any antenna such as a bowtie antenna, a stripline antenna, or a spiral antenna.

なお、成長基板３１と第１光伝導層３２との間に、必要に応じて、バッファ層を成長させても良い。
［電磁波発生器の光伝導層の半導体材料］
図３及び図４を参照し、本実施例の光伝導層に適用する半導体材料、光伝導層が有するバンドギャップエネルギー（Ｅｇ（ｅＶ）、以下、バンドギャップと称する）及び積層構造について説明する。 A buffer layer may be grown between the growth substrate 31 and the first photoconductive layer 32 as necessary.
[Semiconductor material of photoconductive layer of electromagnetic wave generator]
With reference to FIGS. 3 and 4, a semiconductor material applied to the photoconductive layer of this embodiment, a band gap energy (Eg (eV), hereinafter referred to as a band gap) and a stacked structure of the photoconductive layer will be described.

一般的に、光伝導層の材料としては、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等の半導体層が挙げられる。電磁波発生器の光伝導層には、一般的な光伝導層の材料から適宜選択して用いることができる。   Generally, examples of the material for the photoconductive layer include semiconductor layers such as GaAs, Si, AlGaAs, InGaP, AlAs, InP, InAlAs, InGaAs, GaAsSb, InGaAsP, InAs, and InSb. The photoconductive layer of the electromagnetic wave generator can be appropriately selected from general photoconductive layer materials.

図３に示す第２光伝導層１２には、ＩｎＧａＡｓの代わりに、一般的な光伝導層の材料から適宜選択して、例えばＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等を用いてもよい。   For the second photoconductive layer 12 shown in FIG. 3, instead of InGaAs, for example, GaAs, InAs, InSb, or the like may be used by appropriately selecting from general photoconductive layer materials.

なお、バッファ層を成長させる場合には、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等を、成長基板１１、第２光伝導層１２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。
［電磁波検出器の光伝導層の材料］
図４に示す第１光伝導層３２は、少なくとも１の第１半導体層３５と、第１半導体層３５よりもバンドギャップが大なる半導体からなる少なくとも１の第２半導体層３７と、が交互に積層されることによって構成されている。 When the buffer layer is grown, GaAs, Si, AlGaAs, InGaP, AlAs, InP, InAlAs, InGaAs, GaAsSb, InGaAsP, InAs, InSb, and the like are used as the growth substrate 11 and the second photoconductive layer 12 and It can be arbitrarily selected according to the lattice constant.
[Material for photoconductive layer of electromagnetic wave detector]
In the first photoconductive layer 32 shown in FIG. 4, at least one first semiconductor layer 35 and at least one second semiconductor layer 37 made of a semiconductor having a band gap larger than that of the first semiconductor layer 35 are alternately arranged. It is configured by being laminated.

バンドギャップの大きい半導体ほど、キャリア移動度は低い傾向がある。本実施例において、第１半導体層３５としてＩｎＧａＡｓ、第２半導体層３７としてＩｎＧａＡｓよりもバンドギャップの大なるＩｎＡｌＡｓを採用している。したがって、第２半導体層３７は、第１半導体層３５と比較して低いキャリア移動度、すなわち短いキャリア寿命を有する。   A semiconductor with a larger band gap tends to have a lower carrier mobility. In this embodiment, InGaAs is used as the first semiconductor layer 35 and InAlAs having a larger band gap than InGaAs is used as the second semiconductor layer 37. Therefore, the second semiconductor layer 37 has a low carrier mobility, that is, a short carrier lifetime, compared to the first semiconductor layer 35.

第２半導体層３７の有するバンドギャップは、第１半導体層３５が有するバンドギャップよりも、例えば０．６〜０．８ｅＶ程度大きいことが好ましい。   The band gap of the second semiconductor layer 37 is preferably larger by about 0.6 to 0.8 eV, for example, than the band gap of the first semiconductor layer 35.

第１半導体層３５、第２半導体層３７、それぞれの半導体材料については、次の組み合わせが挙げられる。第１半導体層３５、第２半導体層３７の有するバンドギャップをそれぞれＥｇ1、Ｅｇ2と表した場合に、例えば、Eg1(GaAs)<Eg2(AlAs)、Eg1(InGaAs)<Eg2(AlAs)、Eg1(GaAs)<Eg2(InAlAs)、Eg1(InxGa1-xAs)<Eg2(InxAl1-xAs)、Eg1(InGaAs)<Eg2(GaAsSb)、Eg1(InAs)<Eg2(GaAsSb)、Eg1(InGaAs)<Eg2(InGaP)、Eg1(AlGaAs)<Eg2(AlAs)、Eg1(InGaP)<Eg2(AlAs)、Eg1(GaAsSb)<Eg2(InAlAs)などの半導体の組み合わせを採用することができる。 For the first semiconductor layer 35, the second semiconductor layer 37, and the respective semiconductor materials, the following combinations can be given. When the band gaps of the first semiconductor layer 35 and the second semiconductor layer 37 are expressed as Eg 1 and Eg 2 , respectively, for example, Eg 1 (GaAs) <Eg2 (AlAs), Eg 1 (InGaAs) <Eg2 (AlAs ), Eg 1 (GaAs) <Eg2 (InAlAs), Eg 1 (In x Ga 1-x As) <Eg2 (In x Al 1-x As), Eg 1 (InGaAs) <Eg2 (GaAsSb), Eg 1 ( InAs) <Eg2 (GaAsSb), Eg 1 (InGaAs) <Eg2 (InGaP), Eg 1 (AlGaAs) <Eg2 (AlAs), Eg 1 (InGaP) <Eg2 (AlAs), Eg 1 (GaAsSb) <Eg2 (InAlAs A combination of semiconductors such as) can be employed.

また、第１光伝導層３２は、第２光伝導層１２と異なる半導体材料から構成されていてもよい。   The first photoconductive layer 32 may be made of a semiconductor material different from that of the second photoconductive layer 12.

なお、バッファ層の半導体としては、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等を、成長基板３１、第１光伝導層３２の半導体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。
[電磁波発生器の動作]
上述したように、電磁波発生器１０は、ギャップ部２３にポンプ光が照射されることで、光励起キャリアが発生し、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。 As the semiconductor of the buffer layer, GaAs, Si, AlGaAs, InGaP, AlAs, InP, InAlAs, InGaAs, GaAsSb, InGaAsP, InAs, InSb, and the like are used, and the semiconductor material of the growth substrate 31 and the first photoconductive layer 32 and its It can be arbitrarily selected depending on the lattice constant.
[Operation of electromagnetic wave generator]
As described above, the electromagnetic wave generator 10 generates photoexcited carriers by irradiating the gap portion 23 with pump light, and a pulsed current flows between the pair of antenna bodies 20B. Will occur.

したがって、電磁波発生器１０の光伝導層（第２光伝導層１２）において、光励起キャリアの発生効率が高く（発生キャリア数が多く）、高いキャリア移動度が得られる場合に、発生するテラヘルツ電磁波の発生効率が高くなる。本実施例においては、例えば第２光伝導層１２の層厚を１．５μｍ以上とすることで、ポンプ光による光励起キャリアの高い発生効率を得ている。   Therefore, in the photoconductive layer (second photoconductive layer 12) of the electromagnetic wave generator 10, when the generation efficiency of photoexcited carriers is high (the number of generated carriers is large) and high carrier mobility is obtained, the generated terahertz electromagnetic wave is generated. The generation efficiency increases. In this embodiment, for example, by setting the thickness of the second photoconductive layer 12 to 1.5 μm or more, high generation efficiency of photoexcited carriers by pump light is obtained.

[電磁波検出器の動作]
一方で、電磁波検出器３０は、ギャップ部４３にプローブ光が照射され、測定試料からのテラヘルツ電磁波を受けたときに発生する電流を測定することによってテラヘルツ電磁波を検出する。検出感度を高くするためには、発生キャリア量が多いことに加え、キャリア寿命が短いことが重要となる。つまり、光伝導層における高いキャリア発生効率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する。 [Operation of electromagnetic wave detector]
On the other hand, the electromagnetic wave detector 30 detects the terahertz electromagnetic wave by measuring the current generated when the gap portion 43 is irradiated with the probe light and receives the terahertz electromagnetic wave from the measurement sample. In order to increase the detection sensitivity, it is important that the carrier life is short in addition to the large amount of generated carriers. That is, terahertz wave detection sensitivity is improved by obtaining high carrier generation efficiency and short carrier lifetime in the photoconductive layer.

したがって、電磁波検出器３０の光伝導層（第１光伝導層３２）は、第１半導体層３５と、第１半導体層３５よりもバンドギャップの大なる第２半導体層３７とを交互に積層することにより構成されている。このような構成により、高いキャリア発生効率を有する層と、低いキャリア移動度を有する層を交互に設けることができる。そして、第１半導体層３５において発生した光励起キャリアが第２半導体層３７に到達すると、光励起キャリアは捕捉されて高速再結合（高速減衰）する特性を有する。   Therefore, the photoconductive layer (first photoconductive layer 32) of the electromagnetic wave detector 30 is formed by alternately stacking the first semiconductor layers 35 and the second semiconductor layers 37 having a larger band gap than the first semiconductor layers 35. It is constituted by. With such a configuration, layers having high carrier generation efficiency and layers having low carrier mobility can be alternately provided. When photoexcited carriers generated in the first semiconductor layer 35 reach the second semiconductor layer 37, the photoexcited carriers are trapped and recombined (fast attenuated).

すなわち、バンドギャップが異なる２種の半導体層を交互に積層することで、電磁波検出器３０の第１光伝導層３２中に、光励起キャリアの発生効率が良く、キャリア移動度の高い第１半導体層３５と、光励起キャリアを捕捉して高速再結合（高速減衰）し、キャリア寿命の短い第２半導体層３７と、の両方を備えることができる。従って、第１光伝導層３２における高いキャリア発生効率かつ短いキャリア寿命が得られる。   That is, by alternately laminating two types of semiconductor layers having different band gaps, the first semiconductor layer having high generation efficiency of photoexcited carriers and high carrier mobility in the first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30. 35 and the second semiconductor layer 37 that captures photoexcited carriers and performs high-speed recombination (fast decay) and has a short carrier lifetime. Therefore, high carrier generation efficiency and short carrier lifetime in the first photoconductive layer 32 can be obtained.

そして、電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０をテラヘルツ時間領域分光法（ＴＤＳ）による計測に適用した場合に、電磁波発生器１０のテラヘルツ波発生出力が増大し、かつ、電磁波検出器３０のテラヘルツ波検出感度が高まることで、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。   When the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 are applied to the measurement by terahertz time domain spectroscopy (TDS), the terahertz wave generation output of the electromagnetic wave generator 10 is increased, and the terahertz wave of the electromagnetic wave detector 30 is increased. By increasing the detection sensitivity, the maximum amplitude value, dynamic range, and S / N ratio of the terahertz wave time waveform are improved.

なお、図４において、電磁波検出器３０の第１光伝導層３２が、１層の第１半導体層３５と１層の第２半導体層３７とが積層されて構成されている場合について説明したが、これに限らない。電磁波検出器３０の第１光伝導層３２は、複数の第１半導体層３５および／または複数の第２半導体層３７を有するように構成されていてもよい。第１半導体層３５と第２半導体層３７との積層構造に関する変形例を図５（ａ）及び図５（ｂ）の断面図に示す。   Although the first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30 has been described with reference to FIG. 4, the first semiconductor layer 35 and the second semiconductor layer 37 are stacked. Not limited to this. The first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30 may be configured to have a plurality of first semiconductor layers 35 and / or a plurality of second semiconductor layers 37. The modification regarding the laminated structure of the 1st semiconductor layer 35 and the 2nd semiconductor layer 37 is shown to sectional drawing of Fig.5 (a) and FIG.5 (b).

図５（ａ）は、電磁波検出器３０の第１光伝導層３２が、複数の第１半導体層３５と複数の第２半導体層３７とからなる場合を示している。複数の第１半導体層３５の各々は同一の層厚を有し、複数の第２半導体層３７の各々は同一の層厚を有している。第１半導体層３５及び第２半導体層３７は一層ずつ交互に積層されている。   FIG. 5A shows a case where the first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30 includes a plurality of first semiconductor layers 35 and a plurality of second semiconductor layers 37. Each of the plurality of first semiconductor layers 35 has the same layer thickness, and each of the plurality of second semiconductor layers 37 has the same layer thickness. The first semiconductor layers 35 and the second semiconductor layers 37 are alternately stacked one by one.

図５（ｂ）は、複数の第１半導体層３５のうち少なくとも２つが互いに異なる層厚を有し、複数の第２半導体層３７のうち少なくとも２つが互いに異なる層厚を有している場合を模式的に示している。
［電磁波計測システム］
図６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（ＴＤＳ）計測システム６０を示す図である。図６を参照して、このＴＤＳ計測システム６０について説明する。 FIG. 5B shows a case where at least two of the plurality of first semiconductor layers 35 have different layer thicknesses, and at least two of the plurality of second semiconductor layers 37 have different layer thicknesses. This is shown schematically.
[Electromagnetic wave measurement system]
FIG. 6 is a diagram showing a terahertz time domain spectroscopy (TDS) measurement system 60 to which the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 of the present embodiment are applied. The TDS measurement system 60 will be described with reference to FIG.

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。   The TDS measurement system 60 places the measurement sample (measurement object) S in the path through which the terahertz electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generator 10 propagates, and transmits the measurement sample S (or is reflected by the measurement sample S). The time waveform of the terahertz electromagnetic wave and the time waveform of the terahertz electromagnetic wave without the measurement sample S are Fourier transformed to obtain amplitude and phase information of the terahertz electromagnetic wave. Thus, detailed physical properties such as the complex refractive index and complex dielectric constant of the measurement sample S are measured.

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。   The TDS measurement system 60 includes a laser irradiation device 61 that generates a femtosecond pulse laser (hereinafter, simply referred to as a femtosecond laser), and a polarizing beam splitter (PBS) that separates the femtosecond laser from the laser irradiation device 61. ), The electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30, the delay optical system 63 for delaying the femtosecond laser incident on the electromagnetic wave detector 30, and various optical systems for reflecting and condensing the femtosecond laser. A voltage source 64 that supplies a voltage to the electromagnetic wave generator 10, and a signal processing device 65 that processes a detection signal of the electromagnetic wave detector 30. In addition, it has a general configuration as a TDS measurement system. The various optical systems include a first lens 66 and a second lens 67 such as a Si (silicon) hemispherical lens that are attached in contact with the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 and efficiently extract terahertz electromagnetic waves. Note that the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 may be configured as an electromagnetic wave measurement device 50 used in the TDS measurement system 60.

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。   First, the femtosecond laser (wavelength 1.5 μm) emitted from the laser irradiation device 61 is divided into pump light and probe light by the beam splitter 62. Then, the pump light is collected by the condenser lens CL <b> 1 and enters the electromagnetic wave generator 10. At this time, a terahertz electromagnetic wave is generated by the electromagnetic wave generator 10 by applying a voltage between the pair of antenna bodies 20B. The generated terahertz electromagnetic wave passes through the first lens 66, is collected by the third lens 68, and is irradiated to the measurement sample S. The terahertz electromagnetic wave that has passed through the measurement sample S is incident on the electromagnetic wave detector 30 via the fourth lens 69 and the second lens 67.

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。   On the other hand, the probe light divided by the beam splitter 62 is time-delayed by a delay optical system 63 having a plurality of reflecting mirrors M, condensed by a condenser lens CL2, and incident on the electromagnetic wave detector 30. The signal detected by the electromagnetic wave detector 30 is input to the signal processing device 65. The signal processing device 65 stores the time waveform of the terahertz electromagnetic wave that has passed through the measurement sample S and the time waveform of the terahertz electromagnetic wave without the measurement sample S as time-series data, respectively, and performs Fourier transform processing on this in the frequency space. Convert. Thus, by obtaining the spectrum of the intensity amplitude and phase of the terahertz electromagnetic wave from the measurement sample S, the physical properties and the like of the measurement sample S can be examined.

なお、電磁波発生器１０には電圧が印加されるため、ギャップ部２３に対向して配置された一対のアンテナ本体２０Ｂの間の離間間隔（ギャップ長）が長くなるように適宜設計することで、絶縁破壊による破壊を防ぐことができる。   In addition, since a voltage is applied to the electromagnetic wave generator 10, by appropriately designing so that a separation interval (gap length) between the pair of antenna main bodies 20B disposed to face the gap portion 23 becomes long, Breakdown due to dielectric breakdown can be prevented.

一方で、電磁波検出器３０には電圧は印加されず、微弱なテラヘルツ波の起電力による光励起キャリアの応答によって電流が流れ、その電流を検出するため、絶縁破壊などの懸念はない。むしろ、ギャップ部４３の一対のアンテナ本体４０Ｂの間の離間間隔（ギャップ長）が短くなるように適宜設計し、レーザのビーム径も絞ることで、レーザ光密度を高くし、光励起キャリア密度を高くすることができ、検出感度を向上させることができる。   On the other hand, no voltage is applied to the electromagnetic wave detector 30, and a current flows due to the response of photoexcited carriers due to the electromotive force of a weak terahertz wave, and the current is detected, so there is no concern about dielectric breakdown. Rather, the gap portion 43 is appropriately designed so that the separation distance (gap length) between the pair of antenna bodies 40B is shortened, and the laser beam diameter is reduced to increase the laser light density and the photoexcited carrier density. And detection sensitivity can be improved.

また、テラヘルツ波の発生効率、検出効率を向上させるような電極構造を採用してもよい。例えば、第２光伝導層及１２及び第１光伝導層３２をメサ構造とし、電極を立体的に配置することができる。ギャップ部２３又はギャップ部４３の近傍を残して周辺をエッチングし、露出した面（光伝導層の積層方向に平行な方向）に電極を配置することで、電流が横方向（積層方向に垂直な方向）に流れやすくなる。   Further, an electrode structure that improves the generation efficiency and detection efficiency of the terahertz wave may be adopted. For example, the second photoconductive layer 12 and the first photoconductive layer 32 can have a mesa structure, and the electrodes can be three-dimensionally arranged. Etching the periphery of the gap 23 or the gap 43 and leaving an electrode on the exposed surface (direction parallel to the photoconductive layer stacking direction) allows the current to flow in the lateral direction (perpendicular to the stacking direction). Direction).

したがって、光伝導層の積層方向の深さによって電流の流れやすさに差がなくなるため、テラヘルツ波の発生効率、検出効率が高くなる。たとえば光伝導層が多数の層により構成されるような場合に、電流がより横方向に流れやすくなるため、テラヘルツ波の発生効率、検出効率の向上がより顕著になる。   Therefore, since there is no difference in current flowability depending on the depth of the photoconductive layer in the stacking direction, terahertz wave generation efficiency and detection efficiency are increased. For example, when the photoconductive layer is composed of a large number of layers, the current is more likely to flow in the lateral direction, so that the terahertz wave generation efficiency and the detection efficiency are more significantly improved.

以上、詳細に説明したように、本実施例の電磁波発生器１０によれば、１の半導体層からなる光伝導層において光励起キャリアの高い発生効率が得られる。一方で、本実施例の電磁波検出器３０によれば、バンドギャップが異なる半導体層が交互に積層された光伝導層によって、高いキャリア発生効率かつ短いキャリア寿命が得られる。   As described above in detail, according to the electromagnetic wave generator 10 of the present embodiment, high generation efficiency of photoexcited carriers can be obtained in the photoconductive layer composed of one semiconductor layer. On the other hand, according to the electromagnetic wave detector 30 of the present embodiment, high carrier generation efficiency and short carrier lifetime can be obtained by the photoconductive layer in which semiconductor layers having different band gaps are alternately stacked.

すなわち、電磁波発生器及び電磁波検出器のそれぞれが最適な構造の光伝導層を有するように構成された電磁波計測装置又はシステムが得られる。すなわち、上記したような電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０を用いることによって、光励起キャリアの発生効率が向上し、かつ、キャリアの高速再結合を実現し、高い検出感度を得ることができる。従って、高感度で高性能な電磁波計測装置又はシステムを提供することができる。   That is, an electromagnetic wave measuring apparatus or system configured such that each of the electromagnetic wave generator and the electromagnetic wave detector has a photoconductive layer having an optimal structure is obtained. That is, by using the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 as described above, the generation efficiency of photoexcited carriers can be improved, high-speed carrier recombination can be realized, and high detection sensitivity can be obtained. Therefore, a highly sensitive and high performance electromagnetic wave measuring apparatus or system can be provided.

実施例２に係る電磁波計測装置は、実施例１と同様に電磁波発生器１０と電磁波検出器３０を有し、電磁波発生器１０が有する第２光伝導層１２の構成のみが異なる。図７（ａ）乃至図９（ｂ）は、実施例２に係る第２光伝導層１２及び第１光伝導層３２の積層構造を示す断面図である。図７（ａ）乃至図９（ｂ）を参照して、実施例２に係る第２光伝導層１２及び第１光伝導層３２の積層構造について説明する。   The electromagnetic wave measurement apparatus according to the second embodiment includes the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 as in the first embodiment, and only the configuration of the second photoconductive layer 12 included in the electromagnetic wave generator 10 is different. FIG. 7A to FIG. 9B are cross-sectional views showing a laminated structure of the second photoconductive layer 12 and the first photoconductive layer 32 according to the second embodiment. A laminated structure of the second photoconductive layer 12 and the first photoconductive layer 32 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 9B.

実施例２は、第２光伝導層１２が、複数の第３半導体層１５と、第３半導体層１５よりもバンドギャップの大なる複数の第４半導体層１７とを有している例を示している。
すなわち、成長基板１１上に第３半導体層１５及び第４半導体層１７が交互に積層されている。本実施例において、複数の第３半導体層１５はＩｎＧａＡｓ層であり、複数の第４半導体層１７はＩｎＡｌＡｓ層である。また、成長基板１１上に第４半導体層１７であるＩｎＡｌＡｓ層が成長されている場合を示している。 Example 2 shows an example in which the second photoconductive layer 12 includes a plurality of third semiconductor layers 15 and a plurality of fourth semiconductor layers 17 having a band gap larger than that of the third semiconductor layers 15. ing.
That is, the third semiconductor layers 15 and the fourth semiconductor layers 17 are alternately stacked on the growth substrate 11. In the present embodiment, the plurality of third semiconductor layers 15 are InGaAs layers, and the plurality of fourth semiconductor layers 17 are InAlAs layers. Further, the case where an InAlAs layer as the fourth semiconductor layer 17 is grown on the growth substrate 11 is shown.

図７（ａ）は、電磁波発生器１０の第２光伝導層１２、図７（ｂ）は、電磁波検出器３０の第１光伝導層３２の積層構造を示す断面図である。図７（ａ）において、当該複数の第４半導体層１７の総厚（Ｔ４とする。）に対する当該複数の第３半導体層１５の総厚（Ｔ３とする。）の比は、図７（ｂ）における複数の第２半導体層３７の総厚（Ｔ２とする。）に対する複数の第１半導体層３５の総厚（Ｔ１とする。）の比よりも大きい（すなわち、（T3/T4）＞（T1/T2））。   FIG. 7A is a cross-sectional view showing a laminated structure of the second photoconductive layer 12 of the electromagnetic wave generator 10 and FIG. 7B is a first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30. In FIG. 7A, the ratio of the total thickness (T3) of the plurality of third semiconductor layers 15 to the total thickness (T4) of the plurality of fourth semiconductor layers 17 is as shown in FIG. ) Is greater than the ratio of the total thickness (T1) of the plurality of first semiconductor layers 35 to the total thickness (T2) of the plurality of second semiconductor layers 37 (ie, (T3 / T4)> ( T1 / T2)).

換言すれば、電磁波発生器１０の光伝導層（第２光伝導層１２）に比べて、電磁波検出器３０の光伝導層（第１光伝導層３２）の方が、バンドギャップの小なる半導体層の総厚に対するバンドギャップの大なる半導体層の総厚の比が大きい。従って、電磁波検出器３０の光伝導層（第１光伝導層３２）の方が、バンドギャップの大なる半導体層の効果によって、キャリア移動度が低く、かつ顕著にキャリア寿命の短い特性が発現する。   In other words, the photoconductive layer (first photoconductive layer 32) of the electromagnetic wave detector 30 has a smaller band gap than the photoconductive layer (second photoconductive layer 12) of the electromagnetic wave generator 10. The ratio of the total thickness of the semiconductor layer having a large band gap to the total thickness of the layer is large. Therefore, the photoconductive layer (the first photoconductive layer 32) of the electromagnetic wave detector 30 has a lower carrier mobility and a significantly shorter carrier lifetime due to the effect of the semiconductor layer having a larger band gap. .

なお、第１半導体層３５及び第３半導体層１５は同一の半導体からなる必要はなく、また第２半導体層３７及び第４半導体層１７は同一の半導体からなる必要はない。第２半導体層３７の方が第１半導体層３５よりもバンドギャップが大きく、第４半導体層１７の方が第３半導体層１５よりもバンドギャップが大きければよい。   The first semiconductor layer 35 and the third semiconductor layer 15 do not need to be made of the same semiconductor, and the second semiconductor layer 37 and the fourth semiconductor layer 17 need not be made of the same semiconductor. The second semiconductor layer 37 may have a larger band gap than the first semiconductor layer 35, and the fourth semiconductor layer 17 may have a larger band gap than the third semiconductor layer 15.

図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示した電磁波検出器３０の第１光伝導層３２の変形例であり、図８（ａ）は図７（ａ）と同様の第２光伝導層１２の構造を示す。図８（ａ）における第４半導体層１７の総厚に対する第３半導体層１５の総厚の比は、図８（ｂ）における第２半導体層３７の総厚に対する第１半導体層３５の総厚の比よりも大きい（すなわち、（T3/T4）＞（T1/T2））点は上記した変形例と同じである。本変形例では、電磁波発生器１０の第４半導体層１７の総厚よりも電磁波検出器３０の第２半導体層３７の総厚の方が大きい(T4<T2)。   FIG. 8B is a modification of the first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30 shown in FIG. 7B, and FIG. 8A is a second photoconductive device similar to FIG. 7A. The structure of layer 12 is shown. The ratio of the total thickness of the third semiconductor layer 15 to the total thickness of the fourth semiconductor layer 17 in FIG. 8A is the total thickness of the first semiconductor layer 35 with respect to the total thickness of the second semiconductor layer 37 in FIG. The point that is larger than the ratio (that is, (T3 / T4)> (T1 / T2)) is the same as the above-described modification. In this modification, the total thickness of the second semiconductor layer 37 of the electromagnetic wave detector 30 is larger than the total thickness of the fourth semiconductor layer 17 of the electromagnetic wave generator 10 (T4 <T2).

したがって、図８（ａ）の構造を採用した電磁波発生器１０と、図８（ｂ）の構造を採用した電磁波検出器３０とを、ＴＤＳ計測システムに適用した場合、電磁波発生器１０の光伝導層（第２光伝導層１２）と比較して、電磁波検出器３０の光伝導層（第１光伝導層３２）におけるキャリア移動度が低く、かつ顕著にキャリア寿命の短い特性が発現する。   Therefore, when the electromagnetic wave generator 10 adopting the structure of FIG. 8A and the electromagnetic wave detector 30 adopting the structure of FIG. 8B are applied to a TDS measurement system, the photoconduction of the electromagnetic wave generator 10 is achieved. Compared with the layer (second photoconductive layer 12), the carrier mobility in the photoconductive layer (first photoconductive layer 32) of the electromagnetic wave detector 30 is low, and the characteristic that the carrier lifetime is remarkably short appears.

図９（ｂ）は、図７（ｂ）に示した第１光伝導層３２の変形例であり、図９（ａ）は図７（ａ）と同様の第２光伝導層１２の構造を示す。図９（ａ）における第４半導体層１７の総厚に対する第３半導体層１５の総厚の比は、図９（ｂ）における第２半導体層３７の総厚に対する第１半導体層３５の総厚の比よりも大きい点は上記した変形例と同じである（（T3/T4）＞（T1/T2））。   FIG. 9B is a modification of the first photoconductive layer 32 shown in FIG. 7B, and FIG. 9A shows the structure of the second photoconductive layer 12 similar to FIG. 7A. Show. The ratio of the total thickness of the third semiconductor layer 15 to the total thickness of the fourth semiconductor layer 17 in FIG. 9A is the total thickness of the first semiconductor layer 35 with respect to the total thickness of the second semiconductor layer 37 in FIG. The point larger than the ratio is the same as in the above-described modification ((T3 / T4)> (T1 / T2)).

また、第４半導体層１７の総厚よりも第２半導体層３７の総厚の方が大きい点についても上記した変形例と同じである(T4<T2)。さらに、第４半導体層１７の層数（N4とする）よりも第２半導体層３７の層数（N2とする）の方が多い（N4<N2）。したがって、図９（ｂ）の第１半導体層３５で発生した光励起キャリアは、図９（ａ）の第３半導体層１５で発生した光励起キャリアよりも、バンドギャップの大なる層へ到達しやすくなる。すなわち、図９（ｂ）の構造によって、キャリア移動度が低く、かつ顕著にキャリア寿命の短い特性が得られ易くなる。   Further, the second semiconductor layer 37 is larger in total thickness than the total thickness of the fourth semiconductor layer 17 in the same manner as the above-described modified example (T4 <T2). Furthermore, the number of layers of the second semiconductor layer 37 (N2) is greater than the number of layers of the fourth semiconductor layer 17 (N4) (N4 <N2). Therefore, photoexcited carriers generated in the first semiconductor layer 35 in FIG. 9B are more likely to reach a layer having a larger band gap than photoexcited carriers generated in the third semiconductor layer 15 in FIG. . That is, the structure of FIG. 9B makes it easy to obtain characteristics with low carrier mobility and a remarkably short carrier lifetime.

図９（ａ）の構造を採用した電磁波発生器１０と、図９（ｂ）の構造を採用した電磁波検出器３０とを、ＴＤＳ計測システムに適用した場合、電磁波発生器１０の光伝導層（第２光伝導層１２）と比較して、電磁波検出器３０の第１光伝導層３２におけるキャリア移動度が低く、かつ顕著にキャリア寿命の短い特性が発現する。   When the electromagnetic wave generator 10 adopting the structure of FIG. 9A and the electromagnetic wave detector 30 adopting the structure of FIG. 9B are applied to a TDS measurement system, the photoconductive layer ( Compared with the second photoconductive layer 12), the carrier mobility in the first photoconductive layer 32 of the electromagnetic wave detector 30 is low, and the characteristic that the carrier lifetime is remarkably short appears.

以上、説明したように、本実施例の電磁波検出器３０によれば、電磁波発生器１０の光伝導層に比べて、バンドギャップの大なる層の総厚又は光伝導層全体の厚さに占める割合が大きな光伝導層を採用することによって、高いキャリア発生効率かつ短いキャリア寿命が得られる。   As described above, according to the electromagnetic wave detector 30 of the present embodiment, compared to the photoconductive layer of the electromagnetic wave generator 10, the total thickness of the layer having a large band gap or the total thickness of the photoconductive layer is occupied. By adopting a photoconductive layer having a large ratio, high carrier generation efficiency and short carrier life can be obtained.

一方で、電磁波発生器１０の光伝導層は、電磁波検出器３０の光伝導層に比べて、バンドギャップの大なる層の総厚又は光伝導層全体の厚さに占める割合が小さな光伝導層を採用することによって、高いキャリア発生効率かつ高いキャリア移動度が得られる。   On the other hand, the photoconductive layer of the electromagnetic wave generator 10 has a smaller proportion of the total thickness of the layer having a large band gap or the total thickness of the photoconductive layer than the photoconductive layer of the electromagnetic wave detector 30. By adopting, high carrier generation efficiency and high carrier mobility can be obtained.

すなわち、電磁波発生器及び電磁波検出器のそれぞれに適した積層構造によって光伝導層が構成される。すなわち、電磁波発生器及び電磁波検出器のそれぞれが最適な積層構造の光伝導層を有するように構成された電磁波計測装置又はシステムが得られる。すなわち、電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０を用いることによって、光励起キャリアの発生効率が向上し、かつ、キャリアの高速再結合を実現し、高い検出感度を得ることができる。よって、高感度で高性能な電磁波計測装置又はシステムを提供することができる。
［電磁波計測システムの測定結果の例］
実施例１及び実施例２に係る電磁波発生器１０及び電磁波検出器３０を、図６に示した電磁波計測システム（ＴＤＳ計測システム）に適用した場合の測定結果の一例を図１０,１１に示す。具体的には、実施例１、実施例２、及び比較例の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。 That is, the photoconductive layer is constituted by a laminated structure suitable for each of the electromagnetic wave generator and the electromagnetic wave detector. That is, an electromagnetic wave measuring device or system configured such that each of the electromagnetic wave generator and the electromagnetic wave detector has a photoconductive layer having an optimum laminated structure is obtained. That is, by using the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30, the generation efficiency of photoexcited carriers can be improved, high-speed carrier recombination can be realized, and high detection sensitivity can be obtained. Therefore, a highly sensitive and high performance electromagnetic wave measuring apparatus or system can be provided.
[Example of measurement result of electromagnetic wave measurement system]
FIGS. 10 and 11 show examples of measurement results when the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 according to the first and second embodiments are applied to the electromagnetic wave measurement system (TDS measurement system) shown in FIG. Specifically, the maximum amplitude value of the terahertz wave time waveform measured by the TDS measurement systems of Example 1, Example 2, and Comparative Example, and the dynamic range of the spectrum (terahertz wave spectrum) obtained by Fourier transforming the terahertz wave time waveform Is shown.

図１０は、電磁波発生器の光伝導層の構造と、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との関係を示している。上記したように、実施例１の電磁波発生器１０の光伝導層（第２光伝導層）１２は１層の第３半導体層１５（層厚1,500nm）からなる。   FIG. 10 shows the relationship between the structure of the photoconductive layer of the electromagnetic wave generator and the maximum amplitude value and dynamic range of the terahertz wave time waveform. As described above, the photoconductive layer (second photoconductive layer) 12 of the electromagnetic wave generator 10 of Example 1 is composed of one third semiconductor layer 15 (layer thickness 1,500 nm).

また、実施例２の電磁波発生器１０の光伝導層は、５層の第３半導体層１５（各層厚300nm、総厚1,500nm）と５層の第４半導体層１７（各層厚8nm、総厚40nm）とからなり、総厚1,540nmを有している。第３半導体層１５および第４半導体層１７が交互に５周期（以下、積層周期又は単に周期と称する。）で積層されている。   Further, the photoconductive layer of the electromagnetic wave generator 10 of Example 2 includes five third semiconductor layers 15 (each layer thickness 300 nm, total thickness 1,500 nm) and five layers fourth semiconductor layer 17 (each layer thickness 8 nm, total thickness). 40nm) and has a total thickness of 1,540nm. The third semiconductor layer 15 and the fourth semiconductor layer 17 are alternately stacked in five cycles (hereinafter referred to as a stacking cycle or simply a cycle).

また、比較例として用いた電磁波発生器１０は、６０層の第３半導体層１５（各層厚25nm、総厚1,500nm）と６０層の第４半導体層１７（各層厚8nm、総厚480nm）とからなる（すなわち、積層周期が60）光伝導層を有している。   The electromagnetic wave generator 10 used as a comparative example includes 60 third semiconductor layers 15 (each layer thickness 25 nm, total thickness 1,500 nm) and 60 fourth semiconductor layers 17 (each layer thickness 8 nm, total thickness 480 nm). (That is, the lamination period is 60).

なお、ＴＤＳ計測システムの電磁波検出器としては、１００周期のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓからなる光伝導層（総厚2,000nm）を有する市販の検出器を用いた。   As an electromagnetic wave detector of the TDS measurement system, a commercially available detector having a photoconductive layer (total thickness of 2,000 nm) made of 100 cycles of InGaAs / InAlAs was used.

表中に、第３半導体層１５の総厚をＴ３（ｎｍ）、第４半導体層１７の総厚をＴ４（ｎｍ）として示し、また併せて積層周期及びＴ４に対するＴ３の比（Ｔ３／Ｔ４）を示している。なお、用いた電磁波発生器には一定の電圧を印加して測定を実施した。   In the table, the total thickness of the third semiconductor layer 15 is shown as T3 (nm), the total thickness of the fourth semiconductor layer 17 is shown as T4 (nm), and the stacking period and the ratio of T3 to T4 (T3 / T4) are also shown. Is shown. The electromagnetic wave generator used was measured by applying a constant voltage.

図１０に示す表から、電磁波発生器１０における、第４半導体層１７の総厚に対する第３半導体層１５の総厚の比（Ｔ３／Ｔ４）が大きいほど、換言すれば、光伝導層におけるバンドギャップのより大なる第４半導体層１７の比率が小さいほど、テラヘルツ波時間波形の最大振幅値、及びテラヘルツ波スペクトルのダイナミックレンジ（Ｓ／Ｎ比）が向上することが分かる。   From the table shown in FIG. 10, in the electromagnetic wave generator 10, the larger the ratio of the total thickness of the third semiconductor layer 15 to the total thickness of the fourth semiconductor layer 17 (T3 / T4), in other words, the band in the photoconductive layer. It can be seen that the smaller the ratio of the fourth semiconductor layer 17 with the larger gap, the higher the maximum amplitude value of the terahertz wave time waveform and the dynamic range (S / N ratio) of the terahertz wave spectrum.

図１１は、電磁波検出器の光伝導層の構造と、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との関係を示している。上記したように、実施例１の電磁波検出器３０の光伝導層（第１光伝導層）３２は１層の第１半導体層３５（層厚1,500nm）と１層の第２半導体層３７（層厚800nm）とからなり、総厚2,300nmを有している。   FIG. 11 shows the relationship between the structure of the photoconductive layer of the electromagnetic wave detector, the maximum amplitude value of the terahertz wave time waveform, and the dynamic range. As described above, the photoconductive layer (first photoconductive layer) 32 of the electromagnetic wave detector 30 according to the first embodiment includes one first semiconductor layer 35 (layer thickness 1,500 nm) and one second semiconductor layer 37 ( The total thickness is 2,300 nm.

また、実施例２の電磁波検出器３０の光伝導層（総厚2,300nm）は、１００層の第１半導体層３５（各層厚15nm、総厚1,500nm）と１００層の第２半導体層３７（各層厚8nm、総厚800nm）とからなる。すなわち、第１半導体層３５および第２半導体層３７が交互に１００周期で積層されている。   In addition, the photoconductive layer (total thickness 2,300 nm) of the electromagnetic wave detector 30 of Example 2 includes 100 first semiconductor layers 35 (each layer thickness 15 nm, total thickness 1,500 nm) and 100 second semiconductor layers 37 ( Each layer has a thickness of 8 nm and a total thickness of 800 nm. That is, the first semiconductor layer 35 and the second semiconductor layer 37 are alternately stacked with 100 periods.

また、比較例の電磁波検出器としては、図１０に示した、光伝導層（第２光伝導層）１２が１層の第３半導体層１５（層厚1,500nm）からなる実施例１の電磁波発生器１０を用いた。   As an electromagnetic wave detector of the comparative example, the electromagnetic wave of Example 1 shown in FIG. 10 in which the photoconductive layer (second photoconductive layer) 12 is composed of one third semiconductor layer 15 (layer thickness 1,500 nm). Generator 10 was used.

なお、ＴＤＳ計測システムの電磁波発生器については、図１０に示した計測で用いた検出器と同等のものを発生器として用いた。なお、用いた電磁波発生器には図１０の測定時に印加した電圧とは異なる一定の電圧を印加して測定を実施した。   In addition, about the electromagnetic wave generator of a TDS measurement system, the thing equivalent to the detector used by the measurement shown in FIG. 10 was used as a generator. The electromagnetic wave generator used was measured by applying a constant voltage different from the voltage applied during the measurement of FIG.

図１１に示す表から、電磁波検出器３０における、第２半導体層３７の総厚に対する第１半導体層３５の総厚の比（Ｔ１／Ｔ２）が小さいほど、換言すれば、光伝導層におけるバンドギャップのより大なる第２半導体層３７の比率が大きいほど、テラヘルツ波時間波形の最大振幅値、及びテラヘルツ波スペクトルのダイナミックレンジ（Ｓ／Ｎ比）が向上することが分かる。   From the table shown in FIG. 11, in the electromagnetic wave detector 30, the smaller the ratio of the total thickness of the first semiconductor layer 35 to the total thickness of the second semiconductor layer 37 (T1 / T2), in other words, the band in the photoconductive layer. It can be seen that the larger the ratio of the second semiconductor layer 37 with the larger gap, the greater the maximum amplitude value of the terahertz wave time waveform and the dynamic range (S / N ratio) of the terahertz wave spectrum.

以上、説明したように、本願発明は、検出性能（計測性能）を向上させるための、電磁波発生器の光伝導層と電磁波検出器の光伝導層とではその設計（最適構造）が異なるという知見に基づいている。すなわち、互いに異なる積層構造の光伝導層を有するように構成された電磁波発生器及び電磁波検出器を用いることによって、従来に無い高い検出性能（計測性能）が得られることが分かった。   As described above, the knowledge of the present invention that the design (optimum structure) of the photoconductive layer of the electromagnetic wave generator is different from that of the photoconductive layer of the electromagnetic wave detector in order to improve the detection performance (measurement performance). Based on. That is, it has been found that by using an electromagnetic wave generator and an electromagnetic wave detector configured to have photoconductive layers having different laminated structures, unprecedented high detection performance (measurement performance) can be obtained.

より具体的には、電磁波発生器の第４半導体層（バンドギャップのより大きな層）の総厚に対する第３半導体層の総厚の比が、電磁波検出器の第２半導体層（バンドギャップのより大きな層）の総厚に対する第１半導体層の総厚の比より大きくなるように構成された電磁波発生器及び電磁波検出器を用いることにより、極めて良好な検出性能（計測性能）が得られることが分かった。
［電磁波発生検出モジュール］
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１２は、実施例１及び実施例２の改変例として、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。 More specifically, the ratio of the total thickness of the third semiconductor layer to the total thickness of the fourth semiconductor layer (layer having a larger band gap) of the electromagnetic wave generator is determined by the second semiconductor layer (of the band gap) of the electromagnetic wave detector. By using an electromagnetic wave generator and an electromagnetic wave detector configured to be larger than the ratio of the total thickness of the first semiconductor layer to the total thickness of the large layer), extremely good detection performance (measurement performance) can be obtained. I understood.
[Electromagnetic wave generation detection module]
In addition, you may comprise the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 of a present Example as components or apparatuses like an electromagnetic wave generation detection module (electromagnetic wave measuring apparatus). FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an example of an electromagnetic wave generation detection module 80 having the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30 as a modification of the first embodiment and the second embodiment.

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。   The electromagnetic wave generation detection module 80 is a measurement in which a terahertz electromagnetic wave generated from the electromagnetic wave generator 10, the electromagnetic wave detector 30, and the electromagnetic wave generator 10 of the above embodiment is arranged outside the housing 81 in a housing 81 such as a board or a housing. An optical system that guides to the sample S and guides the terahertz electromagnetic wave from the measurement sample S to the electromagnetic wave detector 30 is provided. The optical system may be configured to include any optical element such as the condenser lens L and the beam splitter BS.

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１２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。   The electromagnetic wave generation detection module 80 is connected to a cable FC having optical fibers F1 and F2 and electric wires C1 and C2. Pump light incident on the electromagnetic wave generator 10 and probe light incident on the electromagnetic wave detector 30 are guided by the optical fibers F1 and F2 and the optical system (not shown in FIG. 12), respectively. Further, the electric wires C1 and C2 are used to wire the pair of antennas 20 and 40 of the electromagnetic wave generator 10 and the electromagnetic wave detector 30, respectively.

以上、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。   As described above, according to the above configuration, a highly sensitive and high performance electromagnetic wave measuring device having a large amplitude value of a terahertz wave time waveform and a dynamic range and S / N ratio of a terahertz wave spectrum can be realized.

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。   In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change and implement it.

１０ 電磁波発生器
１１、３１ 成長基板
１２ 第２光伝導層
１３、３３ 光伝導基板
１５ 第３半導体層
１７ 第４半導体層
２０、４０ 一対のアンテナ
２３、４３ ギャップ部
３０ 電磁波検出器
３２ 第１光伝導層
３５ 第１半導体層
３７ 第２半導体層
６０ 電磁波計測システム
８０ 電磁波発生検出モジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electromagnetic wave generator 11, 31 Growth substrate 12 2nd photoconductive layer 13, 33 Photoconductive substrate 15 3rd semiconductor layer 17 4th semiconductor layer 20, 40 A pair of antenna 23, 43 Gap part 30 Electromagnetic wave detector 32 1st light Conductive layer 35 First semiconductor layer 37 Second semiconductor layer 60 Electromagnetic wave measurement system 80 Electromagnetic wave generation detection module

Claims (5)

少なくとも１の第１半導体層と前記第１半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも１の第２半導体層とが交互に積層された第１光伝導層を有し、前記第１光伝導層がパルス光の入射を受けることで、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電磁波を検出する検出器と、
半導体層からなる第２光伝導層を有し、前記第２光伝導層にパルス光が入射することで前記電磁波を発生する発生器と、
を有する電磁波計測装置。 A first photoconductive layer in which at least one first semiconductor layer and at least one second semiconductor layer having a larger band gap than the first semiconductor layer are alternately stacked; A detector that detects an electromagnetic wave that is irradiated on the object and transmitted through the object or reflected by the object by receiving incident pulsed light;
A generator that has a second photoconductive layer made of a semiconductor layer, and generates the electromagnetic wave when pulsed light enters the second photoconductive layer;
Electromagnetic wave measuring apparatus having 前記第２光伝導層は、少なくとも１の第３半導体層と、前記第３半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも１の第４半導体層と、が交互に積層された請求項１に記載の電磁波計測装置。   2. The second photoconductive layer according to claim 1, wherein at least one third semiconductor layer and at least one fourth semiconductor layer having a band gap larger than that of the third semiconductor layer are alternately stacked. Electromagnetic wave measuring device. 前記少なくとも１の第４半導体層の総厚に対する前記少なくとも１の第３半導体層の総厚の比が、前記少なくとも１の第２半導体層の総厚に対する前記少なくとも１の第１半導体層の総厚の比より大なる請求項２に記載の電磁波計測装置。   The ratio of the total thickness of the at least one third semiconductor layer to the total thickness of the at least one fourth semiconductor layer is such that the total thickness of the at least one first semiconductor layer relative to the total thickness of the at least one second semiconductor layer. The electromagnetic wave measuring device according to claim 2, wherein the electromagnetic wave measuring device is larger than the ratio of the electromagnetic wave. 前記少なくとも１の第２半導体層の総厚は、前記少なくとも１の第４半導体層の総厚よりも大なる請求項２又は３に記載の電磁波計測装置。   The electromagnetic wave measuring device according to claim 2 or 3, wherein a total thickness of the at least one second semiconductor layer is larger than a total thickness of the at least one fourth semiconductor layer. 前記少なくとも１の第２半導体層の層数は、前記少なくとも１の第４半導体層の層数よりも大なる請求項２乃至４のいずれかに記載の電磁波計測装置。   5. The electromagnetic wave measurement device according to claim 2, wherein the number of layers of the at least one second semiconductor layer is larger than the number of layers of the at least one fourth semiconductor layer.
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