JP5090449B2 - テラヘルツ帯デバイス用素子及びテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等に用いられるテラヘルツ帯デバイス用素子及びその製造方法に関し、特に、電気光学結晶であるＺｎＴｅ単結晶を利用したテラヘルツ帯デバイス用素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サブミリ波から遠赤外域を含む周波数領域（０．１〜１０ＴＨｚ）はテラヘルツ電磁波領域と総称され、光波と電波の境界に位置する。近年では、酸化物単結晶や化合物半導体単結晶からなる電気光学結晶（Electro-Optic Crystal）や半導体の光伝導スイッチ素子をフェムト秒レーザで励起することによりテラヘルツ波を発生する技術や、電気光学結晶の複屈折の特性を利用してテラヘルツ波を検出する技術が開発される等、テラヘルツ波に関する技術は著しく進歩している。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、広帯域のテラヘルツ超短パルスのサンプリング技術である電気光学サンプリング（ＥＯＳ）について記載されている。また、ＺｎＴｅ単結晶をテラヘルツ検出器として用いる場合、入射するレーザ（光パルス）とテラヘルツ波（テラヘルツパルス）間での完全な位相整合は不可能であるため、薄い結晶の方が分散が小さくなって、検出される帯域幅が広くなることが記載されている。つまり、入射するレーザとテラヘルツ波の位相整合はＺｎＴｅ単結晶基板の厚さに依存するので、基板厚さを薄くして整合性をよくすれば、テラヘルツ波の検出帯域を広くすることができる。
【０００４】
また、非特許文献２には、非線形光学効果を用いたテラヘルツ波発生に関する技術が記載されている。例えば、ＧａＳｅを用いた場合の差周波発生に関する技術として、ＧａＳｅは負の一軸性結晶のため、入射した励起光の垂直方向成分は常光、水平方向成分は異常光となり、常光と異常光は屈折率が異なるために同じパルス内の異なる周波数成分間の差周波が発生することが記載されている。
一方、ＺｎＴｅは等軸結晶のため、通常、常光と異常光に屈折率差はないが、結晶中に「ひずみ」があると常光と異常光に屈折率差が生じるので、上述したＧａＳｅと同様にテラヘルツ波が差周波として発生することとなる。例えば、ヘムト秒レーザをＺｎＴｅ単結晶基板に照射することによりテラヘルツ波を発生させることができる。
【０００５】
このように、ＺｎＴｅ単結晶はテラヘルツ波検出器及びテラヘルツ波発生器等のテラヘルツ帯デバイス用の素子として利用されている。特に、広帯域のテラヘルツ波の発生及び検出には、厚さ５０μｍ以下の極薄ＺｎＴｅ基板が使用されている。
また、この厚さ５０μｍ以下の極薄ＺｎＴｅ基板は取り扱いが困難であることから、従来は、例えば石英ガラス基板上にＺｎＴｅ基板を設けるようにして機械的強度を補強している。
【０００６】
図７Ａ、図７Ｂは、ＺｎＴｅ基板を用いた従来のテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。図７Ａ、図７Ｂに示すように、テラヘルツ波検出素子及びテラヘルツ波発生素子は、ＺｎＴｅ基板２が石英ガラス基板１に貼着されて構成されている。例えば、石英ガラス基板１上に鏡面研磨したＺｎＴｅ基板２の片面を接着剤などで貼り付けた後、さらに他方の表面を鏡面研磨して所望の厚さとされる。
【０００７】
図７Ａに示すように、テラヘルツ波検出素子では石英ガラス基板１側からテラヘルツ波及びプローブ光（直線偏光）が入射され、ＺｎＴｅ基板２からプローブ光（楕円偏光）が出射される。また、図７Ｂに示すように、テラヘルツ波発生素子では石英ガラス基板１側から励起光が入射され、ＺｎＴｅ基板２からテラヘルツ波が出射される。
【非特許文献１】
テラヘルツセンシングテクノロジー 第８章（２００６）、監修：大森豊昭、発行所：株式会社エヌ・ティー・エス
【非特許文献２】
テラヘルツテクノロジー 第ＩＩ章１（２００５）、監訳：大森豊昭、発行所：株式会社エヌ・ティー・エス
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図７Ａに示すテラヘルツ波検出素子においては、入射したテラヘルツ波は、ＺｎＴｅ基板２に到達する前に接着剤や石英ガラス基板１によって吸収され信号強度が低下するため、テラヘルツ波によりＺｎＴｅ基板２に生じる電界は、本来のテラヘルツ波の信号強度を反映したものとならない虞がある。そのため、テラヘルツ波を精度よく検出することが困難となる。
［０００９］
また、図７Ｂに示すテラヘルツ波発生素子においては、照射した励起光（例えば、ヘムト秒レーザ）のパルス幅が、石英ガラス基板１や接着剤を透過する際に広がってしまうため、ＺｎＴｅ基板２において必要な周波数を有するテラヘルツ波が発生されない虞がある。例えば、当初のパルス幅で数ＴＨｚまで発生するものが、パルス幅の広がりにより１ＴＨｚ程度にしかならない場合がある。
［００１０］
また、ＺｎＴｅ基板２を所望の厚さまで研磨した後、石英ガラス基板１に貼着する場合、薄く研磨する際にＺｎＴｅ基板の周辺部などが破損することが多々ある。
［００１１］
本発明は、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等のテラヘルツ帯デバイスにおいて優れた特性を発揮できるとともに、取り扱いが容易なテラヘルツ帯デバイス用素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
【００１２】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、テラヘルツ波を発生又は検出するためのテラヘルツ帯デバイス用素子であって、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を前記素子として備えており、その表裏面が外部に露呈されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子において、１又は複数の開口部を有する板状保持部材に、前記ＺｎＴｅ単結晶基板が前記開口部を覆うように貼着されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子において、前記板状保持部材は、前記ＺｎＴｅ単結晶基板を貼着する凹状収容部を有し、前記凹状収容部の底面の一部に前記開口部が形成され、前記凹状収容部は、前記ＺｎＴｅ単結晶基板を嵌合可能な形状を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子において、前記凹状収容部に嵌合されたＺｎＴｅ単結晶基板と前記板状保持部材は、その裏面が同じ高さになるように研磨加工されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を、１又は複数の開口部を有する板状保持部材に、前記開口部を覆うように貼着する工程と、前記貼着工程後に前記ＺｎＴｅ単結晶基板を裏面研磨する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、１又は複数の開口部が形成された凹状収容部を有する板状保持部材を用い、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を、前記凹状収容部に前記開口部を覆うように貼着する工程と、前記貼着工程後に前記ＺｎＴｅ単結晶基板を裏面研磨する工程を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るテラヘルツ帯デバイス用素子によれば、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等のテラヘルツ帯デバイスに用いた場合に、板状保持部材である石英ガラス基板や接着剤などが、テラヘルツ波の発生又は検出に悪影響を及ぼすのを防止できるので、優れた特性を有するテラヘルツ帯デバイスを実現することができる。
また、テラヘルツ帯デバイス用素子の全体としての厚さが薄くなるわけではないので、適度の機械的強度を有することとなり、取り扱いが容易となる。
【００２２】
また、本発明に係るテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法によれば、ＺｎＴｅ単結晶基板が破損することなく容易に所望の厚さとすることができるので、所望の特性を有するテラヘルツ帯デバイス用素子を歩留まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】板状保持部材としての石英ガラス基板の上面図である。
【図１Ｂ】板状保持部材としての石英ガラス基板のＡ−Ａ断面図である。
【図２Ａ】石英ガラス基板にＺｎＴｅ基板を貼着した状態を示す上面図である。
【図２Ｂ】石英ガラス基板にＺｎＴｅ基板を貼着した状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施例に係る製造方法により完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【図４Ａ】第１実施例に係るテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【図４Ｂ】第１実施例に係るテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【図５Ａ】レジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板の上面図である。
【図５Ｂ】レジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第２実施例に係る製造方法により完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【図７Ａ】ＺｎＴｅ基板を用いた従来のテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【図７Ｂ】ＺｎＴｅ基板を用いた従来のテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 石英ガラス基板（板状保持部材）
２ ＺｎＴｅ基板
１２ 開口部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
第１実施例では、板状保持部材としての石英ガラス基板１を用いたテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法について示す。
図１Ａは板状保持部材としての石英ガラス基板の上面図、図１Ｂは板状保持部材としての石英ガラス基板のＡ−Ａ断面図、図２Ａは石英ガラス基板にＺｎＴｅ単結晶基板を貼着した状態を示す上面図、図２Ｂは石英ガラス基板にＺｎＴｅ単結晶基板を貼着した状態を示すＡ−Ａ断面図、図３は完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【００２６】
図１Ａ、図１Ｂに示すように、第１実施例で使用する石英ガラス基板１は、円盤状部材の直径に沿って凹状の溝部１１が形成されており、この凹状溝部１１の底面中央に円形の開口部１２が形成されている。すなわち、石英ガラス基板１は、ＺｎＴｅ単結晶基板２を貼着する凹状溝部１１を有し、凹状溝部１１の底面の一部（中央部）に開口部１２が形成されている。
【００２７】
ここで、石英ガラス基板１の各寸法は、直径Ｒ＝１９．９ｍｍ、厚さｈ１＝１ｍｍ、凹状溝部の深さｈ２＝１０μｍ、幅Ｗ＝１０．２ｍｍ、開口部１２の直径ｒ＝６ｍｍとしている。なお、本実施例では、凹状溝部１１の深さｈ２により貼着されるＺｎＴｅ基板の厚さを制御するので、所望する厚さに応じてこの凹状溝部１１の深さは５〜１００μｍの範囲で適宜変更される。また、その他の寸法は一例であり、特に限定されるものではない。
【００２８】
まず、インゴットから、例えば、厚さｔ＝数１００μｍ、（１１０）面で切断された１０．２ｍｍ四方の正方形状のＺｎＴｅ基板２（アズカット・ウェハ）を用意し、このＺｎＴｅ基板２の表面を鏡面研磨し、表面粗さを１μｍ以下とする。
ここで、ＺｎＴｅ基板２の一辺は石英ガラス基板１の凹状溝部１１の幅Ｗと同じとしている。これにより、ＺｎＴｅ基板２は凹状溝部１１に嵌合されるので、貼着する位置を容易に決定できる上、ＺｎＴｅ基板２を貼着した後の研磨工程においてＺｎＴｅ基板２が応力により剥がれ易くなるのを防止できる。
【００２９】
次いで、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ＺｎＴｅ基板２を石英ガラス基板１の開口部１２を覆うように載置し、開口部１２に対応する領域以外の部分において接着剤等で貼着する。このとき、ＺｎＴｅ基板２の鏡面研磨した表面が凹状溝部１１との接触面となり、接触部位では接着剤を介してＺｎＴｅ基板２と凹状溝部１１の底面が接触することとなる。
【００３０】
次いで、ＺｎＴｅ基板２の裏面（図２では上側の面）を粗研磨して石英ガラス基板１の面と同じ高さとする。つまり、凹状溝部１１の高さｈ２を予め所望の高さとすることにより、ＺｎＴｅ基板２の厚さを容易に所望の厚さとすることができる。
さらに、ＺｎＴｅ基板２の裏面を鏡面研磨して表面粗さが１μｍ以下となるようにする。この研磨工程において、研磨装置の取付治具には石英ガラス基板１が保持されることとなる。したがって、ＺｎＴｅ基板２には取付治具からの応力は加わらなくなるので、研磨工程においてＺｎＴｅ基板２が破損するのを効果的に防止できる。
そして、研磨面を洗浄して、図３に示すテラヘルツ帯デバイス用素子１０が完成する。
【００３１】
第１実施例に係る製造方法によれば、石英ガラス基板１を用いてテラヘルツ帯デバイス用素子１０を製造するので、研磨工程などでＺｎＴｅ基板２が破損することなく容易に所望の厚さとすることができる。これにより、製造工程におけるテラヘルツ帯デバイス用素子１０の歩留まりを格段に向上できる。
また、このようにして製造されたテラヘルツ帯デバイス用素子１０は、結晶方位が（１１０）、厚みが５〜１００μｍ、表面粗さが１μｍ以下であるＺｎＴｅ基板２を備えるので、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等のテラヘルツ帯デバイスにおいて、優れた特性を発揮する。
【００３２】
また、テラヘルツ帯デバイス用素子１０において、ＺｎＴｅ基板２の中央部表裏面は外部に露呈されているので、テラヘルツ波や励起光の入射時に、石英ガラス基板１や接着剤などが悪影響を及ぼすのを防止できる。したがって、優れた特性を有するテラヘルツ帯デバイスを実現することができる。
【００３３】
すなわち、図４Ａに示すように、テラヘルツ波検出素子では、石英ガラス基板１側から入射されたテラヘルツ波及びプローブ光（直線偏光）は、開口部１２を通して直接ＺｎＴｅ基板２に入射されるので、出射されるプローブ光（楕円偏光）は入射したテラヘルツ波の信号強度を正確に反映したものとなる。
また、図４Ｂに示すように、テラヘルツ波発生素子では、石英ガラス基板１側から入射された励起光（例えば、ヘムト秒レーザ）は直接ＺｎＴｅ基板２に入射されるので、ＺｎＴｅ基板２において必要な周波数を有するテラヘルツ波を確実に発生させることができる。
【００３４】
また、テラヘルツ帯デバイス用素子１０の全体としての厚さが薄くなるわけではなく、石英ガラス基板１によっても適度の機械的強度を確保されているので、取り扱いが容易となる。
【００３５】
（第２実施例）
第２実施例では、板状保持部材としての石英ガラス基板１を用いずにテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法について示す。
図５Ａはレジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板の上面図、図５Ｂはレジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板のＢ−Ｂ断面図、図６は完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【００３６】
まず、インゴットから、例えば、厚さｔ＝１００μｍ、（１１０）面で切断された１０．２ｍｍ四方の正方形状のＺｎＴｅ基板２（アズカット・ウェハ）を用意し、このＺｎＴｅ基板２の表裏面を鏡面研磨し、表面粗さを１μｍ以下とする。
【００３７】
次いで、フォトリソグラフィ技術を利用して、図５Ａ、図５Ｂに示すように、このＺｎＴｅ基板２の中心部（直径６ｍｍ）以外にレジスト３を形成する。
次いで、ＺｎＴｅ基板２の中心部２ａをブロムメタノール或いは重クロム酸カリウム溶液などでエッチングし、基板中心部２ａの厚さを所望の厚さ（例えば、１０μｍ）とする。
そして、ＺｎＴｅ基板２を洗浄して、図６に示すテラヘルツ帯デバイス用素子２０が完成する。
【００３８】
第２実施例に係る製造方法によれば、ＺｎＴｅ基板２の厚さをエッチングにより制御するので、破損することなく容易に所望の厚さとすることができ、テラヘルツ帯デバイス用素子１０を歩留まりよく製造することができる。
【００３９】
また、このようにして製造されたテラヘルツ帯デバイス用素子１０は、結晶方位が（１１０）、表面粗さが１μｍ以下であり、一部（基板中心部）の厚みが５〜１００μｍで、それ以外の厚みは１００μｍを超えるＺｎＴｅ基板２を備え、基板中心部がテラヘルツ波発生素子やテラヘルツ波検出素子として用いられるので、テラヘルツ帯デバイスにおいて優れた特性を発揮する。
【００４０】
また、テラヘルツ帯デバイス用素子１０において、ＺｎＴｅ基板２の表裏面は外部に露呈されているので、テラヘルツ波や励起光の入射時に、石英ガラス基板１や接着剤などが悪影響を及ぼすのを防止できる。したがって、優れた特性を有するテラヘルツ帯デバイスを実現することができる。
【００４１】
さらに、テラヘルツ帯デバイス用素子２０の全体としての厚さが薄くなるわけではないので、適度の機械的強度を有することとなり、取り扱いが容易となる。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４３】
例えば、第１実施例では、石英ガラス基板１の凹状溝部１１に円形の開口部１２を１つ形成した板状保持部材について示しているが、板状保持部材の形状はこれに制限されない。すなわち、石英ガラス基板１に、貼着されるＺｎＴｅ基板２と平面視で同じ形状に窪んだ凹状収容部を形成するようにしてもよいし、或いは凹状収容部を形成しないようにしてもよい。また、開口部１２の形状を矩形状にしてもよいし、複数形成するようにしてもよい。
【００４４】
また、第１実施例において、ＺｎＴｅ基板２を所定の厚さまで研磨した後、さらに、開口部１２側からＺｎＴｅ基板２をエッチングするようにしてもよい。例えば、ＺｎＴｅ基板２の厚さを極めて薄くする場合（例えば、１０μｍ以下）等、研磨処理ではＺｎＴｅ基板２が破損する虞があるときに有効である。
また、第１，第２実施例において、ＺｎＴｅ基板２の結晶方位を（１１１）或いは電気光学効果を有した方位としても同様の効果を得ることができる。
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等に用いられるテラヘルツ帯デバイス用素子及びその製造方法に関し、特に、電気光学結晶であるＺｎＴｅ単結晶を利用したテラヘルツ帯デバイス用素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、サブミリ波から遠赤外域を含む周波数領域（０．１〜１０ＴＨｚ）はテラヘルツ電磁波領域と総称され、光波と電波の境界に位置する。近年では、酸化物単結晶や化合物半導体単結晶からなる電気光学結晶（Electro-Optic Crystal）や半導体の光伝導スイッチ素子をフェムト秒レーザで励起することによりテラヘルツ波を発生する技術や、電気光学結晶の複屈折の特性を利用してテラヘルツ波を検出する技術が開発される等、テラヘルツ波に関する技術は著しく進歩している。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、広帯域のテラヘルツ超短パルスのサンプリング技術である電気光学サンプリング（ＥＯＳ）について記載されている。また、ＺｎＴｅ単結晶をテラヘルツ検出器として用いる場合、入射するレーザ（光パルス）とテラヘルツ波（テラヘルツパルス）間での完全な位相整合は不可能であるため、薄い結晶の方が分散が小さくなって、検出される帯域幅が広くなることが記載されている。つまり、入射するレーザとテラヘルツ波の位相整合はＺｎＴｅ単結晶基板の厚さに依存するので、基板厚さを薄くして整合性をよくすれば、テラヘルツ波の検出帯域を広くすることができる。
【０００４】
また、非特許文献２には、非線形光学効果を用いたテラヘルツ波発生に関する技術が記載されている。例えば、ＧａＳｅを用いた場合の差周波発生に関する技術として、ＧａＳｅは負の一軸性結晶のため、入射した励起光の垂直方向成分は常光、水平方向成分は異常光となり、常光と異常光は屈折率が異なるために同じパルス内の異なる周波数成分間の差周波が発生することが記載されている。
一方、ＺｎＴｅは等軸結晶のため、通常、常光と異常光に屈折率差はないが、結晶中に「ひずみ」があると常光と異常光に屈折率差が生じるので、上述したＧａＳｅと同様にテラヘルツ波が差周波として発生することとなる。例えば、ヘムト秒レーザをＺｎＴｅ単結晶基板に照射することによりテラヘルツ波を発生させることができる。
【０００５】
このように、ＺｎＴｅ単結晶はテラヘルツ波検出器及びテラヘルツ波発生器等のテラヘルツ帯デバイス用の素子として利用されている。特に、広帯域のテラヘルツ波の発生及び検出には、厚さ５０μｍ以下の極薄ＺｎＴｅ基板が使用されている。
また、この厚さ５０μｍ以下の極薄ＺｎＴｅ基板は取り扱いが困難であることから、従来は、例えば石英ガラス基板上にＺｎＴｅ基板を設けるようにして機械的強度を補強している。
【０００６】
図７Ａ、図７Ｂは、ＺｎＴｅ基板を用いた従来のテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。図７Ａ、図７Ｂに示すように、テラヘルツ波検出素子及びテラヘルツ波発生素子は、ＺｎＴｅ基板２が石英ガラス基板１に貼着されて構成されている。例えば、石英ガラス基板１上に鏡面研磨したＺｎＴｅ基板２の片面を接着剤などで貼り付けた後、さらに他方の表面を鏡面研磨して所望の厚さとされる。
【０００７】
図７Ａに示すように、テラヘルツ波検出素子では石英ガラス基板１側からテラヘルツ波及びプローブ光（直線偏光）が入射され、ＺｎＴｅ基板２からプローブ光（楕円偏光）が出射される。また、図７Ｂに示すように、テラヘルツ波発生素子では石英ガラス基板１側から励起光が入射され、ＺｎＴｅ基板２からテラヘルツ波が出射される。
【非特許文献１】
テラヘルツセンシングテクノロジー 第８章（２００６）、監修：大森豊昭、発行所：株式会社エヌ・ティー・エス
【非特許文献２】
テラヘルツテクノロジー 第ＩＩ章１（２００５）、監訳：大森豊昭、発行所：株式会社エヌ・ティー・エス
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図７Ａに示すテラヘルツ波検出素子においては、入射したテラヘルツ波は、ＺｎＴｅ基板２に到達する前に接着剤や石英ガラス基板１によって吸収され信号強度が低下するため、テラヘルツ波によりＺｎＴｅ基板２に生じる電界は、本来のテラヘルツ波の信号強度を反映したものとならない虞がある。そのため、テラヘルツ波を精度よく検出することが困難となる。
［０００９］
また、図７Ｂに示すテラヘルツ波発生素子においては、照射した励起光（例えば、ヘムト秒レーザ）のパルス幅が、石英ガラス基板１や接着剤を透過する際に広がってしまうため、ＺｎＴｅ基板２において必要な周波数を有するテラヘルツ波が発生されない虞がある。例えば、当初のパルス幅で数ＴＨｚまで発生するものが、パルス幅の広がりにより１ＴＨｚ程度にしかならない場合がある。
［００１０］
また、ＺｎＴｅ基板２を所望の厚さまで研磨した後、石英ガラス基板１に貼着する場合、薄く研磨する際にＺｎＴｅ基板の周辺部などが破損することが多々ある。
［００１１］
本発明は、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等のテラヘルツ帯デバイスにおいて優れた特性を発揮できるとともに、取り扱いが容易なテラヘルツ帯デバイス用素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
【００１２】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、テラヘルツ波を発生又は検出するためのテラヘルツ帯デバイス用素子であって、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を前記素子として備えており、その表裏面が外部に露呈されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子において、１又は複数の開口部を有する板状保持部材に、前記ＺｎＴｅ単結晶基板が前記開口部を覆うように貼着されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子において、前記板状保持部材は、前記ＺｎＴｅ単結晶基板を貼着する凹状収容部を有し、前記凹状収容部の底面の一部に前記開口部が形成され、前記凹状収容部は、前記ＺｎＴｅ単結晶基板を嵌合可能な形状を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子において、前記凹状収容部に嵌合されたＺｎＴｅ単結晶基板と前記板状保持部材は、その裏面が同じ高さになるように研磨加工されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を、１又は複数の開口部を有する板状保持部材に、前記開口部を覆うように貼着する工程と、前記貼着工程後に前記ＺｎＴｅ単結晶基板を裏面研磨する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、１又は複数の開口部が形成された凹状収容部を有する板状保持部材を用い、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を、前記凹状収容部に前記開口部を覆うように貼着する工程と、前記貼着工程後に前記ＺｎＴｅ単結晶基板を裏面研磨する工程を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るテラヘルツ帯デバイス用素子によれば、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等のテラヘルツ帯デバイスに用いた場合に、板状保持部材である石英ガラス基板や接着剤などが、テラヘルツ波の発生又は検出に悪影響を及ぼすのを防止できるので、優れた特性を有するテラヘルツ帯デバイスを実現することができる。
また、テラヘルツ帯デバイス用素子の全体としての厚さが薄くなるわけではないので、適度の機械的強度を有することとなり、取り扱いが容易となる。
【００２２】
また、本発明に係るテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法によれば、ＺｎＴｅ単結晶基板が破損することなく容易に所望の厚さとすることができるので、所望の特性を有するテラヘルツ帯デバイス用素子を歩留まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】板状保持部材としての石英ガラス基板の上面図である。
【図１Ｂ】板状保持部材としての石英ガラス基板のＡ−Ａ断面図である。
【図２Ａ】石英ガラス基板にＺｎＴｅ基板を貼着した状態を示す上面図である。
【図２Ｂ】石英ガラス基板にＺｎＴｅ基板を貼着した状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施例に係る製造方法により完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【図４Ａ】第１実施例に係るテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【図４Ｂ】第１実施例に係るテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【図５Ａ】レジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板の上面図である。
【図５Ｂ】レジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第２実施例に係る製造方法により完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【図７Ａ】ＺｎＴｅ基板を用いた従来のテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【図７Ｂ】ＺｎＴｅ基板を用いた従来のテラヘルツ帯デバイス用素子の用途例について示した説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 石英ガラス基板（板状保持部材）
２ ＺｎＴｅ基板
１２ 開口部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
第１実施例では、板状保持部材としての石英ガラス基板１を用いたテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法について示す。
図１Ａは板状保持部材としての石英ガラス基板の上面図、図１Ｂは板状保持部材としての石英ガラス基板のＡ−Ａ断面図、図２Ａは石英ガラス基板にＺｎＴｅ単結晶基板を貼着した状態を示す上面図、図２Ｂは石英ガラス基板にＺｎＴｅ単結晶基板を貼着した状態を示すＡ−Ａ断面図、図３は完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【００２６】
図１Ａ、図１Ｂに示すように、第１実施例で使用する石英ガラス基板１は、円盤状部材の直径に沿って凹状の溝部１１が形成されており、この凹状溝部１１の底面中央に円形の開口部１２が形成されている。すなわち、石英ガラス基板１は、ＺｎＴｅ単結晶基板２を貼着する凹状溝部１１を有し、凹状溝部１１の底面の一部（中央部）に開口部１２が形成されている。
【００２７】
ここで、石英ガラス基板１の各寸法は、直径Ｒ＝１９．９ｍｍ、厚さｈ１＝１ｍｍ、凹状溝部の深さｈ２＝１０μｍ、幅Ｗ＝１０．２ｍｍ、開口部１２の直径ｒ＝６ｍｍとしている。なお、本実施例では、凹状溝部１１の深さｈ２により貼着されるＺｎＴｅ基板の厚さを制御するので、所望する厚さに応じてこの凹状溝部１１の深さは５〜１００μｍの範囲で適宜変更される。また、その他の寸法は一例であり、特に限定されるものではない。
【００２８】
まず、インゴットから、例えば、厚さｔ＝数１００μｍ、（１１０）面で切断された１０．２ｍｍ四方の正方形状のＺｎＴｅ基板２（アズカット・ウェハ）を用意し、このＺｎＴｅ基板２の表面を鏡面研磨し、表面粗さを１μｍ以下とする。
ここで、ＺｎＴｅ基板２の一辺は石英ガラス基板１の凹状溝部１１の幅Ｗと同じとしている。これにより、ＺｎＴｅ基板２は凹状溝部１１に嵌合されるので、貼着する位置を容易に決定できる上、ＺｎＴｅ基板２を貼着した後の研磨工程においてＺｎＴｅ基板２が応力により剥がれ易くなるのを防止できる。
【００２９】
次いで、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ＺｎＴｅ基板２を石英ガラス基板１の開口部１２を覆うように載置し、開口部１２に対応する領域以外の部分において接着剤等で貼着する。このとき、ＺｎＴｅ基板２の鏡面研磨した表面が凹状溝部１１との接触面となり、接触部位では接着剤を介してＺｎＴｅ基板２と凹状溝部１１の底面が接触することとなる。
【００３０】
次いで、ＺｎＴｅ基板２の裏面（図２では上側の面）を粗研磨して石英ガラス基板１の面と同じ高さとする。つまり、凹状溝部１１の高さｈ２を予め所望の高さとすることにより、ＺｎＴｅ基板２の厚さを容易に所望の厚さとすることができる。
さらに、ＺｎＴｅ基板２の裏面を鏡面研磨して表面粗さが１μｍ以下となるようにする。この研磨工程において、研磨装置の取付治具には石英ガラス基板１が保持されることとなる。したがって、ＺｎＴｅ基板２には取付治具からの応力は加わらなくなるので、研磨工程においてＺｎＴｅ基板２が破損するのを効果的に防止できる。
そして、研磨面を洗浄して、図３に示すテラヘルツ帯デバイス用素子１０が完成する。
【００３１】
第１実施例に係る製造方法によれば、石英ガラス基板１を用いてテラヘルツ帯デバイス用素子１０を製造するので、研磨工程などでＺｎＴｅ基板２が破損することなく容易に所望の厚さとすることができる。これにより、製造工程におけるテラヘルツ帯デバイス用素子１０の歩留まりを格段に向上できる。
また、このようにして製造されたテラヘルツ帯デバイス用素子１０は、結晶方位が（１１０）、厚みが５〜１００μｍ、表面粗さが１μｍ以下であるＺｎＴｅ基板２を備えるので、テラヘルツ波発生器やテラヘルツ波検出器等のテラヘルツ帯デバイスにおいて、優れた特性を発揮する。
【００３２】
また、テラヘルツ帯デバイス用素子１０において、ＺｎＴｅ基板２の中央部表裏面は外部に露呈されているので、テラヘルツ波や励起光の入射時に、石英ガラス基板１や接着剤などが悪影響を及ぼすのを防止できる。したがって、優れた特性を有するテラヘルツ帯デバイスを実現することができる。
【００３３】
すなわち、図４Ａに示すように、テラヘルツ波検出素子では、石英ガラス基板１側から入射されたテラヘルツ波及びプローブ光（直線偏光）は、開口部１２を通して直接ＺｎＴｅ基板２に入射されるので、出射されるプローブ光（楕円偏光）は入射したテラヘルツ波の信号強度を正確に反映したものとなる。
また、図４Ｂに示すように、テラヘルツ波発生素子では、石英ガラス基板１側から入射された励起光（例えば、ヘムト秒レーザ）は直接ＺｎＴｅ基板２に入射されるので、ＺｎＴｅ基板２において必要な周波数を有するテラヘルツ波を確実に発生させることができる。
【００３４】
また、テラヘルツ帯デバイス用素子１０の全体としての厚さが薄くなるわけではなく、石英ガラス基板１によっても適度の機械的強度を確保されているので、取り扱いが容易となる。
【００３５】
（第２実施例）
第２実施例では、板状保持部材としての石英ガラス基板１を用いずにテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法について示す。
図５Ａはレジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板の上面図、図５Ｂはレジスト膜を形成されたＺｎＴｅ基板のＢ−Ｂ断面図、図６は完成したテラヘルツ帯デバイス用素子の断面図である。
【００３６】
まず、インゴットから、例えば、厚さｔ＝１００μｍ、（１１０）面で切断された１０．２ｍｍ四方の正方形状のＺｎＴｅ基板２（アズカット・ウェハ）を用意し、このＺｎＴｅ基板２の表裏面を鏡面研磨し、表面粗さを１μｍ以下とする。
【００３７】
次いで、フォトリソグラフィ技術を利用して、図５Ａ、図５Ｂに示すように、このＺｎＴｅ基板２の中心部（直径６ｍｍ）以外にレジスト３を形成する。
次いで、ＺｎＴｅ基板２の中心部２ａをブロムメタノール或いは重クロム酸カリウム溶液などでエッチングし、基板中心部２ａの厚さを所望の厚さ（例えば、１０μｍ）とする。
そして、ＺｎＴｅ基板２を洗浄して、図６に示すテラヘルツ帯デバイス用素子２０が完成する。
【００３８】
第２実施例に係る製造方法によれば、ＺｎＴｅ基板２の厚さをエッチングにより制御するので、破損することなく容易に所望の厚さとすることができ、テラヘルツ帯デバイス用素子１０を歩留まりよく製造することができる。
【００３９】
また、このようにして製造されたテラヘルツ帯デバイス用素子１０は、結晶方位が（１１０）、表面粗さが１μｍ以下であり、一部（基板中心部）の厚みが５〜１００μｍで、それ以外の厚みは１００μｍを超えるＺｎＴｅ基板２を備え、基板中心部がテラヘルツ波発生素子やテラヘルツ波検出素子として用いられるので、テラヘルツ帯デバイスにおいて優れた特性を発揮する。
【００４０】
また、テラヘルツ帯デバイス用素子１０において、ＺｎＴｅ基板２の表裏面は外部に露呈されているので、テラヘルツ波や励起光の入射時に、石英ガラス基板１や接着剤などが悪影響を及ぼすのを防止できる。したがって、優れた特性を有するテラヘルツ帯デバイスを実現することができる。
【００４１】
さらに、テラヘルツ帯デバイス用素子２０の全体としての厚さが薄くなるわけではないので、適度の機械的強度を有することとなり、取り扱いが容易となる。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４３】
例えば、第１実施例では、石英ガラス基板１の凹状溝部１１に円形の開口部１２を１つ形成した板状保持部材について示しているが、板状保持部材の形状はこれに制限されない。すなわち、石英ガラス基板１に、貼着されるＺｎＴｅ基板２と平面視で同じ形状に窪んだ凹状収容部を形成するようにしてもよいし、或いは凹状収容部を形成しないようにしてもよい。また、開口部１２の形状を矩形状にしてもよいし、複数形成するようにしてもよい。
【００４４】
また、第１実施例において、ＺｎＴｅ基板２を所定の厚さまで研磨した後、さらに、開口部１２側からＺｎＴｅ基板２をエッチングするようにしてもよい。例えば、ＺｎＴｅ基板２の厚さを極めて薄くする場合（例えば、１０μｍ以下）等、研磨処理ではＺｎＴｅ基板２が破損する虞があるときに有効である。
また、第１，第２実施例において、ＺｎＴｅ基板２の結晶方位を（１１１）或いは電気光学効果を有した方位としても同様の効果を得ることができる。
Claims (6)
- テラヘルツ波を発生又は検出するためのテラヘルツ帯デバイス用素子であって、
結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を前記素子として備えており、その表裏面が外部に露呈されていることを特徴とするテラヘルツ帯デバイス用素子。 - １又は複数の開口部を有する板状保持部材に、前記ＺｎＴｅ単結晶基板が前記開口部を覆うように貼着されてなることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子。
- 前記板状保持部材は、前記ＺｎＴｅ単結晶基板を貼着する凹状収容部を有し、前記凹状収容部の底面の一部に前記開口部が形成され、前記凹状収容部は、前記ＺｎＴｅ単結晶基板を嵌合可能な形状を有することを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子。
- 前記凹状収容部に嵌合されたＺｎＴｅ単結晶基板と前記板状保持部材は、その裏面が同じ高さになるように研磨加工されていることを特徴とする請求項３に記載のテラヘルツ帯デバイス用素子。
- 結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を、１又は複数の開口部を有する板状保持部材に、前記開口部を覆うように貼着する工程と、
前記貼着工程後に前記ＺｎＴｅ単結晶基板を裏面研磨する工程を有することを特徴とするテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法。 - １又は複数の開口部が形成された凹状収容部を有する板状保持部材を用い、結晶方位が（１１０）、（１１１）、或いは電気光学効果を有した方位であるＺｎＴｅ単結晶基板を、前記凹状収容部に前記開口部を覆うように貼着する工程と、
前記貼着工程後に前記ＺｎＴｅ単結晶基板を裏面研磨する工程を有することを特徴とするテラヘルツ帯デバイス用素子の製造方法。
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