JP2018063167A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波検出に対する温度変化の影響を抑制する。【解決手段】検出装置（１）は、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流（Ｉｔｓ）を発生する第１検出部（Ｄ２）と、第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に基準電圧が印加されることにより第２電流（Ｉｆ）を発生する第２検出部（Ｄ１）と、第１電流及び第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部（１００）と、を備える。第２検出部に係るインダクタンスは、第１検出部に係るインダクタンスより大きい。【選択図】図４

Description

本発明は、検出装置の技術分野に関し、特に電磁波を検出する検出装置の技術分野に関する。

この種の装置で用いられる検出素子の一例として、特許文献１には、ショットキーバリアダイオードを備える検出素子が開示されている。特許文献１には、該検出素子の動作例として、検出素子にバイアス電圧が印加された状態で、赤外光（波長１０．６μｍ）が照射されると、直流出力が得られることが開示されている。

この種の装置として、例えば、電磁波発生素子と、第一の偏波として発信された電磁波を第一の偏波として受信する第一のアンテナとを有する発信部と、第一の偏波として発信された電磁波を第二の偏波に変換する偏波変換部と、第二の偏波を受信する第二のアンテナとを有する受信部と、を備え、発信部と受信部とが同一基板上に配置されている装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−１６２４２４号公報 特開２０１６−１０２７７０号公報

検出素子は、動作温度によって最適なバイアス電圧が変化する。しかしながら、特許文献１には、バイアス電圧をどのように設定するかは開示されていない。また、特許文献２に記載の第一のアンテナ及び第二のアンテナを構成する素子に係るＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）には温度依存性があるため、第一のアンテナ及び第二のアンテナ間でＩ−Ｖ特性が異なると電磁波を正確に検出することができなくなる可能性がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、電磁波検出に対する温度変化の影響を抑制することができる検出装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の検出装置は、上記課題を解決するために、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、前記第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に前記基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、前記第１電流及び第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部と、を備え、前記第２検出部に係るインダクタンスは、前記第１検出部に係るインダクタンスより大きい。

本発明の第２の検出装置は、上記課題を解決するために、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、前記第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に前記基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、前記第１電流及び第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部と、を備え、前記第２検出部は、前記電磁波の波長に基づく所定長さより短いアンテナ長を有するアンテナ素子を含んでなる。

本発明の第３の検出装置は、上記課題を解決するために、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、前記第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に前記基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、前記第１電流及び第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部と、を備え、前記第２検出部に係る電気容量は、前記第１検出部に係る電気容量より大きく、且つ、前記第２検出部に係る内部抵抗は、前記第１検出部に係る内部抵抗より大きい。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

第１実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。 第１実施例に係る差電圧検出部の一例を示す図である。 ショットキーバリアダイオードの構造の一例を示す断面図である。 第１実施例に係るショットキーバリアダイオードを示す図である。 アンテナ長とインダクタンスとの関係の一例を示す特性図である。 第１実施例の変形例に係るショットキーバリアダイオードを示す平面図である。 第２実施例に係るショットキーバリアダイオードを示す図である。 第３実施例に係るショットキーバリアダイオード子を示す図である。 アノードの半径とダイオード容量との関係の一例を示す特性図である。 電極間距離とダイオードの内部抵抗との関係の一例を示す特性図である。 ドーピング濃度と高濃度ドープ層の内部抵抗との関係の一例を示す特性図である。

本発明の検出装置に係る実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る検出装置は、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、該第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、第１電流及び第２電流に基づき電磁波の強度を出力する出力部と、を備える。当該検出装置では、第２検出部に係るインダクタンスが、第１検出部に係るインダクタンスより大きくなるように、第２検出部が構成されている。

ここで、「電気的特性が等価」とは、第１検出部の電気的特性と第２検出部の電気的特性とが完全に等しい場合に限らず、第１検出部の電気的特性と第２検出部の電気的特性とが、実践上等しいとみなせる程度に、第１検出部の電気的特性と第２検出部の電気的特性とが異なっている場合も含む概念である。

この種の装置では、検出部に電磁波が入射すると、検出部に入射した電磁波の強度に応じた電流が発生する。このため、単純には、発生した電流の電流値から電磁波の強度を求めることができる。検出感度の向上を図るために検出部にバイアス電圧が印加される場合、バイアス電圧が一定であったとしても、検出部の動作温度が変化したときにバイアス電圧に起因して検出部に発生する電流が変化する。このため、検出部にバイアス電圧が印加されている場合、検出部の動作温度によっては正しい検出結果が得られないおそれがある。

当該検出装置は、電気的特性が等価である第１検出部及び第２検出部を備える。第１検出部及び第２検出部各々には、動作時に、バイアス電圧に相当する基準電圧が印加される。電磁波が入射したときに第１検出部に発生する電流と、該第１検出部と電気的特性が等価な第２検出部に発生する電流（即ち、基準電圧に起因して第１検出部に発生する電流に相当）とを比較すれば、電磁波のみに起因して第１検出部に発生する電流が求まる。

第１検出部及び第２検出部の電気的特性が等価であるので、当該検出装置の動作温度が変化し、基準電圧に起因して第１検出部及び第２検出部各々に発生する電流が変化しても、第１電流と第２電流とを比較すれば、電磁波に起因して第１検出部に発生する電流を正確に求めることができる。

ただし、第１検出部に入射する電磁波と同じ電磁波が第２検出部に入射しても、第２検出部に電磁波に起因する電流が発生しないように第２検出部を構成する必要がある。本実施形態では、第２検出部に係るインダクタンスを、第１検出部に係るインダクタンスより大きくすることによって、第２検出部に係る共振周波数を、第１検出部に係る共振周波数と異ならしめることによって、第２検出部に電磁波に起因する電流が発生しないようにしている。尚、第１検出部と第２検出部とでインダクタンスが異なっていても、例えばＩ−Ｖ特性である電気的特性は変化しない。

以上の結果、本実施形態に係る検出装置によれば、電磁波検出に対する温度変化の影響を抑制することができる。

本実施形態に係る検出装置の一態様では、第１検出部及び第２検出部各々は、カソードがアンテナの一部を構成する第１アンテナ要素に電気的に接続されると共に、アノードが該アンテナの他の部分を構成する第２アンテナ要素に電気的に接続されているショットキーバリアダイオードを有する。この態様によれば、電磁波を比較的高感度に検出することができる。

この態様では、第２検出部のアンテナに係るアンテナ長は、第１検出部のアンテナに係るアンテナ長よりも長くてよい。このように構成すれば、比較的容易にして、第２検出部に係るインダクタンスを、第１検出部に係るインダクタンスより大きくすることができる。

この態様では、第１検出部のアンテナ及び第２検出部のアンテナは、ループアンテナであってよい。このように構成すれば、電磁波の偏波面に依らずに電磁波を適切に検出することができる、更には、偏波面が変動する電磁波も適切に検出することができる。

この態様では、第１検出部の第１アンテナ要素と、第２検出部の第１アンテナ要素とは、同一部材により形成されていてよい。

本実施形態に係る検出装置の他の態様では、第１検出部及び第２検出部は、同一基板上に配置されている。この態様によれば、第１検出部及び第２検出部各々の熱的環境を同じにすることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る検出装置は、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、該第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、第１電流及び第２電流に基づき電磁波の強度を出力する出力部と、を備える。当該検出装置では、第２検出部は、電磁波の波長に基づく所定長さより短いアンテナ長を有するアンテナ素子を含んでなる。

本実施形態では、第２検出部に含まれるアンテナ素子のアンテナ長を、測定対象の電磁波の波長に基づく所定長さよりも短くすることにより、測定対象の電磁波に対する第２検出部の感度をなくしている。従って、当該検出装置によれば、電磁波検出に対する温度変化の影響を抑制することができる。ここで、「所定長さ」は、測定対象の電磁波に対する検出感度がなくなる長さを意味する。「所定長さ」は、例えば、測定対象の電磁波の波長の１０分の１の長さ等である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る検出装置は、動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、該第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、第１電流及び第２電流に基づき電磁波の強度を出力する出力部と、を備える。当該検出装置では、第２検出部に係る電気容量は、第１検出部に係る電気容量より大きく、且つ、第２検出部に係る内部抵抗は、第１検出部に係る内部抵抗より大きい。

本実施形態では、主に、第２検出部に係る電気容量を第１検出部に係る電気容量より大きくすることによって、第２検出部に係る共振周波数を第１検出部に係る共振周波数と異ならしめている。他方で、電気容量を変化させると、例えばＩ−Ｖ特性である電気的特性も変化してしまう。そこで本実施形態では、第２検出部に係る内部抵抗を第１検出部に係る内部抵抗より大きくすることによって、第２検出部に係る電気的特性を第１検出部に係る電気的特性と等価にしている。

本実施形態では、第２検出部に係る電気的特性を第１検出部に係る電気的特性と等価にしつつ、第２検出部に電磁波に起因する電流が発生しないようにすることができる。従って、当該検出装置によれば、電磁波検出に対する温度変化の影響を抑制することができる。

本実施形態に係る検出装置の一態様では、第１検出部及び第２検出部各々は、半導体材料に不純物が添加された第１不純物層と、第１不純物層の上に積層され、半導体材料に添加される不純物が第１不純物層より少ない第２不純物層と、第２不純物層の上に積層され、第２不純物層とショットキー接触する第１金属層と、第１不純物層とオーミック接触する第２金属層と、を有する素子を含む。

ここで特に、（ｉ）第１検出部に含まれる上記素子である第１素子の第１金属層と第２不純物層との接触面積よりも、第２検出部に含まれる上記素子である第２素子の第１金属層と第２不純物層との接触面積は大きく、且つ、（ｉｉ）第１素子の第１金属層と第２金属層との間の距離よりも、第２素子の第１金属層と第２金属層との間の距離は長い、及び／又は、第１素子の第１不純物層に添加された不純物よりも、第２素子の第１不純物層に添加された不純物は少ない、及び／又は、第１素子の第１不純物層と第２金属層との接触面積よりも、第２素子の第１不純物層と第２金属層との接触面積は小さい。

この態様によれば、比較的容易にして、第２検出部に係る電気的特性を第１検出部に係る電気的特性と等価にしつつ、第２検出部に電磁波に起因する電流が発生しないようにすることができる。

本発明の検出装置に係る実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例では、本発明に係る「検出装置」の一例として、本発明に係る「電磁波」の一具体例であるテラヘルツ波を検出する、「テラヘルツ波強度検出装置」を挙げる。尚、以下で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

＜第１実施例＞
テラヘルツ波強度検出装置に係る第１実施例について、図１乃至図５を参照して説明する。

（テラヘルツ波強度検出装置の構成）
第１実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置の検出回路の要部の一例を示す図である。図２は、第１実施例に係る差電圧検出部の一例を示す図である。

テラヘルツ波強度検出装置１は、図１に示す検出回路を有している。図１において、“Ｄ１”及び“Ｄ２”は、互いにＩ−Ｖ特性が等価なショットキーバリアダイオードであり、“ＯＡ”は、オペアンプである。

テラヘルツ波強度検出装置１では、その動作時に、ショットキーバリアダイオードＤ１（以降、適宜“ダイオードＤ１”と称する）に電流値Ｉｆが発生するようにバイアス電圧が印加される。ここで、ダイオードＤ１に印加されるバイアス電圧を“Ｖｆ”とし、抵抗値を“Ｒ１”とすると、電位Ｖ１は、“Ｖ１＝Ｉｆ×Ｒ１＋Ｖｆ”と表せる。

尚、本実施例に係る「バイアス電圧Ｖｆ」は、ダイオードＤ１の両端に印加する順方向電圧であって、ダイオードＤ１をオンさせる電圧、つまり、ダイオードＤ１の順方向電流が、急激に増加しはじめる電圧である。より詳しくは、「バイアス電圧Ｖｆ」は、ダイオードＤ１にテラヘルツ波が入射していない場合において、ダイオードＤ１に順方向の小電流である電流Ｉｆを流すために、ダイオードＤ１の両端に印加すべき順方向電圧を意味する。

図１に示すように、オペアンプＯＡのマイナスの入力端子と、オペアンプＯＡの出力端子とは電気的に接続されている（即ち、仮想接地されている）。このため、オペアンプＯＡのマイナスの入力端子の電位と、オペアンプＯＡのプラスの入力端子の電位とが同電位となる。

ダイオードＤ１にバイアス電圧Ｖｆが印加されている場合、オペアンプＯＡのプラスの入力端子の電位は“Ｖｆ”であるので、オペアンプＯＡのマイナスの入力端子の電位も“Ｖｆ”となる。この結果、ダイオードＤ１にバイアス電圧Ｖｆが印加されている場合、ショットキーバリアダイオードＤ２（以降、適宜“ダイオードＤ２”と称する）にも、電圧Ｖｆがバイアス電圧として印加されることとなる。

ダイオードＤ２にテラヘルツ波が入射したときにダイオードＤ２に発生する電流値を“Ｉｔｓ”とし、抵抗値を“Ｒ２”とすると、オペアンプＯＡの出力端子の電位Ｖ２は、“Ｖ２＝Ｉｔｓ×Ｒ２＋Ｖｆ”と表せる。

差電圧検出部１００のプラスの入力端子の電位は“Ｖ２”であり、差電圧検出部１００のマイナスの入力端子の電位は“Ｖ１”である。従って、差電圧検出部１００からは、“Ｖ２−Ｖ１＝（Ｉｔｓ×Ｒ２＋Ｖｆ）−（Ｉｆ×Ｒ１＋Ｖｆ）＝Ｉｔｓ×Ｒ２−Ｉｆ×Ｒ１”を示す信号が出力される。ここで、「抵抗値Ｒ１＝抵抗値Ｒ２」となるように、当該テラヘルツ波強度検出装置１を構成すれば、抵抗値Ｒ１は既知であるので、ダイオードＤ２にテラヘルツ波が入射したことにより増加した電流値Ｉｓｉｇ（＝Ｉｔｓ−Ｉｆ）を求めることができる。電流値Ｉｓｉｇは、テラヘルツ波の強度に応じた値であるので、差電圧検出部１００の出力からダイオードＤ２に入射したテラヘルツ波の強度を検出することができる。尚、差電圧検出部１００の具体的な構成としては、例えば図２に示す構成が挙げられる。

（ショットキーバリアダイオードの構造）
次に、ショットキーバリアダイオードＤ１及びＤ２に適用可能なショットキーバリアダイオードの構造について、図３を参照して説明する。図３は、ショットキーバリアダイオードの構造の一例を示す断面図である。

図３において、ショットキーバリアダイオード９０は、半導体基板９１の上に積層された高濃度ドープｎ型半導体層９２ａ及び９２ｂと、高濃度ドープｎ型半導体層９２ａの上に積層されたｎ型半導体層９５と、ｎ型半導体層９５の上に積層されたショットキー電極９６と、一端がショットキー電極９６の上に積層され、他端が高濃度ドープｎ型半導体層９２ｂの上に積層されたオーミック電極９４と、高濃度ドープｎ型半導体層９２ａの上に積層されたオーミック電極９３と、を備えて構成されている。

半導体基板９１は、例えばＩｎＰ（インジウム・リン）等からなる。高濃度ドープｎ型半導体層９２ａ及び９２ｂは、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）等の半導体材料に、例えばＳｉ（ケイ素）等の不純物が、例えば２×１０^１８（ｃｍ^−３）以上添加されることにより形成されている。ｎ型半導体層９５は、例えばＩｎＧａＡｓ等の半導体材料に、例えばＳｉ等の不純物が、例えば１×１０^１６〜１×１０^１８（ｃｍ^−３）添加されることにより形成されている。

ショットキー電極９６は、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）等からなる。ショットキー電極９６はｎ型半導体層９５とショットキー接触しており、ショットキー電極９６とｎ型半導体層９５との接触界面には空乏層９５ａが形成される。オーミック電極９３及び９４は、例えばＡｕＧｅＮｉ（金・ゲルマニウム・ニッケル）合金等からなる。オーミック電極９３は、高濃度ドープｎ型半導体層９２ａとオーミック接触している。同様に、オーミック電極９４は、高濃度ドープｎ型半導体層９２ｂとオーミック接触している。

オーミック電極９３及び９４は、更に、ダイポールアンテナを構成している。つまり、ショットキーバリアダイオード９０は、ショットキーバリアダイオードのカソードにダイポールアンテナの一方のアンテナ要素であるオーミック電極９３が接続され、ショットキーバリアダイオードのアノードにダイポールアンテナの他方のアンテナ要素であるオーミック電極９４が接続された構成を有すると言える。

このように構成されたショットキーバリアダイオード９０の空乏層９５ａは、コンデンサ（そのキャパシタンスを“Ｃ”とする）として機能する。また、空乏層９５ａを除くｎ型半導体層９５、高濃度ドープｎ型半導体層９２ａ、及び高濃度ドープｎ型半導体層９２ａとオーミック電極９３との接触面は、内部抵抗Ｒとして機能する。オーミック電極９３及び９４により構成されるダイポールアンテナのアンテナ長に適合した周波数を有するテラヘルツ波が、ショットキーバリアダイオード９０に入射し、入射したテラヘルツ波の強度がある閾値を超えるとショットキーバリアダイオード９０が動作し信号電流が流れる。

オーミック電極９３及び９４により構成されるダイポールアンテナを、インダクタンスＬとみなすと、ショットキーバリアダイオード９０は、ＲＬＣ直列共振回路を形成しているとみなせる。このため、ショットキーバリアダイオード９０に係る共振周波数ｆは、“ｆ＝１／２π√（ＬＣ）”と表され、カットオフ周波数ｆｃは、“ｆｃ＝１／２πＲＣ”と表される。

（ショットキーバリアダイオードＤ１及びＤ２の構成）
テラヘルツ波強度検出装置１では、ダイオードＤ１にテラヘルツ波に起因する電流が発生してしまうと、ダイオードＤ２に入射したテラヘルツ波の強度を正しく検出することができない。このため、ダイオードＤ１は、テラヘルツ波に起因する電流が発生しないように、言い換えれば、テラヘルツ波を検波しないように、構成する必要がある。

本実施例では、ダイオードＤ１に係るインダクタンスＬを変更することにより、ダイオードＤ１に係る共振周波数ｆをテラヘルツ波に係る周波数帯からずらし、その結果、ダイオードＤ１がテラヘルツ波を検波しないようにしている。

ここで、ダイオードＤ１及びＤ２の構成について、図４を参照して説明を加える。図４は、第１実施例に係るショットキーバリアダイオードを示す図である。

図４（ｂ）において、ダイオードＤ１は、半導体基板１１の上に積層された高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｂと、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａの上に積層されたｎ型半導体層１５と、ｎ型半導体層１５の上に積層されたショットキー電極１６と、一端がショットキー電極１６の上に積層され、他端が高濃度ドープｎ型半導体層１２ｂの上に積層されたオーミック電極１４と、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａの上に積層されたオーミック電極１３と、を備えて構成されている。

同様に、図４（ｃ）において、ダイオードＤ２は、半導体基板１１の上に積層された高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｃと、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａの上に積層されたｎ型半導体層２５と、ｎ型半導体層２５の上に積層されたショットキー電極２６と、一端がショットキー電極２６の上に積層され、他端が高濃度ドープｎ型半導体層１２ｃの上に積層されたオーミック電極２４と、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａの上に積層されたオーミック電極１３と、を備えて構成されている。

尚、図４における「半導体基板１１」、「高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ」、「ｎ型半導体層１５及び２５」、「ショットキー電極１６及び２６」、「オーミック電極１３」並びに「オーミック電極１４及び２４」は、夫々、図３における「半導体基板９１」、「高濃度ドープｎ型半導体層９２ａ及び９２ｂ」、「ｎ型半導体層９５」、「ショットキー電極９６」、「オーミック電極９３」並びに「オーミック電極９４」に相当する。

図４に示すように、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌは、ダイオードＤ２に係るアンテナ長ｌよりも長い。ここで、図５に示すように、インダクタンスＬは、アンテナ長ｌが長くなるほど大きくなる。つまり、アンテナ長ｌが長くなるほどインダクタンスＬが大きくなり、結果として、共振周波数ｆが小さくなる。

本実施例では、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌは、ダイオードＤ１がテラヘルツ波を検波できないような長さに設定されている。他方で、ダイオードＤ２に係るアンテナ長ｌは、ダイオードＤ２がテラヘルツ波を検波できるような長さに設定されている。尚、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌは、ダイオードＤ１に係る共振周波数とダイオードＤ２に係る共振周波数との比が、例えば２分の１以下となるように設定されることが望ましい。

（技術的効果）
本実施例では、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌがダイオードＤ２に係るアンテナ長ｌよりも長く、結果として、ダイオードＤ１に係るインダクタンスＬはダイオードＤ２に係るインダクタンスＬよりも大きい。このため、ダイオードＤ１がテラヘルツ波を検波できないように構成できる一方で、ダイオードＤ２がテラヘルツ波を検波できるように構成できる。

ダイオードＤ１のインダクタンスＬとダイオードＤ２のインダクタンスＬとが異なっていても、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のＩ−Ｖ特性を等価にすることは可能であるので、バイアス電圧Ｖｆに起因してダイオードＤ１及びＤ２各々に発生する電流値は等しくなる。

加えて、図４に示すように、ダイオードＤ１及びＤ２は、同一の半導体基板１１上に形成（配置）されている。従って、ダイオードＤ１及びＤ２は、同一の熱的環境におかれていると言える。このため、テラヘルツ波強度検出装置１の動作時に、ダイオードＤ１の温度が変化する場合にはダイオードＤ２の温度も同様に変化する。つまり、動作温度が変化したとしても、ダイオードＤ１及びＤ２にバイアス電圧Ｖｆに起因して発生する電流値は等しいままである。

以上の結果、本実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１によれば、テラヘルツ波検出に対する温度変化の影響を抑制しつつ、テラヘルツ波を適切に検出することができる。

尚、本実施例に係る「ダイオードＤ２」、「ダイオードＤ１」、「差電圧検出部１００」及び「バイアス電圧Ｖｆ」は、夫々、本発明に係る「第１検出部」、「第２検出部」、「出力部」及び「基準電圧」の一例である。本実施例に係る「オーミック電極１３」並びに「オーミック電極１４及び２４」は、夫々、本発明に係る「第１アンテナ要素」及び「第２アンテナ要素」の一例である。

＜変形例＞
第１実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１の変形例について、図６を参照して説明する。図６は、第１実施例の変形例に係るショットキーバリアダイオードを示す平面図である。

第１実施例では、ダイオードＤ１のオーミック電極１３及び１４、並びに、ダイオードＤ２のオーミック電極１３及び２４は、ダイポールアンテナとして構成されている。しかしながら、ダイオードＤ１のオーミック電極１３及び１４、並びに、ダイオードＤ２のオーミック電極１３及び２４は、図６に示すように、ループアンテナとして構成されていてよい。

このように構成すれば、テラヘルツ波の偏波面に依らずに、ダイオードＤ２によりテラヘルツ波を適切に検出することができる。更には、ダイオードＤ２により偏波面が変動するテラヘルツ波も適切に検出することができる。加えて、図６に示すように、ループアンテナを同心円状に形成すれば、比較的容易にして、ダイオードＤ１のアンテナ長ｌをダイオードＤ２のアンテナ長ｌよりも長くすることができる。

＜第２実施例＞
テラヘルツ波強度検出装置に係る第２実施例について、図７を参照して説明する。第２実施例では、ショットキーバリアダイオードの構成が一部異なっている以外は、上述した第１実施例と同様である。よって、第２実施例について、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図７を参照して説明する。図７は、第２実施例に係るショットキーバリアダイオードを示す図である。

本実施例では、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌ（図７（ｂ）参照）を、テラヘルツ波の波長より著しく短くすることにより、ダイオードＤ１が電界アンテナとして機能しないようにし、その結果、ダイオードＤ１がテラヘルツ波を検波しないようにしている。

具体的には、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌは、テラヘルツ波の波長を“λ”とし、オーミック電極１３´又は１４´の屈折率を“ｎ”として、“ｌ＜λ／１０ｎ”の関係を満たすように設定されている。尚、ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌは、単純には、テラヘルツ波の波長の１０分の１以下とすればよい。

ダイオードＤ１に係るアンテナ長ｌを変更することは、上述の如く、ダイオードＤ１に係るインダクタンスＬを変更することと同義である。つまり、図７に示すように、ダイオードＤ１及びＤ２を構成しても、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のＩ−Ｖ特性は等価である。

従って、本実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１によれば、テラヘルツ波検出に対する温度変化の影響を抑制しつつ、テラヘルツ波を適切に検出することができる。

＜第３実施例＞
テラヘルツ波強度検出装置に係る第３実施例について、図８及び図１１を参照して説明する。第３実施例では、ショットキーバリアダイオードの構成が一部異なっている以外は、上述した第１実施例と同様である。よって、第３実施例について、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図８乃至１１を参照して説明する。

図８は、第３実施例に係るショットキーバリアダイオードを示す図である。図９は、アノードの半径とダイオード容量との関係の一例を示す特性図である。図１０は、電極間距離とダイオードの内部抵抗との関係の一例を示す特性図である。図１１は、ドーピング濃度と高濃度ドープ層の内部抵抗との関係の一例を示す特性図である。尚、図１１は、両対数座標で表されている。

本実施例では、ダイオードＤ１のショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積を変更することにより、ダイオードＤ１に係る共振周波数ｆをテラヘルツ波に係る周波数帯からずらし、その結果、ダイオードＤ１がテラヘルツ波を検波しないようにしている。

図９に示すように、ショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積（図９の“アノードの半径”に相当）が増加すると、コンデンサとして機能する空乏層１５ａのキャパシタンスＣが増加し、結果として、ダイオードＤ１のキャパシタンス（図９の“ダイオード容量”に相当）も増加する。ショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積が増加して、ダイオードＤ１のキャパシタンスが増加すると、ダイオードＤ１に係る共振周波数ｆは低下する。

他方で、ショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積が増加すると、空乏層１５ａを除くｎ型半導体層１５´の内部抵抗が減少する。この結果、ダイオードＤ１の内部抵抗が減少し、ダイオードＤ１に係るＩ−Ｖ特性が変化してしまう。つまり、ダイオードＤ１のショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積を、ダイオードＤ２のショットキー電極２６とｎ型半導体層２５との接触面積と異ならせると、ダイオードＤ１のＩ−Ｖ特性とダイオードＤ２のＩ−Ｖ特性とが等価ではなくなってしまう。

そこで本実施例では、（ｉ）オーミック電極１３´´とオーミック電極１４´´との間の距離ｄ（図８参照）の変更、（ｉｉ）高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｂに係るドーピング濃度の変更、及び（ｉｉｉ）オーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面積の変更、の少なくとも一つにより、ショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積の変化に起因するダイオードＤ１の内部抵抗の変化を相殺している。

ここで、図１０に示すように、オーミック電極１３´´とオーミック電極１４´´との間の距離ｄ（図１０の“電極間距離”に相当）が増加すると、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａの内部抵抗が増加し、結果として、ダイオードＤ１の内部抵抗が増加する。また、図１１に示すように、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｂに係るドーピング濃度が減少すると、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｂに係るシート抵抗が増加し、結果として、ダイオードＤ１の内部抵抗が増加する。

オーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面積が減少すると、オーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面の内部抵抗が増加し、結果として、ダイオードＤ１の内部抵抗が増加する。加えて、オーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面積の減少に伴い、ダイオードＤ１のキャパシタンスが減少する。

本実施例では、（ｉ）ダイオードＤ１のショットキー電極１６´とｎ型半導体層１５´との接触面積が、ダイオードＤ２のショットキー電極２６とｎ型半導体層２５との接触面積よりも大きくされると共に、（ｉｉ）ダイオードＤ１のオーミック電極１３´´とオーミック電極１４´´との間の距離ｄが、ダイオードＤ２のオーミック電極１３´´とオーミック電極２４との間の距離よりも長くされる、及び／又は、ダイオードＤ１の高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｂのドーピング濃度が、ダイオードＤ２の高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ及び１２ｃのドーピング濃度よりも低くされる、及び／又は、ダイオードＤ１のオーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面積が、ダイオードＤ２のオーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面積よりも小さくされる。

このように構成すれば、ダイオードＤ１のＩ−Ｖ特性とダイオードＤ２のＩ−Ｖ特性とを等価にしつつ、ダイオードＤ１に係る共振周波数ｆをダイオードＤ２に係る共振周波数ｆよりも低くすることができる。つまり、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２のＩ−Ｖ特性を等価にしつつ、ダイオードＤ１がテラヘルツ波を検波しないようにすることができる。従って、本実施例に係るテラヘルツ波強度検出装置１によれば、テラヘルツ波検出に対する温度変化の影響を抑制しつつ、テラヘルツ波を適切に検出することができる。

尚、オーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの接触面積を減少させる場合、例えば、オーミック電極１３´´と接触する高濃度ドープｎ型半導体層１２ａの一部を絶縁体で構成する、オーミック電極１３´´と高濃度ドープｎ型半導体層１２ａとの間にビアホールを形成する、又は、高濃度ドープｎ型半導体層１２ａに係るドーピング濃度を減少すればよい。

本実施例に係る「高濃度ドープｎ型半導体層１２ａ」、「ｎ型半導体層１５´及び２５」、「ショットキー電極１６´及び２６」並びに「オーミック電極１３´´」は、夫々、本発明に係る「第１不純物層」、「第２不純物層」、「第１金属層」及び「第２金属層」の一例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う検出装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…テラヘルツ波強度検出装置、１１、９１…半導体層、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、９２ａ、９２ｂ…高濃度ドープｎ型半導体層、１３、１３´、１３´´、１４、１４´、１４´´、２４、９３、９４…オーミック電極、１５、１５´、２５、９５…ｎ型半導体層、１６、１６´、２６、９６…ショットキー電極、Ｄ１、Ｄ２…ショットキーバリアダイオード

Claims (9)

1. 動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、
   前記第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に前記基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、
   前記第１電流及び前記第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部と、
   を備え、
   前記第２検出部に係るインダクタンスは、前記第１検出部に係るインダクタンスより大きい
   ことを特徴とする検出装置。
2. 前記第１検出部及び前記第２検出部各々は、カソードがアンテナの一部を構成する第１アンテナ要素に電気的に接続されると共に、アノードが前記アンテナの他の部分を構成する第２アンテナ要素に電気的に接続されているショットキーバリアダイオードを有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第２検出部の前記アンテナに係るアンテナ長は、前記第１検出部の前記アンテナに係るアンテナ長よりも長いことを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記第１検出部の前記アンテナ及び前記第２検出部の前記アンテナは、ループアンテナであることを特徴とする請求項２又は３に記載の検出装置。
5. 前記第１検出部の前記第１アンテナ要素と、前記第２検出部の前記第１アンテナ要素とは、同一部材により形成されていることを特徴とする請求項２又は４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 前記第１検出部及び前記第２検出部は、同一基板上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. 動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、
   前記第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に前記基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、
   前記第１電流及び前記第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部と、
   を備え、
   前記第２検出部は、前記電磁波の波長に基づく所定長さより短いアンテナ長を有するアンテナ素子を含んでなる
   ことを特徴とする検出装置。
8. 動作時に基準電圧が印加され、入射する電磁波の強度に応じた第１電流を発生する第１検出部と、
   前記第１検出部と電気的特性が等価であり、動作時に前記基準電圧が印加されることにより第２電流を発生する第２検出部と、
   前記第１電流及び前記第２電流に基づき前記電磁波の強度を出力する出力部と、
   を備え、
   前記第２検出部に係る電気容量は、前記第１検出部に係る電気容量より大きく、且つ、前記第２検出部に係る内部抵抗は、前記第１検出部に係る内部抵抗より大きい
   ことを特徴とする検出装置。
9. 前記第１検出部及び前記第２検出部各々は、半導体材料に不純物が添加された第１不純物層と、前記第１不純物層の上に積層され、前記半導体材料に添加される前記不純物が前記第１不純物層より少ない第２不純物層と、前記第２不純物層の上に積層され、前記第２不純物層とショットキー接触する第１金属層と、前記第１不純物層とオーミック接触する第２金属層と、を有する素子を含み、
   （ｉ）前記第１検出部に含まれる前記素子である第１素子の前記第１金属層と前記第２不純物層との接触面積よりも、前記第２検出部に含まれる前記素子である第２素子の前記第１金属層と前記第２不純物層との接触面積は大きく、且つ、（ｉｉ）前記第１素子の前記第１金属層と前記第２金属層との間の距離よりも、前記第２素子の前記第１金属層と前記第２金属層との間の距離は長い、及び／又は、前記第１素子の前記第１不純物層に添加された前記不純物よりも、前記第２素子の前記第１不純物層に添加された前記不純物は少ない、及び／又は、前記第１素子の前記第１不純物層と前記第２金属層との接触面積よりも、前記第２素子の前記第１不純物層と前記第２金属層との接触面積は小さい
   ことを特徴とする請求項８に記載の検出装置。