JP5987346B2 - Antenna, terahertz wave generation device, camera, imaging device, and measurement device - Google Patents

Antenna, terahertz wave generation device, camera, imaging device, and measurement device Download PDF

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本発明は、アンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置に関するものである。   The present invention relates to an antenna, a terahertz wave generation device, a camera, an imaging device, and a measurement device.

近年、100GHz以上、30THz以下の周波数を有する電磁波であるテラヘルツ波が注目されている。テラヘルツ波は、例えば、イメージング、分光計測等の各計測、非破壊検査等に用いることができる。
このテラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置は、サブp秒(数百f秒)程度のパルス幅をもつ光パルス(パルス光)を発生する光源装置と、光源装置で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナとを有している。
In recent years, a terahertz wave, which is an electromagnetic wave having a frequency of 100 GHz or more and 30 THz or less, has attracted attention. The terahertz wave can be used for, for example, each measurement such as imaging and spectroscopic measurement, non-destructive inspection, and the like.
This terahertz wave generating device that generates a terahertz wave is irradiated with a light source device that generates a light pulse (pulse light) having a pulse width of about sub-p seconds (several hundreds of seconds), and a light pulse generated by the light source device. And an antenna that generates a terahertz wave.

前記アンテナとしては、例えば、特許文献1に、n型半導体層と、i型半導体層と、p型半導体層とを有するpin構造の光伝導素子(アンテナ)が開示されている。このアンテナでは、i型半導体層の一方の面側にn型半導体層が設けられ、他方の面側にp型半導体層が設けられている。また、i型半導体層の厚さ方向に対して、n型半導体層とp型半導体層とが互いにずれるように配置されている。なお、テラへルツ波は、電界の向きに対して垂直な方向に出射する。   As the antenna, for example, Patent Document 1 discloses a pin structure photoconductive element (antenna) having an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer. In this antenna, an n-type semiconductor layer is provided on one surface side of an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer is provided on the other surface side. Further, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are arranged so as to be shifted from each other with respect to the thickness direction of the i-type semiconductor layer. The terahertz wave is emitted in a direction perpendicular to the direction of the electric field.

前記特許文献1に記載のアンテナでは、低温成長GaAs(LT−GaAs)基板を用いて製造されたダイポール形状光導電アンテナ(PCA)に対して、発生するテラヘルツ波の強度を10倍程度大きくすることができる。
しかしながら、特許文献1に記載のアンテナでは、i型半導体層の一方の面側にn型半導体層が設けられ、他方の面側にp型半導体層が設けられているので、i型半導体層の厚さに応じて、電界の方向が換わり、これにより、テラへルツ波の出射方向が変動するという問題がある。
In the antenna described in Patent Document 1, the intensity of the generated terahertz wave is increased by about 10 times compared to a dipole photoconductive antenna (PCA) manufactured using a low-temperature grown GaAs (LT-GaAs) substrate. Can do.
However, in the antenna described in Patent Document 1, the n-type semiconductor layer is provided on one surface side of the i-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer is provided on the other surface side. Depending on the thickness, the direction of the electric field changes, which causes a problem that the emission direction of the terahertz wave varies.

特開2010−50287号公報JP 2010-50287 A

本発明の目的は、出射方向が一定であり、高耐圧で、高い強度のテラヘルツ波を発生することができるアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an antenna, a terahertz wave generating device, a camera, an imaging device, and a measuring device that can generate a terahertz wave having a constant emission direction, high withstand voltage, and high strength.

上記の課題を解決するため、本発明のアンテナは、パルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナであって、基板と、前記基板上に位置し、かつ、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an antenna of the present invention is an antenna that generates a terahertz wave when irradiated with pulsed light, and is positioned on the substrate and on the substrate. And a first impurity-containing semiconductor layer composed of a semiconductor material containing a first conductivity type impurity, and a second impurity containing a semiconductor material containing a second conductivity type impurity different from the first conductivity type. The semiconductor layer, an i-type semiconductor layer made of an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type, and the first impurity-containing semiconductor layer are electrically connected A first electrode electrically connected, and a second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer, and in plan view, the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer, Through a predetermined gap from each other Is location, the i-type semiconductor layer is characterized in that it is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer.

このアンテナによれば、結晶欠陥の多いi型半導体層表面には電界がかからないので、効率よく電界が印加され、これによって、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。さらに、電界の方向が一定になるのでテラヘルツ波出射方向を一定にすることができる。   According to this antenna, since an electric field is not applied to the surface of the i-type semiconductor layer having many crystal defects, the electric field is efficiently applied, whereby the withstand voltage is improved, and a larger electric field can be formed thereon. Intense terahertz waves can be generated. Furthermore, since the direction of the electric field becomes constant, the terahertz wave emission direction can be made constant.

また、本発明のアンテナは、前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、前記第2不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、を覆うことを特徴とする。   In the antenna of the present invention, the i-type semiconductor layer covers an end portion of the first impurity-containing semiconductor layer in contact with the gap and an end portion of the second impurity-containing semiconductor layer in contact with the gap. It is characterized by.

このアンテナによれば、i型半導体層の表面を流れるリーク電流を低減でき、耐電圧を向上させることができる。   According to this antenna, the leakage current flowing on the surface of the i-type semiconductor layer can be reduced, and the withstand voltage can be improved.

また、本発明のアンテナは、前記基板は、前記間隙に相当する部分に溝を有し、前記i型半導体層は、前記溝を埋めて設けられている。あるいは、前記第1不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第1不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられ、また、前記第2不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第2不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられていることを特徴とする。   In the antenna of the present invention, the substrate has a groove in a portion corresponding to the gap, and the i-type semiconductor layer is provided to fill the groove. Alternatively, the first impurity-containing semiconductor layer is provided with a concentration distribution so that the first impurity concentration increases from a lower surface in contact with the substrate toward an upper surface, and the second impurity-containing semiconductor layer is formed on the substrate. A concentration distribution is provided so that the second impurity concentration increases from the lower surface in contact with the upper surface toward the upper surface.

このような構成のアンテナによれば、結晶欠陥の多い前記i型半導体層の表面と、前記i型半導体層と前記基板との界面には電界をかけずに、前記i型半導体層の内部のみに電界をかけることができるので、より効率よく電界が印加され、これによって、さらに高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。   According to the antenna having such a configuration, an electric field is not applied to the surface of the i-type semiconductor layer having many crystal defects and the interface between the i-type semiconductor layer and the substrate, and only inside the i-type semiconductor layer. Since an electric field can be applied to the electric field, the electric field can be applied more efficiently, thereby generating a terahertz wave having a higher intensity.

また、本発明のアンテナは、前記第1電極は、前記第1不純物含有半導体層上に設けられており、前記第1電極の一部と前記第1不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする。
このような構成によれば、抵抗を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。
In the antenna of the present invention, the first electrode is provided on the first impurity-containing semiconductor layer, and a part of the first electrode and a part of the first impurity-containing semiconductor layer are in contact with each other. It is characterized by being.
According to such a configuration, the resistance can be reduced and the power consumption can be reduced.

また、本発明のアンテナは、前記第2電極は、前記第2不純物含有半導体層上に設けられており、前記第2電極の一部と前記第2不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする。
このような構成によれば、抵抗を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。
In the antenna of the present invention, the second electrode is provided on the second impurity-containing semiconductor layer, and a part of the second electrode is in contact with a part of the second impurity-containing semiconductor layer. It is characterized by being.
According to such a configuration, the resistance can be reduced and the power consumption can be reduced.

また、本発明のアンテナは、前記間隙の少なくとも一部の位置において、前記i型半導体層と前記基板との間に位置する絶縁層をさらに有することを特徴とする。
これにより、第1不純物含有半導体層と第2不純物含有半導体層との間の間隙におけるリーク電流の発生をより確実に防止することができる。
The antenna according to the present invention further includes an insulating layer positioned between the i-type semiconductor layer and the substrate at at least a part of the gap.
Thereby, generation | occurrence | production of the leakage current in the gap | interval between a 1st impurity containing semiconductor layer and a 2nd impurity containing semiconductor layer can be prevented more reliably.

また、本発明のアンテナは、前記i型半導体材料は、III−V属化合物半導体であることを特徴とする。
これにより、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
In the antenna of the present invention, the i-type semiconductor material is a III-V compound semiconductor.
Thereby, a terahertz wave having a higher intensity can be generated.

本発明のテラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有するテラヘルツ波発生装置を提供することができる。
The terahertz wave generation device of the present invention includes a light source that generates pulsed light, and an antenna that generates terahertz waves when irradiated with the pulsed light generated by the light source, and the antenna includes a substrate; A first impurity-containing semiconductor layer located on the substrate and made of a semiconductor material containing an impurity of the first conductivity type; and a second conductivity type located on the substrate and different from the first conductivity type A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material containing a plurality of impurities and an i-type semiconductor material located on the substrate and containing no impurities of the first and second conductivity types. A first semiconductor layer electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer, and a second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer. 1 impurity-containing semiconductor layer and the first The impurity-containing semiconductor layer is disposed with a predetermined gap therebetween, and the i-type semiconductor layer is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer. It is characterized by that.
With such a configuration, a terahertz wave generator having the effects of the present invention can be provided.

本発明のカメラは、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有するカメラを提供することができる。
The camera of the present invention includes: a terahertz wave generator that generates a terahertz wave; and a terahertz wave detector that detects a terahertz wave that has been emitted from the terahertz wave generator and transmitted or reflected from an object. The generator includes a light source that generates pulsed light, and an antenna that generates terahertz waves when irradiated with the pulsed light generated by the light source. The antenna is located on the substrate and the substrate. And a semiconductor containing a first impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material containing an impurity of the first conductivity type, and a second conductivity type impurity located on the substrate and different from the first conductivity type. A second impurity-containing semiconductor layer made of a material, and an i-type made of an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type A conductor layer; a first electrode electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer; and a second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer. The impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are disposed with a predetermined gap therebetween, and the i-type semiconductor layer is located between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer. It is characterized by being provided by filling the gap.
With such a configuration, a camera having the effect of the present invention can be provided.

本発明のイメージング装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有するイメージング装置を提供することができる。
An imaging apparatus according to the present invention includes a terahertz wave generating apparatus that generates a terahertz wave, a terahertz wave detecting apparatus that detects a terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generating apparatus and is transmitted or reflected by an object, and the terahertz wave detecting apparatus An image forming unit that generates an image of the object based on the detection result of the detection, and the terahertz wave generation device is irradiated with a light source that generates pulsed light and pulsed light generated by the light source An antenna that generates a terahertz wave, and the antenna includes a substrate, and a first impurity-containing semiconductor layer that is located on the substrate and is made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type. A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material located on the substrate and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type; An i-type semiconductor layer formed on an i-type semiconductor material which is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type; and a first electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer. One electrode and a second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer, and the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are predetermined to each other in plan view. The i-type semiconductor layer is disposed via a gap, and is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer.
With such a configuration, an imaging apparatus having the effects of the present invention can be provided.

本発明の計測装置は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、前記アンテナは、基板と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられることを特徴とする。
このような構成により、前記本発明の効果を有する計測装置を提供することができる。
The measuring device of the present invention includes a terahertz wave generating device that generates a terahertz wave, a terahertz wave detecting device that detects a terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generating device and is transmitted or reflected by an object, and the terahertz wave detecting device. A terahertz wave generating device, wherein the terahertz wave generating device includes a light source that generates pulsed light and a pulsed light generated by the light source. An antenna that generates a wave, and the antenna includes a substrate, a first impurity-containing semiconductor layer that is located on the substrate and is made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type, and the substrate A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type, and located on the substrate; An i-type semiconductor layer made of an i-type semiconductor material not containing impurities of the first conductivity type and the second conductivity type; a first electrode electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer; A second electrode electrically connected to the two impurity-containing semiconductor layers, and the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are arranged with a predetermined gap therebetween in plan view. The i-type semiconductor layer is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer.
With such a configuration, a measuring apparatus having the effects of the present invention can be provided.

上記構成により、出射方向が一定であり、高耐圧で、高い強度のテラヘルツ波を発生することができるアンテナが実現できるという効果を有する。それにより、高強度のテラヘルツ波を放射できるテラヘルツ波発生装置が実現される。そのため、高感度なテラヘルツカメラあるいはイメージング装置および計測装置を提供することができるという大きな効果を有する。   With the above-described configuration, there is an effect that an antenna capable of generating a terahertz wave having a constant emission direction, a high breakdown voltage, and a high intensity can be realized. Thereby, a terahertz wave generator capable of emitting a high-intensity terahertz wave is realized. Therefore, there is a great effect that it is possible to provide a highly sensitive terahertz camera or imaging device and measurement device.

本発明のテラヘルツ波発生装置(アンテナ)の第1実施形態を示す図である。It is a figure showing a 1st embodiment of a terahertz wave generating device (antenna) of the present invention. 図1に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの平面図である。It is a top view of the antenna of the terahertz wave generator shown in FIG. 図1に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the antenna of the terahertz wave generator shown in FIG. 図1に示すテラヘルツ波発生装置の光源装置の断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view of the light source device of the terahertz wave generator shown in FIG. 図3中のA−A線での断面図である。It is sectional drawing in the AA line in FIG. 図3中のB−B線での断面図である。It is sectional drawing in the BB line in FIG. 図1に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの製造方法の一例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of the antenna of the terahertz wave generator shown in FIG. 図1に示すテラヘルツ波発生装置のアンテナの製造方法の一例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of the antenna of the terahertz wave generator shown in FIG. 本発明のアンテナの第2実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the antenna of this invention. 本発明のアンテナの第3実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the antenna of this invention. 図9に示す第2実施形態のアンテナの製造方法の2つの例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating two examples of the manufacturing method of the antenna of 2nd Embodiment shown in FIG. 本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an embodiment of an imaging apparatus of the present invention. 図12に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図である。It is a top view which shows the terahertz wave detection apparatus of the imaging apparatus shown in FIG. 対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum in the terahertz band of a target object. 対象物の物質A、BおよびCの分布を示す画像の図である。It is a figure of the image which shows distribution of substance A, B, and C of a target object. 本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of the measuring device of this invention. 本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of the camera of this invention.

以下、本発明のアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an antenna, a terahertz wave generation device, a camera, an imaging device, and a measurement device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

<第1実施形態>
図1ないし図3は、本発明のテラヘルツ波発生装置(アンテナ)の第1実施形態を示す図である。図1はテラヘルツ波発生装置の概略図、図2はアンテナの平面図、図3はアンテナの変形例を示す平面図である。
図1において、アンテナ2については、図2及び図3中のS−S線での断面図で示し、光源装置3についてはブロック図で示す。また、図4は、図1に示すテラヘルツ波発生装置の光源装置の断面斜視図、図5は、図4中のA−A線での断面図、図6は、図4中のB−B線での断面図、図7および図8は、図1に示すテラヘルツ波発生装置1のアンテナ2の製造方法の一例を説明するための断面図である。
<First Embodiment>
1 to 3 are diagrams showing a first embodiment of a terahertz wave generator (antenna) according to the present invention. 1 is a schematic diagram of a terahertz wave generator, FIG. 2 is a plan view of an antenna, and FIG. 3 is a plan view showing a modification of the antenna.
In FIG. 1, the antenna 2 is shown by a cross-sectional view taken along line SS in FIGS. 2 and 3, and the light source device 3 is shown by a block diagram. 4 is a cross-sectional perspective view of the light source device of the terahertz wave generator shown in FIG. 1, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 7 and 8 are cross-sectional views for explaining an example of a method for manufacturing the antenna 2 of the terahertz wave generating device 1 shown in FIG.

図1に示すように、テラヘルツ波発生装置1は、励起光である光パルス(パルス光)を発生する光源装置3と、光源装置3で発生した光パルスが照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナ2とを有している。なお、テラヘルツ波とは、周波数が、100GHz以上30THz以下の電磁波、特に、300GHz以上3THz以下の電磁波を言う。   As shown in FIG. 1, a terahertz wave generator 1 generates a terahertz wave by irradiating a light source device 3 that generates a light pulse (pulse light) that is excitation light and a light pulse generated by the light source device 3. And the antenna 2 to be used. The terahertz wave means an electromagnetic wave having a frequency of 100 GHz to 30 THz, particularly an electromagnetic wave of 300 GHz to 3 THz.

図4〜図6に示すように、光源装置3は、本実施形態では、光パルスを発生する光パルス発生部4と、光パルス発生部4で発生した光パルスに対し、パルス圧縮を行う第1のパルス圧縮部5と、第1のパルス圧縮部5でパルス圧縮がなされた光パルスに対し、パルス圧縮を行う第2のパルス圧縮部7と、光パルスを増幅する増幅部6とを有している。
増幅部6は、第1のパルス圧縮部5の前段、または第1のパルス圧縮部5と第2のパルス圧縮部7との間に設けられるが、図示の構成では、増幅部6は、第1のパルス圧縮部5と、第2のパルス圧縮部7と、の間に設けられている。
これにより、第1のパルス圧縮部5でパルス圧縮がなされた光パルスが、増幅部6で増幅され、増幅部6で増幅された光パルスが、第2のパルス圧縮部7でパルス圧縮がなされる。
As shown in FIGS. 4 to 6, in the present embodiment, the light source device 3 is configured to perform optical pulse generation on the optical pulse generator 4 that generates an optical pulse and pulse compression on the optical pulse generated on the optical pulse generator 4. 1 pulse compression unit 5, a second pulse compression unit 7 that performs pulse compression on the optical pulse that has been subjected to pulse compression by the first pulse compression unit 5, and an amplification unit 6 that amplifies the optical pulse. doing.
The amplifying unit 6 is provided before the first pulse compressing unit 5 or between the first pulse compressing unit 5 and the second pulse compressing unit 7. In the illustrated configuration, the amplifying unit 6 includes The first pulse compression unit 5 and the second pulse compression unit 7 are provided.
As a result, the optical pulse that has been pulse-compressed by the first pulse compressor 5 is amplified by the amplifier 6, and the optical pulse that has been amplified by the amplifier 6 is pulse-compressed by the second pulse compressor 7. The

また、光源装置3から出射する光パルスのパルス幅(半値幅)は、特に限定されないが、1f秒以上800f秒以下であることが好ましく、10f秒以上100f秒以下であることよりが好ましい。   The pulse width (half width) of the light pulse emitted from the light source device 3 is not particularly limited, but is preferably 1 f second or more and 800 f second or less, more preferably 10 f second or more and 100 f second or less.

また、光源装置3から出射する光パルスの周波数は、後述するアンテナ2のi型半導体層26のバンドギャップに対応する周波数以上に設定される。   The frequency of the light pulse emitted from the light source device 3 is set to be equal to or higher than the frequency corresponding to the band gap of the i-type semiconductor layer 26 of the antenna 2 described later.

また、光パルス発生部4は、例えば、DBRレーザー、DFBレーザー、モード同期レーザー等、いわゆる半導体レーザーを用いることができる。この光パルス発生部4で発生する光パルスのパルス幅は、特に限定されないが、1f秒以上800f秒以下であることが好ましい。
また、第1のパルス圧縮部5は、可飽和吸収に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第1のパルス圧縮部5は、可飽和吸収体を有しており、その可飽和吸収体により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
The optical pulse generator 4 may be a so-called semiconductor laser such as a DBR laser, a DFB laser, or a mode-locked laser. The pulse width of the optical pulse generated by the optical pulse generator 4 is not particularly limited, but is preferably 1 fsec or more and 800 fsec or less.
The first pulse compression unit 5 performs pulse compression based on saturable absorption. That is, the 1st pulse compression part 5 has a saturable absorber, compresses an optical pulse with the saturable absorber, and reduces the pulse width.

また、第2のパルス圧縮部7は、群速度分散補償に基づくパルス圧縮を行うものである。すなわち、第1のパルス圧縮部5は、群速度分散補償媒体、本実施形態では、結合導波路構造を有しており、その結合導波路構造により、光パルスを圧縮し、そのパルス幅を減少させる。
また、光源装置3の光パルス発生部4と、第1のパルス圧縮部5と、増幅部6と、第2のパルス圧縮部7とは、一体化、すなわち同一基板上に集積されている。
The second pulse compression unit 7 performs pulse compression based on group velocity dispersion compensation. That is, the first pulse compression unit 5 has a group velocity dispersion compensation medium, which in this embodiment has a coupled waveguide structure, and compresses the optical pulse by the coupled waveguide structure and reduces the pulse width. Let
In addition, the light pulse generation unit 4, the first pulse compression unit 5, the amplification unit 6, and the second pulse compression unit 7 of the light source device 3 are integrated, that is, integrated on the same substrate.

具体的には、光源装置3は、半導体基板である基板31と、基板31上に設けられたクラッド層32と、クラッド層32上に設けられた活性層33と、活性層33上に設けられた導波路構成プロセス用エッチングストップ層34と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層34上に設けられたクラッド層35と、クラッド層35上に設けられたコンタクト層36と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層34上に設けられた絶縁層37と、基板31の表面に設けられた、クラッド層32側の電極38と、コンタクト層36および絶縁層37の表面に設けられた、クラッド層35側の電極391、392、393、394および395と、を有している。また、光パルス発生部4の導波路構成プロセス用エッチングストップ層34と、クラッド層35との間には、回折格子30が設けられている。なお、導波路構成プロセス用エッチングストップ層34は、活性層33の直上に限らず、例えば、クラッド層35の中に設けられていてもよい。   Specifically, the light source device 3 is provided on a substrate 31 that is a semiconductor substrate, a cladding layer 32 provided on the substrate 31, an active layer 33 provided on the cladding layer 32, and the active layer 33. An etching stop layer 34 for the waveguide configuration process, a cladding layer 35 provided on the etching stop layer 34 for the waveguide configuration process, a contact layer 36 provided on the cladding layer 35, and an etching for the waveguide configuration process. The insulating layer 37 provided on the stop layer 34, the electrode 38 on the cladding layer 32 side provided on the surface of the substrate 31, and the cladding layer 35 side provided on the surfaces of the contact layer 36 and the insulating layer 37. Electrodes 391, 392, 393, 394, and 395. A diffraction grating 30 is provided between the waveguide stop process etching stop layer 34 of the optical pulse generator 4 and the cladding layer 35. Note that the waveguide structure process etching stop layer 34 is not limited to being directly above the active layer 33, and may be provided in the cladding layer 35, for example.

なお、各部の構成材料は、特に限定されない。構成材料の一例として、基板31、コンタクト層36としては、GaAs等が挙げられる。また、クラッド層32、35、導波路構成プロセス用エッチングストップ層34、回折格子30としては、AlGaAs等が挙げられる。
また、活性層33としては、例えば、多重量子井戸と呼ばれる量子効果を用いた構成等が挙げられる。具体的には、活性層33としては、井戸層(GaAs井戸層)とバリア層(AlGaAsバリア層)とを交互に複数ずつ設けてなる多重量子井戸等で構成された分布屈折率型多重量子井戸と呼ばれる構造のもの等が挙げられる。
In addition, the constituent material of each part is not specifically limited. As an example of the constituent material, the substrate 31 and the contact layer 36 include GaAs or the like. Further, examples of the cladding layers 32 and 35, the waveguide stop process etching stop layer 34, and the diffraction grating 30 include AlGaAs.
Moreover, as the active layer 33, the structure using the quantum effect called a multiple quantum well is mentioned, for example. Specifically, as the active layer 33, a distributed refractive index type multiple quantum well composed of multiple quantum wells or the like in which a plurality of well layers (GaAs well layers) and barrier layers (AlGaAs barrier layers) are alternately provided. The thing of the structure called is mentioned.

また、図示の構成では、光源装置3における導波路は、クラッド層32と、活性層33と、導波路構成プロセス用エッチングストップ層34と、クラッド層35とで構成されている。また、クラッド層35は、導波路の上部にのみ、その導波路に対応した形状に設けられている。また、クラッド層35は、不要な部分をエッチングにより除去することにより形成されている。なお、製造方法によっては、導波路構成プロセス用エッチングストップ層34を省略してもよい。   In the illustrated configuration, the waveguide in the light source device 3 includes a cladding layer 32, an active layer 33, a waveguide configuration process etching stop layer 34, and a cladding layer 35. The clad layer 35 is provided in a shape corresponding to the waveguide only on the waveguide. The clad layer 35 is formed by removing unnecessary portions by etching. Depending on the manufacturing method, the waveguide stop process etching stop layer 34 may be omitted.

また、クラッド層35およびコンタクト層36は、それぞれ2つずつ設けられている。一方のクラッド層35およびコンタクト層36は、光パルス発生部4と、第1のパルス圧縮部5と、増幅部6と、第2のパルス圧縮部7の一部を構成し、連続的に設けられており、他方のクラッド層35およびコンタクト層36は、第2のパルス圧縮部7の一部を構成している。すなわち、第2のパルス圧縮部7には、1対のクラッド層35と、1対のコンタクト層36とが設けられている。   Two clad layers 35 and two contact layers 36 are provided. One clad layer 35 and contact layer 36 constitute a part of the optical pulse generator 4, the first pulse compressor 5, the amplifier 6, and the second pulse compressor 7, and are provided continuously. The other cladding layer 35 and contact layer 36 constitute a part of the second pulse compression unit 7. That is, the second pulse compression unit 7 is provided with a pair of cladding layers 35 and a pair of contact layers 36.

また、電極391は、光パルス発生部4のクラッド層35に対応するように設けられ、また、電極392は、第1のパルス圧縮部5のクラッド層35に対応するように設けられ、また、電極393は、増幅部6のクラッド層35に対応するように設けられ、また、電極394および電極395は、ともに、第2のパルス圧縮部7の2つのクラッド層35に対応するように設けられている。なお、電極38は、光パルス発生部4、第1のパルス圧縮部5、増幅部6および第2のパルス圧縮部7の共通電極である。そして、電極38と電極391とで光パルス発生部4の1対の電極が構成され、また、電極38と電極392とで第1のパルス圧縮部5の1対の電極が構成され、また、電極38と電極393とで増幅部6の1対の電極が構成され、また、電極38と電極394、電極38と電極395とで第2のパルス圧縮部7の2対の電極が構成される。
なお、光源装置3の全体形状は、図示の構成では、直方体をなしているが、これに限定されないことは、言うまでもない。
In addition, the electrode 391 is provided so as to correspond to the cladding layer 35 of the optical pulse generation unit 4, and the electrode 392 is provided so as to correspond to the cladding layer 35 of the first pulse compression unit 5, The electrode 393 is provided so as to correspond to the cladding layer 35 of the amplifying unit 6, and both the electrode 394 and the electrode 395 are provided so as to correspond to the two cladding layers 35 of the second pulse compression unit 7. ing. The electrode 38 is a common electrode for the optical pulse generator 4, the first pulse compressor 5, the amplifier 6, and the second pulse compressor 7. The electrode 38 and the electrode 391 constitute a pair of electrodes of the optical pulse generation unit 4, the electrode 38 and the electrode 392 constitute a pair of electrodes of the first pulse compression unit 5, The electrode 38 and the electrode 393 constitute a pair of electrodes of the amplifying unit 6, and the electrode 38 and the electrode 394, and the electrode 38 and the electrode 395 constitute two pairs of electrodes of the second pulse compression unit 7. .
In addition, although the whole shape of the light source device 3 has comprised the rectangular parallelepiped in the structure of illustration, it cannot be overemphasized that it is not limited to this.

また、光源装置3の寸法は、特に限定されないが、例えば、1mm以上10mm以下×0.5mm以上5mm以下×0.1mm以上1mm以下とすることができる。   Moreover, although the dimension of the light source device 3 is not specifically limited, For example, it is 1 mm or more and 10 mm or less x0.5 mm or more and 5 mm or less x0.1 mm or more and 1 mm or less.

なお、本発明では、光源装置の構成は、前述した構成に限定されないことは、言うまでもない。   In the present invention, it goes without saying that the configuration of the light source device is not limited to the configuration described above.

次に、アンテナ2について説明する。
図1は第1実施形態のアンテナ2の断面図である。アンテナ2は、高抵抗基板24の上に形成された、n型半導体層(第1不純物含有半導体層)22と、テラヘルツ波を発生するi型半導体層(半導体層)26と、p型半導体層(第2不純物含有半導体層)23と、1対の電極を構成する電極28(第1電極)および電極(第2電極)29とを備えている。
Next, the antenna 2 will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an antenna 2 according to the first embodiment. The antenna 2 includes an n-type semiconductor layer (first impurity-containing semiconductor layer) 22, an i-type semiconductor layer (semiconductor layer) 26 that generates terahertz waves, and a p-type semiconductor layer formed on the high-resistance substrate 24. (Second impurity-containing semiconductor layer) 23, an electrode 28 (first electrode) and an electrode (second electrode) 29 constituting a pair of electrodes.

高抵抗基板24は、絶縁性が高ければ特に限定されず、例えば、高抵抗なi型のIII−V族化合物半導体基板、GaAs、InP、InAs、InSb等が挙げられる。また、Si基板を用いても良い。
高抵抗基板24のキャリア濃度としては、1×1018/cm3以下であることが好ましく、1×1012/cm3以上1×1018/cm3以下であることがより好ましく、1×1012/cm3以上1×1016/cm3以下であることがさらに好ましい。
The high-resistance substrate 24 is not particularly limited as long as it has high insulating properties, and examples thereof include a high-resistance i-type III-V compound semiconductor substrate, GaAs, InP, InAs, and InSb. Further, a Si substrate may be used.
The carrier concentration of the high resistance substrate 24, is preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 12 / cm 3 or more 1 × 10 18 / cm 3 or less, 1 × 10 More preferably, it is 12 / cm 3 or more and 1 × 10 16 / cm 3 or less.

i型半導体層26の形状は、図2に示すように、光パルスが入射する方向から見たとき(平面視で)、四角形をなしている。なお、i型半導体層26の形状は、四角形には限定されず、この他、例えば、円形、楕円形や、三角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。以下では、「光パルスが入射する方向から見たとき」を、「平面視」とも言う。   As shown in FIG. 2, the i-type semiconductor layer 26 has a quadrangular shape when viewed from the direction in which the light pulse is incident (in plan view). Note that the shape of the i-type semiconductor layer 26 is not limited to a quadrangle, and other examples include a circle, an ellipse, and other polygons such as a triangle, a pentagon, and a hexagon. Hereinafter, “when viewed from the direction in which the light pulse is incident” is also referred to as “plan view”.

このi型半導体層26は、半導体材料で構成されている。このi型半導体層26を構成する半導体材料は、真性半導体であることが好ましいが、n型不純物やn型不純物を少量含んでいてもよい。具体的には、i型半導体層26のキャリア濃度は、1×1018/cm3以下であることが好ましく、1×1012/cm3以上1×1018/cm3以下であることがより好ましく、1×1012/cm3以上1×1016/cm3以下であることがさらに好ましい。 The i-type semiconductor layer 26 is made of a semiconductor material. The semiconductor material constituting the i-type semiconductor layer 26 is preferably an intrinsic semiconductor, but may contain a small amount of n-type impurities or n-type impurities. Specifically, the carrier concentration of the i-type semiconductor layer 26, 1 × preferably 10 18 / cm 3 or less, more not more 1 × 10 12 / cm 3 or more 1 × 10 18 / cm 3 or less Preferably, it is 1 × 10 12 / cm 3 or more and 1 × 10 16 / cm 3 or less.

また、n型半導体層22と、p型半導体層23とは平面視で所定の間隙(ギャップ)25を介して配置され、さらにi型半導体層26は、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の間隙25を跨ぐように形成されている。これにより、平面視で、i型半導体層26の少なくとも一部は、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の間の間隙25に配置され、n型半導体層22と、p型半導体層23と、はi型半導体層26を介して繋がれている。   Further, the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 are arranged via a predetermined gap (gap) 25 in a plan view, and the i-type semiconductor layer 26 includes the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor. It is formed so as to straddle the gap 25 between the layer 23. Thereby, in plan view, at least a part of the i-type semiconductor layer 26 is arranged in the gap 25 between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23, and the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 26 are arranged. The semiconductor layer 23 is connected via an i-type semiconductor layer 26.

本実施形態では、図1に示すように、間隙25に、i型半導体層26の一部が配置され、間隙25がi型半導体層26の一部で埋められている。これにより、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a part of the i-type semiconductor layer 26 is disposed in the gap 25, and the gap 25 is filled with a part of the i-type semiconductor layer 26. Thereby, a terahertz wave having a higher intensity can be generated.

さらには、このアンテナ2では、n型半導体層22の上面221の一部、及びp型半導体層23の上面231の一部が、i型半導体層26の下面262の一部と接続されている。すなわち、p型半導体層23の間隙25に接する端部の上面と、n型半導体層22の間隙25に接する端部の上面と、がi型半導体層26に覆われているといえる。
さらに、n型半導体層22及びp型半導体層23の上にi型半導体層26が設けられていると言い換えることができる。
Furthermore, in this antenna 2, a part of the upper surface 221 of the n-type semiconductor layer 22 and a part of the upper surface 231 of the p-type semiconductor layer 23 are connected to a part of the lower surface 262 of the i-type semiconductor layer 26. . That is, it can be said that the upper surface of the end portion in contact with the gap 25 of the p-type semiconductor layer 23 and the upper surface of the end portion in contact with the gap 25 of the n-type semiconductor layer 22 are covered with the i-type semiconductor layer 26.
In other words, the i-type semiconductor layer 26 is provided on the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23.

このように、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の上にi型半導体層26が形成されているので、i型半導体層26の上面261は、n型半導体層22及びp型半導体層23とは接していない。さらに詳しくは、n型半導体層22の一方の側面227と、p型半導体層23の一方の側面237と、がi型半導体層26を介して対向する構造となる。   As described above, since the i-type semiconductor layer 26 is formed on the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23, the upper surface 261 of the i-type semiconductor layer 26 includes the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 26. It is not in contact with the type semiconductor layer 23. More specifically, one side surface 227 of the n-type semiconductor layer 22 and one side surface 237 of the p-type semiconductor layer 23 face each other with the i-type semiconductor layer 26 interposed therebetween.

このような構成によって、図1に示すように、n型半導体層22とp型半導体層23との間に電圧を印加した時に、その間隙25の間の電界263はi型半導体層26の膜内部264に形成される。このように表面準位など欠陥の多いi型半導体層26の上面261に電圧がかからないので、リーク電流を低減でき、耐圧が向上され、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。   With such a configuration, as shown in FIG. 1, when a voltage is applied between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23, the electric field 263 between the gaps 25 becomes a film of the i-type semiconductor layer 26. Formed in the interior 264. As described above, since no voltage is applied to the upper surface 261 of the i-type semiconductor layer 26 having many defects such as surface states, the leakage current can be reduced, the withstand voltage can be improved, and a terahertz wave with higher intensity can be generated.

また、n型半導体層22は、n型(第1導電型)の不純物を含む半導体材料で構成されている。n型半導体層22のキャリア濃度(不純物濃度)は、1×1017/cm3以上であることが好ましく、1×1020/cm3以上であることがより好ましく、1×1020/cm3以上1×1022/cm3以下であることがさらに好ましい。なお、n型不純物としては、特に限定されず、例えば、Si、Ge、S、Se等が挙げられる。 The n-type semiconductor layer 22 is made of a semiconductor material containing n-type (first conductivity type) impurities. The carrier concentration (impurity concentration) of the n-type semiconductor layer 22 is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more, more preferably 1 × 10 20 / cm 3 or more, and 1 × 10 20 / cm 3. More preferably, it is 1 × 10 22 / cm 3 or less. In addition, it does not specifically limit as an n-type impurity, For example, Si, Ge, S, Se etc. are mentioned.

また、p型半導体層23は、p型(第2導電型)の不純物を含む半導体材料で構成されている。p型半導体層23のキャリア濃度は、1×1017/cm3以上であることが好ましく、1×1020/cm3以上であることがより好ましく、1×1020/cm3以上1×1022/cm3以下であることがさらに好ましい。なお、p型不純物としては、特に限定されず、例えば、Zn、Mg、C等が挙げられる。 The p-type semiconductor layer 23 is made of a semiconductor material containing p-type (second conductivity type) impurities. The carrier concentration of the p-type semiconductor layer 23 is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more, more preferably 1 × 10 20 / cm 3 or more, and 1 × 10 20 / cm 3 or more to 1 × 10. More preferably, it is 22 / cm 3 or less. In addition, it does not specifically limit as a p-type impurity, For example, Zn, Mg, C etc. are mentioned.

なお、n型半導体層22、およびp型半導体層23は、例えば、不純物をドープしない半導体層を成膜し、n型、またはp型の不純物をイオン注入法あるいは拡散法等でドープすることにより形成することができる。一方、選択エピタキシャル法によって、n型半導体層22、およびp型半導体層23を形成する方法もある。   The n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 are formed, for example, by forming a semiconductor layer that is not doped with impurities and doping the n-type or p-type impurities with an ion implantation method or a diffusion method. Can be formed. On the other hand, there is a method of forming the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 by a selective epitaxial method.

n型半導体層22、p型半導体層23、i型半導体層26の半導体材料としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、移動度が高いほうがテラヘルツ波の放射強度が大きいので、III−V族化合物半導体が好ましい。III−V族化合物半導体としては、特に限定されず、例えば、GaAs、InP、InAs、InSb等が挙げられる。   The semiconductor material of the n-type semiconductor layer 22, the p-type semiconductor layer 23, and the i-type semiconductor layer 26 is not particularly limited, and various materials can be used. However, the higher the mobility, the higher the intensity of terahertz radiation. Therefore, a III-V group compound semiconductor is preferable. The III-V group compound semiconductor is not particularly limited, and examples thereof include GaAs, InP, InAs, InSb, and the like.

このようなn型半導体層22と、i型半導体層26と、p型半導体層23と、によるpin構造により、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、これによって、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
また、i型半導体層26の厚さによらず、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の位置関係が一定であるので、電界の方向を一定にすることができ、これによって、テラへルツ波の出射方向を一定にすることができる。
With such a pin structure including the n-type semiconductor layer 22, the i-type semiconductor layer 26, and the p-type semiconductor layer 23, the withstand voltage can be improved and a larger electric field can be formed on the pin structure. Intense terahertz waves can be generated.
Further, since the positional relationship between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 is constant regardless of the thickness of the i-type semiconductor layer 26, the direction of the electric field can be made constant. Thus, the emission direction of the terahertz wave can be made constant.

n型半導体層22、およびp型半導体層23の形状は、特に限定されない。
本実施形態では、図2に一例を示す。n型半導体層22は、帯状をなす帯状部224と、帯状部224の途中、すなわち中間部に設けられp型半導体層23側に突出する突出部223と、帯状部224の両端部に設けられたパッド部225とで構成されている。突出部223の形状は、図示の構成では、平面視で、四角形をなしている。なお、突出部223の形状は、四角形には限定されず、この他、例えば、円形、楕円形や、三角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。
The shapes of the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 are not particularly limited.
In this embodiment, an example is shown in FIG. The n-type semiconductor layer 22 is provided in a strip-shaped portion 224 having a strip shape, a projecting portion 223 provided in the middle of the strip-shaped portion 224, that is, in an intermediate portion, and projecting toward the p-type semiconductor layer 23, and both ends of the strip-shaped portion 224 And a pad portion 225. In the illustrated configuration, the shape of the protruding portion 223 is a quadrangle in plan view. In addition, the shape of the protrusion part 223 is not limited to a quadrangle, For example, other polygons, such as a circle, an ellipse, a triangle, a pentagon, a hexagon, etc. are mentioned.

また、本実施形態では、p型半導体層23は、n型半導体層22を反転させた形状をなしている。すなわち、p型半導体層23は、帯状をなす帯状部234と、帯状部234の途中、すなわち中間部に設けられ、n型半導体層22側に突出する突出部233と、帯状部234の両端部に設けられたパッド部235とで構成されている。突出部233の形状は、図示の構成では、平面視で、四角形をなしている。なお、突出部233の形状は、四角形には限定されず、この他、例えば、円形、楕円形や、三角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。   In the present embodiment, the p-type semiconductor layer 23 has a shape obtained by inverting the n-type semiconductor layer 22. That is, the p-type semiconductor layer 23 includes a strip-shaped portion 234 having a strip shape, a protrusion 233 that is provided in the middle of the strip-shaped portion 234, that is, in the middle portion, and protrudes toward the n-type semiconductor layer 22, and both end portions of the strip-shaped portion 234 And a pad portion 235 provided on the surface. In the illustrated configuration, the shape of the protruding portion 233 is a quadrangle in plan view. In addition, the shape of the protrusion part 233 is not limited to a quadrangle, For example, other polygons, such as circular, an ellipse, a triangle, a pentagon, a hexagon, etc. are mentioned.

n型半導体層22と、p型半導体層23とは、n型半導体層22の帯状部224とp型半導体層23の帯状部234とが平行となるように配置されている。   The n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 are arranged so that the strip-shaped portion 224 of the n-type semiconductor layer 22 and the strip-shaped portion 234 of the p-type semiconductor layer 23 are parallel to each other.

また、図1に示すように、n型半導体層22の厚さd1、およびp型半導体層23の厚さd2は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、10nm以上1μm以下であることが好ましい。なお、n型半導体層22の厚さd1と、p型半導体層23の厚さd2とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、本実施形態では、同一に設定されている。   Further, as shown in FIG. 1, the thickness d1 of the n-type semiconductor layer 22 and the thickness d2 of the p-type semiconductor layer 23 are not particularly limited, and are appropriately set according to various conditions. It is preferably 10 nm or more and 1 μm or less. The thickness d1 of the n-type semiconductor layer 22 and the thickness d2 of the p-type semiconductor layer 23 may be the same or different, but are set to be the same in this embodiment.

また、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の間の間隙25の距離(間隙距離)dは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、1μm以上10μm以下であることが好ましい。   Further, the distance (gap distance) d of the gap 25 between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 is not particularly limited and is appropriately set according to various conditions. It is preferably 10 μm or less.

また、n型半導体層22の突出部223の幅W1、およびp型半導体層23の突出部233の幅W2は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、1μm以上10μm以下であることが好ましい。なお、n型半導体層22の突出部223の幅W1とp型半導体層23の突出部233の幅W2とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、本実施形態では、同一に設定されている。   Further, the width W1 of the protruding portion 223 of the n-type semiconductor layer 22 and the width W2 of the protruding portion 233 of the p-type semiconductor layer 23 are not particularly limited and are appropriately set according to various conditions. It is preferably 10 μm or less. Note that the width W1 of the protrusion 223 of the n-type semiconductor layer 22 and the width W2 of the protrusion 233 of the p-type semiconductor layer 23 may be the same or different, but in the present embodiment, they are the same. Is set.

電極28は、n型半導体層22上に設けられている。すなわち、電極28は、n型半導体層22のパッド部225を覆うようにしてn型半導体層22に接触し、そのn型半導体層22に電気的に接続されている。
また、電極29は、p型半導体層23上に設けられている。すなわち、電極29は、p型半導体層23のパッド部235を覆うようにしてp型半導体層23に接触し、そのp型半導体層23に電気的に接続されている。
The electrode 28 is provided on the n-type semiconductor layer 22. That is, the electrode 28 is in contact with the n-type semiconductor layer 22 so as to cover the pad portion 225 of the n-type semiconductor layer 22 and is electrically connected to the n-type semiconductor layer 22.
The electrode 29 is provided on the p-type semiconductor layer 23. That is, the electrode 29 is in contact with the p-type semiconductor layer 23 so as to cover the pad portion 235 of the p-type semiconductor layer 23 and is electrically connected to the p-type semiconductor layer 23.

n型半導体層22、およびp型半導体層23の形状は、図2で示した形状ばかりでなく、図3に示した形状でもよい。
図3(a)では、n型半導体層22の突出部223が、帯状部224の一方の端部に設けられ、パッド部225が帯状部224の他方の端部に設けられている。また、p型半導体層23の突出部233が、帯状部234の一方の端部に設けられ、パッド部235が帯状部234の他方の端部に設けられている。この構造により、帯状部224、及び帯状部234を短くできるので、リーク電流を低減でき、耐圧が向上され、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。
The shape of the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 may be the shape shown in FIG. 3 as well as the shape shown in FIG.
In FIG. 3A, the protruding portion 223 of the n-type semiconductor layer 22 is provided at one end portion of the strip-shaped portion 224, and the pad portion 225 is provided at the other end portion of the strip-shaped portion 224. Further, the protruding portion 233 of the p-type semiconductor layer 23 is provided at one end portion of the strip-shaped portion 234, and the pad portion 235 is provided at the other end portion of the strip-shaped portion 234. With this structure, the belt-like portion 224 and the belt-like portion 234 can be shortened, so that the leakage current can be reduced, the withstand voltage can be improved, and a terahertz wave with higher intensity can be generated.

図3(b)では、帯状部224及び帯状部234をなくして、n型半導体層22は突出部223と、パッド部225と、から構成され、p型半導体層23は突出部233と、パッド部235と、から構成される形状としたものである。この形状によれば、図3(a)で示した形状に比べて、さらにリーク電流を低減でき、耐圧が向上され、より高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。   In FIG. 3B, the band-shaped portion 224 and the band-shaped portion 234 are eliminated, and the n-type semiconductor layer 22 includes a protruding portion 223 and a pad portion 225, and the p-type semiconductor layer 23 includes a protruding portion 233 and a pad. The portion 235 is formed into a shape. According to this shape, compared with the shape shown in FIG. 3A, the leakage current can be further reduced, the withstand voltage can be improved, and a terahertz wave having a higher intensity can be generated.

図1ないし図3において、電極28、および電極29には、それぞれ、図示しないパッド、導線、コネクター等を介して電源装置18が電気的に接続され、その電極28と電極29との間に、電極28側が正となるように、直流電圧が印加される。   In FIG. 1 to FIG. 3, the power supply device 18 is electrically connected to the electrode 28 and the electrode 29 via pads, conductors, connectors, etc. (not shown), and between the electrode 28 and the electrode 29, A DC voltage is applied so that the electrode 28 side is positive.

次に、テラヘルツ波発生装置1のアンテナ2の製造方法の一例を説明する。
まず、図7(a)に示すように、高抵抗基板24の上面に、絶縁膜71を形成し、さらに絶縁膜71の上面にレジスト層81を形成する。高抵抗基板24の上面のp型半導体層23を形成する部位のレジスト層81を除去した後、レジスト層81をマスクとして絶縁膜71を選択的にエッチング除去する。
なお、本実施形態では、高抵抗基板24として高抵抗のGaAs基板を用いた場合について説明する。また、絶縁膜71としては、SiO2膜やSiN膜を用いることができる。
Next, an example of a method for manufacturing the antenna 2 of the terahertz wave generator 1 will be described.
First, as shown in FIG. 7A, an insulating film 71 is formed on the upper surface of the high resistance substrate 24, and a resist layer 81 is further formed on the upper surface of the insulating film 71. After removing the resist layer 81 where the p-type semiconductor layer 23 is to be formed on the upper surface of the high-resistance substrate 24, the insulating film 71 is selectively removed by etching using the resist layer 81 as a mask.
In the present embodiment, a case where a high-resistance GaAs substrate is used as the high-resistance substrate 24 will be described. As the insulating film 71, a SiO 2 film or a SiN film can be used.

次に、図7(b)に示すように、レジスト層81を除去した後、選択的に開口されて露出した高抵抗基板24に対し、エピタキシャル成長法によってp型不純物を含むp型半導体層23を選択的に形成する。エピタキシャル成長法としては、気相エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長法等の方法がある。
または、i型半導体を選択的にエピタキシャル成長させた後、p型の不純物を、例えばイオン注入法、拡散法等でi型半導体にドープする方法でも良い。これにより、p型半導体層23が形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, after removing the resist layer 81, the p-type semiconductor layer 23 containing a p-type impurity is formed by epitaxial growth on the high-resistance substrate 24 that is selectively opened and exposed. Selectively form. Examples of the epitaxial growth method include a vapor phase epitaxial growth method, a metal organic vapor phase growth method, and a molecular beam epitaxial growth method.
Alternatively, after the i-type semiconductor is selectively epitaxially grown, a p-type impurity may be doped into the i-type semiconductor by, for example, an ion implantation method or a diffusion method. Thereby, the p-type semiconductor layer 23 is formed.

次に、図7(c)に示すように、p型半導体層23および絶縁膜71の上面に、レジスト層82を形成し、絶縁膜71の上面のn型半導体層22を形成する部位のレジスト層82を除去した後、レジスト層82をマスクとして絶縁膜71を選択的にエッチング除去する。   Next, as shown in FIG. 7C, a resist layer 82 is formed on the upper surfaces of the p-type semiconductor layer 23 and the insulating film 71, and a resist at a site where the n-type semiconductor layer 22 is formed on the upper surface of the insulating film 71. After the layer 82 is removed, the insulating film 71 is selectively removed by etching using the resist layer 82 as a mask.

次に、図7(d)に示すように、レジスト層82を除去した後、選択的に開口されて露出した高抵抗基板24に対し、エピタキシャル成長法によってn型不純物を含むn型半導体層22を選択的に形成する。エピタキシャル成長法としては、気相エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長法等の方法がある。
または、i型半導体を選択的にエピタキシャル成長した後、n型の不純物を例えば、イオン注入法、拡散法等でi型半導体にドープする方法でも良い。これにより、n型半導体層22が形成される。
Next, as shown in FIG. 7D, after removing the resist layer 82, the n-type semiconductor layer 22 containing an n-type impurity is formed on the high-resistance substrate 24 selectively opened and exposed by an epitaxial growth method. Selectively form. Examples of the epitaxial growth method include a vapor phase epitaxial growth method, a metal organic vapor phase growth method, and a molecular beam epitaxial growth method.
Alternatively, after selectively epitaxially growing an i-type semiconductor, an n-type impurity may be doped into the i-type semiconductor by, for example, an ion implantation method or a diffusion method. Thereby, the n-type semiconductor layer 22 is formed.

次に、図8(a)に示すように、高抵抗基板24、p型半導体層23およびn型半導体層22の上面に、i型半導体層26を形成する。形成方法としてはエピタキシャル成長法等を用いる。次に、レジスト層を形成し、i型半導体層26を形成する部位以外のレジスト層を除去し、i型半導体層26の上面にレジスト層を残す。   Next, as illustrated in FIG. 8A, an i-type semiconductor layer 26 is formed on the upper surfaces of the high-resistance substrate 24, the p-type semiconductor layer 23, and the n-type semiconductor layer 22. As a formation method, an epitaxial growth method or the like is used. Next, a resist layer is formed, the resist layer other than the part where the i-type semiconductor layer 26 is formed is removed, and the resist layer is left on the upper surface of the i-type semiconductor layer 26.

次に、図8(b)に示すように、i型半導体層26の上面のレジスト層をマスクとしてi型半導体層26をエッチングして、p型半導体層23とn型半導体層22とを跨ぐような形状になるようにi型半導体層26を形成する。
これにより、i型半導体層26が、p型半導体層23と、n型半導体層22と、の間隙25を埋めるように形成され、また、i型半導体層26の下面262の一部と、p型半導体層23の上面231の一部及びn型半導体層22の上面221の一部と、が接続され、i型半導体層26の上面261は、p型半導体層23及びn型半導体層22とは接触しない構造が形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, the i-type semiconductor layer 26 is etched using the resist layer on the upper surface of the i-type semiconductor layer 26 as a mask, and straddles the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22. The i-type semiconductor layer 26 is formed to have such a shape.
As a result, the i-type semiconductor layer 26 is formed so as to fill the gap 25 between the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22, and a part of the lower surface 262 of the i-type semiconductor layer 26 and p A part of the upper surface 231 of the n-type semiconductor layer 23 and a part of the upper surface 221 of the n-type semiconductor layer 22 are connected, and the upper surface 261 of the i-type semiconductor layer 26 is connected to the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22. A structure that does not contact is formed.

次に、金属層を形成した後、レジスト層でマスクを形成し、金属層をエッチングすることにより、図8(c)に示すように、電極28、29が形成される。
以上のようにして、アンテナ2が製造される。電極としては、低抵抗の材料であれば制限なく利用することができる。例えば、金、銀、銅、プラチナ、アルミニウム、チタンなどが使える。
Next, after forming a metal layer, a mask is formed with a resist layer, and the metal layer is etched to form electrodes 28 and 29 as shown in FIG. 8C.
The antenna 2 is manufactured as described above. As the electrode, any low-resistance material can be used without limitation. For example, gold, silver, copper, platinum, aluminum and titanium can be used.

次に、テラヘルツ波発生装置1の作用について説明する。
テラヘルツ波発生装置1では、まず、光源装置3の光パルス発生部4で、光パルスを発生させる。光パルス発生部4で発生した光パルスのパルス幅は、目標のパルス幅に比べて大きい。その光パルス発生部4で発生した光パルスは、導波路を通り、第1のパルス圧縮部5、増幅部6、第2のパルス圧縮部7をこの順序で順次通過する。
Next, the operation of the terahertz wave generator 1 will be described.
In the terahertz wave generator 1, first, an optical pulse is generated by the optical pulse generator 4 of the light source device 3. The pulse width of the optical pulse generated by the optical pulse generator 4 is larger than the target pulse width. The optical pulse generated by the optical pulse generation unit 4 passes through the waveguide, and sequentially passes through the first pulse compression unit 5, the amplification unit 6, and the second pulse compression unit 7 in this order.

まず、第1のパルス圧縮部5で、光パルスに対し、可飽和吸収に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅が減少する。次に、増幅部6で、光パルスが増幅される。最後に、第2のパルス圧縮部7で、光パルスに対し、群速度分散補償に基づくパルス圧縮がなされ、光パルスのパルス幅がさらに減少する。このようにして、目標のパルス幅の光パルスが発生し、第2のパルス圧縮部7から出射する。   First, in the first pulse compression unit 5, pulse compression based on saturable absorption is performed on the optical pulse, and the pulse width of the optical pulse is reduced. Next, the optical pulse is amplified by the amplification unit 6. Finally, in the second pulse compression unit 7, pulse compression based on group velocity dispersion compensation is performed on the optical pulse, and the pulse width of the optical pulse is further reduced. In this way, an optical pulse having a target pulse width is generated and emitted from the second pulse compression unit 7.

アンテナ2の電極28及び電極29には、電源装置18が接続され、p型半導体層23には正電位が印加され、n型半導体層22には負電位が印加されている。
光源装置3から出射した光パルスは、アンテナ2の間隙25におけるi型半導体層26に照射され、そのi型半導体層26でテラヘルツ波が発生する。このテラヘルツ波は、i型半導体層26の下面262、すなわち出射面から出射する。
The power supply device 18 is connected to the electrode 28 and the electrode 29 of the antenna 2, a positive potential is applied to the p-type semiconductor layer 23, and a negative potential is applied to the n-type semiconductor layer 22.
The light pulse emitted from the light source device 3 is applied to the i-type semiconductor layer 26 in the gap 25 of the antenna 2, and a terahertz wave is generated in the i-type semiconductor layer 26. The terahertz wave is emitted from the lower surface 262 of the i-type semiconductor layer 26, that is, the emission surface.

以上説明したように、このテラヘルツ波発生装置1によれば、pin構造により、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、これによって、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。   As described above, according to the terahertz wave generator 1, the withstand voltage is improved by the pin structure, and a larger electric field can be formed on the pin structure, thereby generating a high-intensity terahertz wave. it can.

本実施形態のアンテナ2は、図1に示すように、i型半導体層26が、p型半導体層23、及びn型半導体層22と、i型半導体層26の下面262により接触することによって、i型半導体層26の膜内部264に間隙25の電界263を形成することができる。このような構造によって、表面準位等の欠陥が多数存在するi型半導体層26の上面261を導通するリーク電流が発生しない。従って、耐電圧が向上し、これにより大きい電界を形成することができ、これによって、高い強度のテラヘルツ波を発生することができる。   In the antenna 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the i-type semiconductor layer 26 is in contact with the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 by the lower surface 262 of the i-type semiconductor layer 26. An electric field 263 of the gap 25 can be formed in the film interior 264 of the i-type semiconductor layer 26. With such a structure, a leak current that conducts the upper surface 261 of the i-type semiconductor layer 26 in which many defects such as surface states exist is not generated. Accordingly, the withstand voltage is improved, and a larger electric field can be formed on the withstand voltage, whereby a high-intensity terahertz wave can be generated.

また、i型半導体層26の厚さによらず、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の位置関係が一定であるので、電界の方向を一定にすることができ、これによって、テラへルツ波の出射方向を一定にすることができる。   Further, since the positional relationship between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23 is constant regardless of the thickness of the i-type semiconductor layer 26, the direction of the electric field can be made constant. Thus, the emission direction of the terahertz wave can be made constant.

また、光源装置3が第1のパルス圧縮部5、増幅部6、および第2のパルス圧縮部7を有しているので、光源装置3の小型化、ひいてはテラヘルツ波発生装置1の小型化を図りつつ、所望の波高で、かつ所望のパルス幅の光パルスを発生することができ、これにより、所望のテラヘルツ波を確実に発生することができる。   Further, since the light source device 3 includes the first pulse compression unit 5, the amplification unit 6, and the second pulse compression unit 7, the light source device 3 can be downsized, and the terahertz wave generator 1 can be downsized. As shown, an optical pulse having a desired wave height and a desired pulse width can be generated, whereby a desired terahertz wave can be reliably generated.

なお、本実施形態では、平面視で、i型半導体層26は、p型半導体層23の突出部233、及びn型半導体層22の突出部223を大きく覆う形状になっているが、かならずしもこの形状に限定されるものではない。例えば、少なくともp型半導体層23の突出部233と、n型半導体層22の突出部223と、の間隙25を覆うようにi型半導体層26が形成されていればよい。   In this embodiment, the i-type semiconductor layer 26 has a shape that largely covers the protruding portion 233 of the p-type semiconductor layer 23 and the protruding portion 223 of the n-type semiconductor layer 22 in plan view. The shape is not limited. For example, the i-type semiconductor layer 26 may be formed so as to cover at least the gap 25 between the protruding portion 233 of the p-type semiconductor layer 23 and the protruding portion 223 of the n-type semiconductor layer 22.

<第2実施形態>
図9は、本発明のアンテナの第2実施形態を示す断面図である。
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the antenna of the present invention.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.

図9に示すように、第2実施形態のアンテナ2では、高抵抗基板24の、少なくともp型半導体層23の突出部233とn型半導体層22の突出部223との間隙25の領域部分に高抵抗基板の溝265が形成され、i型半導体層26が高抵抗基板の溝265を埋めてi型半導体層26の下面262が間隙25の領域部分において溝265の底面と接する構造となっている。さらに、n型半導体層22の一方の側面227とp型半導体層23の一方の側面237とが、i型半導体層26を介して対向する構造となる。   As shown in FIG. 9, in the antenna 2 of the second embodiment, at least a region of the gap 25 between the protrusion 233 of the p-type semiconductor layer 23 and the protrusion 223 of the n-type semiconductor layer 22 of the high resistance substrate 24. A groove 265 of the high resistance substrate is formed, the i-type semiconductor layer 26 fills the groove 265 of the high resistance substrate, and the lower surface 262 of the i-type semiconductor layer 26 is in contact with the bottom surface of the groove 265 in the region of the gap 25. Yes. Further, one side surface 227 of the n-type semiconductor layer 22 and one side surface 237 of the p-type semiconductor layer 23 are opposed to each other with the i-type semiconductor layer 26 interposed therebetween.

これにより、p型半導体層23の突出部233と、n型半導体層22の突出部223と、の間に印加される電界263は、欠陥準位の多いi型半導体層26の下面262からさらに離れ、よりi型半導体層26の内部に位置するようになる。従って、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の間の間隙25におけるリーク電流の発生をより確実に防止することができる。   Accordingly, an electric field 263 applied between the protrusion 233 of the p-type semiconductor layer 23 and the protrusion 223 of the n-type semiconductor layer 22 is further increased from the lower surface 262 of the i-type semiconductor layer 26 having many defect levels. It is further away and is located inside the i-type semiconductor layer 26 more. Accordingly, it is possible to more reliably prevent the occurrence of a leakage current in the gap 25 between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23.

次に、テラヘルツ波発生装置1のアンテナ2の製造方法に関しては、第1実施形態との違いは、高抵抗基板の溝265を形成する部分だけなので、その製造工程について図11を参照し二つの工程例を説明する。   Next, regarding the method for manufacturing the antenna 2 of the terahertz wave generating device 1, the difference from the first embodiment is only the portion where the groove 265 of the high resistance substrate is formed. A process example will be described.

まず、第1の工程例は、図11(a)に示すように、工程の最初に高抵抗基板24の溝265を形成する方法である。高抵抗基板24の上のp型半導体層23、及びn型半導体層22を形成する予定の位置に、マスク用のレジスト層83を形成し、このレジスト層83をマスクとして高抵抗基板24をエッチンクすることにより、溝265を形成する。レジスト層83を除去した後、図7(a)に続く。以降の工程でレジスト層83を除去した位置にp型半導体層23、及びn型半導体層22を形成する。以降の説明は省略する。   First, as shown in FIG. 11A, the first process example is a method of forming the groove 265 of the high resistance substrate 24 at the beginning of the process. A resist layer 83 for masking is formed at a position where the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 are to be formed on the high-resistance substrate 24, and the high-resistance substrate 24 is etched using the resist layer 83 as a mask. Thus, the groove 265 is formed. After removing the resist layer 83, the process continues to FIG. The p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 are formed at the position where the resist layer 83 is removed in the subsequent steps. The subsequent description is omitted.

第2の工程例は、図7(a)から図7(d)までの工程は第1実施形態と同じである。第2実施形態の第2の工程例においては、図7(d)で絶縁膜71を除去した後、図11(b)に示すように、高抵抗基板の溝265を形成する。
溝の形成は、p型半導体層23、及びn型半導体層22をマスクとしてエッチング形成しても良いし、p型半導体層23、及びn型半導体層22の上にマスク用にレジスト層を形成し、レジスト層をマスクとしてエッチング形成しても良い。その後図8(a)の工程へ続くので、以降の説明は省略する。
このアンテナ2によれば、前述した第1実施形態と同様の効果も得られる。
なお、この第2実施形態は、後述する第3実施形態にも適用することができる。
In the second process example, the processes from FIG. 7A to FIG. 7D are the same as those in the first embodiment. In the second process example of the second embodiment, after removing the insulating film 71 in FIG. 7D, a groove 265 of the high resistance substrate is formed as shown in FIG. 11B.
The groove may be formed by etching using the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 as a mask, or a resist layer is formed on the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 as a mask. Then, etching may be formed using the resist layer as a mask. Thereafter, the process continues to the step of FIG.
According to this antenna 2, the same effect as the first embodiment described above can be obtained.
This second embodiment can also be applied to a third embodiment described later.

<第3実施形態>
図10は、本発明のアンテナの第3実施形態を示す断面図である。
以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the antenna of the present invention.
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of the same matters will be omitted.

図10に示すように、第3実施形態のアンテナ2では、n型半導体層22が膜厚方向に不純物の濃度分布を有しており、n型半導体層22の下面222側にn型半導体層の低濃度領域226aが設けられ、n型半導体層22の上面221側にn型半導体層の高濃度領域226bが設けられている。   As shown in FIG. 10, in the antenna 2 of the third embodiment, the n-type semiconductor layer 22 has an impurity concentration distribution in the film thickness direction, and the n-type semiconductor layer is on the lower surface 222 side of the n-type semiconductor layer 22. The low concentration region 226a is provided, and the n type semiconductor layer high concentration region 226b is provided on the upper surface 221 side of the n type semiconductor layer 22.

不純物濃度については第1実施形態の項で説明したので省略するが、高濃度領域226bの不純物濃度は、低濃度領域226a領域の不純物濃度よりも多ければよいが、1桁以上多いことが望ましい。不純物の濃度分布に関しては、濃度が多い領域と少ない領域が2層、あるいは多層で構成されていても良いし、濃度勾配(濃度分布)を有して連続的に濃度が変化していても良い。   The impurity concentration is omitted because it has been described in the section of the first embodiment, but the impurity concentration in the high concentration region 226b may be higher than the impurity concentration in the low concentration region 226a region, but it is preferably one digit or more. Concerning the impurity concentration distribution, the high concentration region and the low concentration region may be constituted by two layers or multiple layers, or the concentration may change continuously with a concentration gradient (concentration distribution). .

さらに、p型半導体層23が膜厚方向に不純物の濃度分布を有しており、p型半導体層23の下面232側にp型半導体層の低濃度領域236aが設けられ、p型半導体層23の上面231側にp型半導体層の高濃度領域236bが設けられている。
高濃度領域236bの不純物濃度は、低濃度領域236a領域の不純物濃度よりも多ければよいが、1桁以上多いことが望ましい。
Further, the p-type semiconductor layer 23 has an impurity concentration distribution in the film thickness direction, and a low-concentration region 236 a of the p-type semiconductor layer is provided on the lower surface 232 side of the p-type semiconductor layer 23. A high-concentration region 236b of a p-type semiconductor layer is provided on the upper surface 231 side.
The impurity concentration in the high-concentration region 236b may be higher than the impurity concentration in the low-concentration region 236a, but it is preferably one digit or more.

不純物の濃度分布に関しては、濃度が多い領域と少ない領域が2層、あるいは多層で構成されていても良いし、濃度勾配を有して連続的に濃度が変化していても良い。さらに、n型半導体層22の一方の側面227とp型半導体層23の一方の側面237とが、i型半導体層26を介して対向する構造となる。   Regarding the impurity concentration distribution, a region having a high concentration and a region having a low concentration may be constituted by two layers or multiple layers, or the concentration may continuously change with a concentration gradient. Further, one side surface 227 of the n-type semiconductor layer 22 and one side surface 237 of the p-type semiconductor layer 23 are opposed to each other with the i-type semiconductor layer 26 interposed therebetween.

これにより、第2実施形態と同様に、p型半導体層23の突出部233とn型半導体層22の突出部223との間に印加される電界263は、欠陥準位の多いi型半導体層26の下面262からさらに離れ、よりi型半導体層26の内部に位置するようになる。従って、n型半導体層22と、p型半導体層23と、の間の間隙25におけるリーク電流の発生をより確実に防止することができる。   Thus, as in the second embodiment, the electric field 263 applied between the protruding portion 233 of the p-type semiconductor layer 23 and the protruding portion 223 of the n-type semiconductor layer 22 is an i-type semiconductor layer having many defect levels. It is further away from the lower surface 262 of the I-type semiconductor layer 26 and is located more inside the i-type semiconductor layer 26. Accordingly, it is possible to more reliably prevent the occurrence of a leakage current in the gap 25 between the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 23.

製造工程に関しては、p型半導体層23、及びn型半導体層22を、エピタキシャル成長する時に不純物添加条件を、成長初期には不純物濃度を、少なくなるようにコントロールし、成長終了には、不純物濃度が多くなるようにコントロールすることによって作製することができる。従って、第2実施形態のように高抵抗基板24の溝265を形成する工程を省略できるので、より短い工程で同様な効果ら得られる。   Regarding the manufacturing process, the impurity addition conditions are controlled so that the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 are epitaxially grown, and the impurity concentration is controlled to be low at the initial stage of growth. It can produce by controlling so that it may increase. Accordingly, since the step of forming the groove 265 of the high resistance substrate 24 as in the second embodiment can be omitted, the same effect can be obtained in a shorter step.

このアンテナ2によれば、前述した第1実施形態、及び第2実施形態と同様の効果も得られる。さらに、第2実施形態よりも短い工程で簡単に作製できるという効果がある。   According to this antenna 2, the same effect as the first embodiment and the second embodiment described above can be obtained. Furthermore, there exists an effect that it can manufacture simply by a process shorter than 2nd Embodiment.

<イメージング装置の実施形態>
図12は、本発明のイメージング装置の実施形態を示すブロック図、図13は、図12に示すイメージング装置のテラヘルツ波検出装置を示す平面図、図14は、対象物のテラヘルツ帯でのスペクトルを示すグラフ、図15は、対象物の物質A、BおよびCの分布を示す画像の図である。
<Embodiment of Imaging Apparatus>
12 is a block diagram showing an embodiment of the imaging apparatus of the present invention, FIG. 13 is a plan view showing a terahertz wave detecting apparatus of the imaging apparatus shown in FIG. 12, and FIG. 14 is a spectrum of the target in the terahertz band. The graph shown in FIG. 15 is an image of the distribution of the substances A, B and C of the object.

図12に示すように、イメージング装置100は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置1と、テラヘルツ波発生装置1から出射し、対象物150を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置11と、テラヘルツ波検出装置11の検出結果に基づいて、対象物150の画像、すなわち、画像データを生成する画像形成部12とを備えている。なお、テラヘルツ波発生置1については、その説明を省略する。   As illustrated in FIG. 12, the imaging apparatus 100 includes a terahertz wave generation apparatus 1 that generates a terahertz wave, and a terahertz wave detection apparatus that detects a terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generation apparatus 1 and transmitted or reflected by the object 150. 11 and an image forming unit 12 that generates an image of the object 150, that is, image data, based on the detection result of the terahertz wave detection device 11. Description of the terahertz wave generator 1 is omitted.

また、図13に示すように、テラヘルツ波検出装置11としては、例えば、目的の波長のテラヘルツ波を通過させるフィルター15と、フィルター15を通過した目的の波長のテラヘルツ波を熱に変換して検出する検出部17とを備えたものを用いる。また、検出部17としては、例えば、テラヘルツ波を熱に変換して検出するもの、すなわち、テラヘルツ波を熱に変換し、そのテラヘルツ波のエネルギー(強度)を検出し得るものを用いる。
このような検出部としては、例えば、焦電センサー、ボロメーター等が挙げられる。なお、テラヘルツ波検出装置11としては、前述の構成のものに限定されないことは、言うまでもない。
As shown in FIG. 13, as the terahertz wave detection device 11, for example, a filter 15 that transmits a terahertz wave having a target wavelength and a terahertz wave having a target wavelength that has passed through the filter 15 are converted into heat and detected. What is provided with the detection part 17 which performs is used. For example, a detector that converts terahertz waves into heat and detects them, that is, a detector that converts terahertz waves into heat and can detect the energy (intensity) of the terahertz waves is used.
Examples of such a detection unit include a pyroelectric sensor and a bolometer. Needless to say, the terahertz wave detection device 11 is not limited to the above-described configuration.

また、フィルター15は、2次元的に配置された複数の画素(単位フィルター部)16を有している。すなわち、各画素16は、行列状に配置されている。   The filter 15 includes a plurality of pixels (unit filter units) 16 that are two-dimensionally arranged. That is, the pixels 16 are arranged in a matrix.

また、各画素16は、互いに異なる波長のテラヘルツ波を通過させる複数の領域、すなわち、通過させるテラヘルツ波の波長(以下、「通過波長」とも言う)が互いに異なる複数の領域を有している。なお、図示の構成では、各画素16は、第1の領域161、第2の領域162、第3の領域163および第4の領域164を有している。   Each pixel 16 has a plurality of regions that transmit terahertz waves having different wavelengths, that is, a plurality of regions that have different wavelengths of terahertz waves that pass (hereinafter also referred to as “passing wavelengths”). In the illustrated configuration, each pixel 16 includes a first region 161, a second region 162, a third region 163, and a fourth region 164.

また、検出部17は、フィルター15の各画素16の第1の領域161、第2の領域162、第3の領域163および第4の領域164に対応してそれぞれ設けられた第1の単位検出部171、第2の単位検出部172、第3の単位検出部173および第4の単位検出部174を有している。各第1の単位検出部171、各第2の単位検出部172、各第3の単位検出部173および各第4の単位検出部174は、それぞれ、各画素16の第1の領域161、第2の領域162、第3の領域163および第4の領域164を通過したテラヘルツ波を熱に変換して検出する。これにより、各画素16のそれぞれにおいて、4つの目的の波長のテラヘルツ波をそれぞれ確実に検出することができる。   The detection unit 17 also includes a first unit detection provided corresponding to the first region 161, the second region 162, the third region 163, and the fourth region 164 of each pixel 16 of the filter 15. A unit 171, a second unit detector 172, a third unit detector 173, and a fourth unit detector 174. Each first unit detector 171, each second unit detector 172, each third unit detector 173, and each fourth unit detector 174 are respectively the first region 161 of each pixel 16, The terahertz wave that has passed through the second region 162, the third region 163, and the fourth region 164 is converted into heat and detected. Thereby, each of the pixels 16 can reliably detect terahertz waves having four target wavelengths.

次に、イメージング装置100の使用例について説明する。
まず、図15に示すように、分光イメージングの対象となる対象物150は、3つの物質A、B、およびCで構成されている。イメージング装置100は、この対象物150の分光イメージングを行う。また、ここでは、一例として、テラヘルツ波検出装置1は、対象物150を反射したテラヘルツ波を検出することとする。
Next, a usage example of the imaging apparatus 100 will be described.
First, as shown in FIG. 15, an object 150 to be subjected to spectral imaging is composed of three substances A, B, and C. The imaging apparatus 100 performs spectral imaging of the object 150. Here, as an example, the terahertz wave detection device 1 detects a terahertz wave reflected from the object 150.

次に、図13に示すテラヘルツ波検出装置1のフィルター15の各画素16においては、第1の領域161および第2の領域162を使用する。
また、第1の領域161の通過波長をλ1、第2の領域162の通過波長をλ2とし、対象物150で反射したテラヘルツ波の波長λ1の成分の強度をα1、波長λ2の成分の強度をα2としたとき、その強度α2と強度α1の差分(α2−α1)が、物質Aと物質Bと物質Cとで、互いに顕著に区別できるように、第1の領域161の通過波長λ1および第2の領域162の通過波長λ2が設定されている。
Next, in each pixel 16 of the filter 15 of the terahertz wave detection device 1 illustrated in FIG. 13, the first region 161 and the second region 162 are used.
Further, the transmission wavelength of the first region 161 is λ1, the transmission wavelength of the second region 162 is λ2, the intensity of the component of wavelength λ1 of the terahertz wave reflected by the object 150 is α1, and the intensity of the component of wavelength λ2 is When α2 is set, the difference (α2−α1) between the intensity α2 and the intensity α1 can be distinguished from each other among the substance A, the substance B, and the substance C so that they can be distinguished from each other. The pass wavelength λ2 of the second region 162 is set.

図14に示すように、物質Aにおいては、対象物150で反射したテラヘルツ波の波長λ2の成分の強度α2と波長λ1の成分の強度α1の差分(α2−α1)は、正値となる。
また、物質Bにおいては、強度α2と強度α1の差分(α2−α1)は、零となる。
また、物質Cにおいては、強度α2と強度α1の差分(α2−α1)は、負値となる。
As shown in FIG. 14, in the substance A, the difference (α2−α1) between the intensity α2 of the component of wavelength λ2 and the intensity α1 of the component of wavelength λ1 reflected by the target 150 is a positive value.
In the substance B, the difference (α2−α1) between the intensity α2 and the intensity α1 is zero.
Further, in the substance C, the difference (α2−α1) between the intensity α2 and the intensity α1 is a negative value.

イメージング装置100により、対象物150の分光イメージングを行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置1により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物150に照射する。そして、対象物150で反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置11で、強度α1および強度α2として検出する。この検出結果は、画像形成部12に送出される。なお、この対象物150へのテラヘルツ波の照射および対象物150で反射したテラヘルツ波の検出は、対象物150の全体に対して行う。   When spectral imaging of the object 150 is performed by the imaging apparatus 100, first, a terahertz wave is generated by the terahertz wave generator 1, and the object 150 is irradiated with the terahertz wave. Then, the terahertz wave reflected by the object 150 is detected by the terahertz wave detection device 11 as the intensity α1 and the intensity α2. This detection result is sent to the image forming unit 12. Note that the irradiation of the terahertz wave to the object 150 and the detection of the terahertz wave reflected by the object 150 are performed on the entire object 150.

画像形成部12においては、前述の検出結果に基づいて、フィルター15の第2の領域162を通過したテラヘルツ波の波長λ2の成分の強度α2と、第1の領域161を通過したテラヘルツ波の波長λ1の成分の強度α1との差分(α2−α1)を求める。そして、対象物150のうち、求めた差分が正値となる部位を物質A、求めた差分が零となる部位を物質B、求めた差分が負値となる部位を物質Cと判断し、特定する。   In the image forming unit 12, the intensity α2 of the component of the wavelength λ2 of the terahertz wave that has passed through the second region 162 of the filter 15 and the wavelength of the terahertz wave that has passed through the first region 161 based on the detection result described above. The difference (α2−α1) from the intensity α1 of the component of λ1 is obtained. Then, in the object 150, the part where the calculated difference is a positive value is determined as the substance A, the part where the calculated difference is zero is determined as the substance B, and the part where the calculated difference is a negative value is determined as the substance C. To do.

また、画像形成部12では、図15に示すように、対象物150の物質A、B、およびCの分布を示す画像の画像データを作成する。この画像データは、画像形成部12から図示しないモニターに送出され、そのモニターにおいて、対象物150の物質A、B、およびCの分布を示す画像が表示される。この場合、例えば、対象物150の物質Aの分布する領域は黒色、物質Bの分布する領域は灰色、物質Cの分布する領域は白色に色分けして表示される。このイメージング装置100では、以上のように、対象物150を構成する各物質の同定と、その各部質の分布測定とを同時に行うことができる。   Further, the image forming unit 12 creates image data of an image indicating the distribution of the substances A, B, and C of the object 150 as shown in FIG. The image data is sent from the image forming unit 12 to a monitor (not shown), and an image showing the distribution of the substances A, B, and C of the object 150 is displayed on the monitor. In this case, for example, the region where the substance A of the object 150 is distributed is displayed in black, the region where the substance B is distributed is gray, and the region where the substance C is distributed is displayed in white. As described above, the imaging apparatus 100 can simultaneously identify each substance constituting the object 150 and measure the distribution of each property.

なお、イメージング装置100の用途は、上記のものに限らず、例えば、人物に対してテラヘルツ波を照射し、その人物を透過または反射したテラヘルツ波を検出し、画像形成部12において処理を行うことにより、その人物が、拳銃、ナイフ、違法な薬物等を所持しているか否かを判別することもできる。   The application of the imaging apparatus 100 is not limited to the above, and for example, a terahertz wave is irradiated on a person, a terahertz wave transmitted or reflected by the person is detected, and the image forming unit 12 performs processing. Thus, it is possible to determine whether or not the person has a handgun, a knife, an illegal drug, or the like.

<計測装置の実施形態>
図16は、本発明の計測装置の実施形態を示すブロック図である。
以下、計測装置の実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Embodiment of measuring device>
FIG. 16 is a block diagram showing an embodiment of the measuring apparatus of the present invention.
Hereinafter, the embodiment of the measurement apparatus will be described with a focus on the differences from the above-described embodiment of the imaging apparatus, the same matters are denoted by the same reference numerals as those of the above-described embodiment, and the detailed description thereof will be omitted.

図16に示すように、計測装置200は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置1と、テラヘルツ波発生装置1から出射し、対象物160を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置11と、テラヘルツ波検出装置11の検出結果に基づいて、対象物160を計測する計測部13とを備えている。   As illustrated in FIG. 16, the measurement device 200 includes a terahertz wave generation device 1 that generates a terahertz wave, and a terahertz wave detection device that detects the terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generation device 1 and transmitted or reflected by the object 160. 11 and a measurement unit 13 that measures the object 160 based on the detection result of the terahertz wave detection device 11.

次に、計測装置200の使用例について説明する。
計測装置200により、対象物160の分光計測を行う際は、まず、テラヘルツ波発生装置1により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物160に照射する。そして、対象物160を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置11で検出する。この検出結果は、計測部13に送出される。なお、この対象物160へのテラヘルツ波の照射および対象物160を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物160の全体に対して行う。
Next, a usage example of the measuring device 200 will be described.
When performing spectroscopic measurement of the object 160 with the measuring device 200, first, a terahertz wave is generated by the terahertz wave generator 1, and the object 160 is irradiated with the terahertz wave. Then, the terahertz wave transmitted or reflected by the object 160 is detected by the terahertz wave detection device 11. This detection result is sent to the measurement unit 13. Note that the irradiation of the terahertz wave to the object 160 and the detection of the terahertz wave transmitted or reflected by the object 160 are performed on the entire object 160.

計測部13においては、前述の検出結果から、フィルター15の第1の領域161、第2の領域162、第3の領域163および第4の領域164を通過したテラヘルツ波のそれぞれの強度を把握し、対象物160の成分およびその分布の分析等を行う。   In the measurement unit 13, the intensities of the terahertz waves that have passed through the first region 161, the second region 162, the third region 163, and the fourth region 164 of the filter 15 are grasped from the detection result described above. The analysis of the components of the object 160 and the distribution thereof is performed.

<カメラの実施形態>
図17は、本発明のカメラの実施形態を示すブロック図である。
以下、カメラの実施形態について、前述したイメージング装置の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については前述の実施形態と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図17に示すように、カメラ300は、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置1と、テラヘルツ波発生装置1から出射し、対象物170を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置11とを備えている。
<Embodiment of Camera>
FIG. 17 is a block diagram showing an embodiment of the camera of the present invention.
Hereinafter, the embodiment of the camera will be described focusing on the differences from the above-described embodiment of the imaging apparatus, the same matters will be denoted by the same reference numerals as those of the above-described embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
As illustrated in FIG. 17, the camera 300 includes a terahertz wave generation device 1 that generates a terahertz wave, and a terahertz wave detection device 11 that detects the terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generation device 1 and transmitted or reflected by the object 170. And.

次に、カメラ300の使用例について説明する。
カメラ300により、対象物170を撮像する際は、まず、テラヘルツ波発生装置1により、テラヘルツ波を発生し、そのテラヘルツ波を対象物170に照射する。そして、対象物170を透過または反射したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出装置11で検出する。この検出結果は、記憶部14に送出され、記憶される。なお、この対象物170へのテラヘルツ波の照射および対象物170を透過または反射したテラヘルツ波の検出は、対象物170の全体に対して行う。
また、前述した検出結果は、例えば、パーソナルコンピューター等の外部装置に送信することもできる。パーソナルコンピューターでは、検出結果に基づいて、各処理を行うことができる。
Next, a usage example of the camera 300 will be described.
When the object 170 is imaged by the camera 300, first, the terahertz wave is generated by the terahertz wave generator 1, and the object 170 is irradiated with the terahertz wave. Then, the terahertz wave transmitted or reflected by the object 170 is detected by the terahertz wave detection device 11. This detection result is sent to and stored in the storage unit 14. The irradiation of the terahertz wave to the object 170 and the detection of the terahertz wave transmitted or reflected by the object 170 are performed on the entire object 170.
Moreover, the detection result mentioned above can also be transmitted to external apparatuses, such as a personal computer, for example. In the personal computer, each process can be performed based on the detection result.

以上、本発明のアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を、図示の一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。   As described above, the antenna, the terahertz wave generation device, the camera, the imaging device, and the measurement device of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited thereto, and the configuration of each unit is as follows. Any structure having a similar function can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention.

また、本発明は、各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。   In addition, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the embodiments.

また、上記実施形態では、第1不純物含有半導体層をn型半導体層とし、第2不純物含有半導体層をp型半導体層としたが、本発明では、これに限定されず、第1不純物含有半導体層をp型半導体層とし、第2不純物含有半導体層をn型半導体層としてもよい。   In the above embodiment, the first impurity-containing semiconductor layer is an n-type semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer is a p-type semiconductor layer. However, the present invention is not limited to this, and the first impurity-containing semiconductor layer is used. The layer may be a p-type semiconductor layer, and the second impurity-containing semiconductor layer may be an n-type semiconductor layer.

また、本発明では、光源装置において、光パルス発生部が別体になっていてもよい。   In the present invention, in the light source device, the light pulse generator may be a separate body.

本発明で実現された高性能なアンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置を用いれば、高感度の分析装置に応用することができ、例えば薬剤製造における品質検査の検査装置に利用できる。また、分子結合状態を高感度に検知できるというテラヘルツ波の特性から、高分子物質の分析、例えば、たんぱく質等の高感度なイメージング装置や分析計測装置に利用できる。したがって、医療分野への応用が期待され、その発展に大きく貢献するものである。   If the high-performance antenna, terahertz wave generator, camera, imaging device, and measuring device realized in the present invention are used, it can be applied to a highly sensitive analyzer, for example, used for an inspection device for quality inspection in pharmaceutical manufacture. it can. In addition, because of the terahertz wave characteristic that the molecular bonding state can be detected with high sensitivity, it can be used for analysis of polymer substances, for example, high-sensitivity imaging devices such as proteins and analytical measurement devices. Therefore, it is expected to be applied to the medical field and greatly contributes to its development.

1…テラヘルツ波発生装置 2…アンテナ 3…光源装置 4…光パルス発生部 5…第1のパルス圧縮部 6…増幅部 7…第2のパルス圧縮部 11…テラヘルツ波検出装置 12…画像形成部 13…計測部 14…記憶部 15…フィルター 16…画素 17…検出部 18…電源装置 20…アンテナ本体 22…n型半導体層 23…p型半導体層 24…高抵抗基板 25…間隙 26…i型半導体層 28、29…電極 30…回折格子 31…基板 32、35…クラッド層 33…活性層 34…導波路構成プロセス用エッチングストップ層 36…コンタクト層 37…絶縁層 38、391〜395…電極 81、82、83、85…レジスト層 84…金属層 100…イメージング装置 150、160、170…対象物 161…第1の領域 162…第2の領域 163…第3の領域 164…第4の領域 171…第1の単位検出部 172…第2の単位検出部 173…第3の単位検出部 174…第4の単位検出部 200…計測装置 221…n型半導体層の上面 222…n型半導体層の下面 223…n型半導体層の突出部 224…n型半導体層の帯状部 225…パット部 226a…n型半導体層の低濃度領域 226b…n型半導体層の高濃度領域 227…n型半導体層の一方の側面 231…p型半導体層の上面 232…p型半導体層の下面 233…p型半導体層の突出部 234…p型半導体層の帯状部 235…パット部 236a…p型半導体層の低濃度領域236b…p型半導体層の高濃度領域 237…p型半導体層の一方の側面 261…i型半導体層の上面 262…i型半導体層の下面 263…間隙の電界 264…i型半導体層の膜内部 265…高抵抗基板の溝 300…カメラ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Terahertz wave generator 2 ... Antenna 3 ... Light source device 4 ... Optical pulse generator 5 ... 1st pulse compression part 6 ... Amplification part 7 ... 2nd pulse compression part 11 ... Terahertz wave detection apparatus 12 ... Image formation part DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Measurement part 14 ... Memory | storage part 15 ... Filter 16 ... Pixel 17 ... Detection part 18 ... Power supply device 20 ... Antenna main body 22 ... N-type semiconductor layer 23 ... P-type semiconductor layer 24 ... High resistance substrate 25 ... Gap 26 ... i-type Semiconductor layer 28, 29 ... Electrode 30 ... Diffraction grating 31 ... Substrate 32, 35 ... Cladding layer 33 ... Active layer 34 ... Etching stop layer for waveguide construction process 36 ... Contact layer 37 ... Insulating layer 38, 391-395 ... Electrode 81 , 82, 83, 85 ... resist layer 84 ... metal layer 100 ... imaging device 150, 160, 170 ... object 161 ... 1 area 162 ... 2nd area 163 ... 3rd area 164 ... 4th area 171 ... 1st unit detection part 172 ... 2nd unit detection part 173 ... 3rd unit detection part 174 ... 4th Unit detection unit 200 ... Measuring device 221 ... Upper surface of n-type semiconductor layer 222 ... Lower surface of n-type semiconductor layer 223 ... Projection part of n-type semiconductor layer 224 ... Band-like part of n-type semiconductor layer 225 ... Pad part 226a ... n-type semiconductor Low-concentration region 226b High concentration region of n-type semiconductor layer 227 One side surface of n-type semiconductor layer 231 Upper surface of p-type semiconductor layer 232 Lower surface of p-type semiconductor layer 233 Projecting portion of p-type semiconductor layer 234... P-type semiconductor layer strip 235... Pad portion 236 a... P-type semiconductor layer low-concentration region 236 b... P-type semiconductor layer high-concentration region 237. Upper surface of semiconductor layer 262 ... Lower surface of i-type semiconductor layer 263 ... Electric field in gap 264 ... Inside film of i-type semiconductor layer 265 ... Groove in high-resistance substrate 300 ... Camera.

Claims (13)

パルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナであって、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型、及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、
前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、
前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、
平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ
前記第1不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第2不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記i型半導体層が配置されていることを特徴とするアンテナ。
An antenna that generates terahertz waves when irradiated with pulsed light,
A substrate,
A first impurity-containing semiconductor layer located on the substrate and made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type;
A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material located on the substrate and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type;
An i-type semiconductor layer formed on an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of a first conductivity type and a second conductivity type;
A first electrode electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer,
In plan view, the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are arranged with a predetermined gap therebetween,
The i-type semiconductor layer is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer ,
The i-type semiconductor layer is disposed on a side of the first impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave and on a side of the second impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave. antenna.
前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、前記第2不純物含有半導体層の前記間隙に接する端部と、を覆うことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。   The i-type semiconductor layer covers an end portion of the first impurity-containing semiconductor layer in contact with the gap and an end portion of the second impurity-containing semiconductor layer in contact with the gap. The described antenna. 前記基板は、前記間隙に相当する部分に溝を有し、
前記i型半導体層は、前記溝を埋めて設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ。
The substrate has a groove in a portion corresponding to the gap,
The antenna according to claim 1, wherein the i-type semiconductor layer is provided so as to fill the groove.
前記第1不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第1不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のアンテナ。   The first impurity-containing semiconductor layer is provided with a concentration distribution so that the first impurity concentration increases from a lower surface in contact with the substrate toward an upper surface. The antenna according to item. 前記第2不純物含有半導体層は、前記基板に接する下面から上面に向かって前記第2不純物濃度が多くなるように濃度分布が設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のアンテナ。   5. The concentration distribution of the second impurity-containing semiconductor layer is provided such that the second impurity concentration increases from a lower surface in contact with the substrate toward an upper surface. The antenna according to item. 前記第1電極は、前記第1不純物含有半導体層上に設けられており、
前記第1電極の一部と前記第1不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のアンテナ。
The first electrode is provided on the first impurity-containing semiconductor layer,
The antenna according to any one of claims 1 to 5, wherein a part of the first electrode is in contact with a part of the first impurity-containing semiconductor layer.
前記第2電極は、前記第2不純物含有半導体層上に設けられており、
前記第2電極の一部と前記第2不純物含有半導体層の一部とが接していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載のアンテナ。
The second electrode is provided on the second impurity-containing semiconductor layer,
The antenna according to any one of claims 1 to 6, wherein a part of the second electrode is in contact with a part of the second impurity-containing semiconductor layer.
前記間隙の少なくとも一部の位置において、前記i型半導体層と、前記基板と、の間に位置する絶縁層をさらに有することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載のアンテナ。   The antenna according to claim 1, further comprising an insulating layer located between the i-type semiconductor layer and the substrate at a position of at least a part of the gap. . 前記i型半導体材料は、III−V属化合物半導体であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載のアンテナ。   The antenna according to any one of claims 1 to 8, wherein the i-type semiconductor material is a III-V compound semiconductor. パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、
前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、
前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、
平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ
前記第1不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第2不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記i型半導体層が配置されていることを特徴とするテラヘルツ波発生装置。
A light source that generates pulsed light;
An antenna that generates terahertz waves by being irradiated with pulsed light generated by the light source,
The antenna is
A substrate,
A first impurity-containing semiconductor layer located on the substrate and made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type;
A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material located on the substrate and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type;
An i-type semiconductor layer formed on an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type;
A first electrode electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer,
In plan view, the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are arranged with a predetermined gap therebetween,
The i-type semiconductor layer is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer ,
The i-type semiconductor layer is disposed on a side of the first impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave and on a side of the second impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave. Terahertz wave generator.
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、
前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、
前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、
平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ
前記第1不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第2不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記i型半導体層が配置されていることを特徴とするカメラ。
A terahertz wave generator for generating terahertz waves;
A terahertz wave detection device that detects a terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generation device and is transmitted or reflected by an object, and
The terahertz wave generator includes a light source that generates pulsed light,
An antenna that generates terahertz waves by being irradiated with pulsed light generated by the light source,
The antenna is
A substrate,
A first impurity-containing semiconductor layer located on the substrate and made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type;
A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material located on the substrate and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type;
An i-type semiconductor layer formed on an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type;
A first electrode electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer,
In plan view, the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are arranged with a predetermined gap therebetween,
The i-type semiconductor layer is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer ,
The i-type semiconductor layer is disposed on a side of the first impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave and on a side of the second impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave. camera.
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物の画像を生成する画像形成部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、
前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、
前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、
平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ
前記第1不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第2不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記i型半導体層が配置されていることを特徴とするイメージング装置。
A terahertz wave generator for generating terahertz waves;
A terahertz wave detection device that detects a terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generation device and is transmitted or reflected by an object;
An image forming unit that generates an image of the object based on a detection result of the terahertz wave detection device;
The terahertz wave generator includes a light source that generates pulsed light,
An antenna that generates terahertz waves by being irradiated with pulsed light generated by the light source,
The antenna is
A substrate,
A first impurity-containing semiconductor layer located on the substrate and made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type;
A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material located on the substrate and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type;
An i-type semiconductor layer formed on an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type;
A first electrode electrically connected to the first impurity-containing semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second impurity-containing semiconductor layer,
In plan view, the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer are arranged with a predetermined gap therebetween,
The i-type semiconductor layer is provided to fill the gap between the first impurity-containing semiconductor layer and the second impurity-containing semiconductor layer ,
The i-type semiconductor layer is disposed on a side of the first impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave and on a side of the second impurity-containing semiconductor layer irradiated with the pulse wave. Imaging device.
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生装置と、
前記テラヘルツ波発生装置から出射し、対象物を透過または反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出装置と、
前記テラヘルツ波検出装置の検出結果に基づいて、前記対象物を計測する計測部と、を備え、
前記テラヘルツ波発生装置は、パルス光を発生する光源と、
前記光源にて発生したパルス光が照射されることによりテラヘルツ波を発生するアンテナと、を備え、
前記アンテナは、
基板と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第1不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物を含む半導体材料で構成された第2不純物含有半導体層と、
前記基板上に位置し、かつ、第1導電型及び第2導電型の不純物を含まないi型半導体材料で構成されたi型半導体層と、
前記第1不純物含有半導体層に電気的に接続する第1電極と、
前記第2不純物含有半導体層に電気的に接続する第2電極と、を備え、
平面視で、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層とは、互いに所定の間隙を介して配置され、
前記i型半導体層は、前記第1不純物含有半導体層と前記第2不純物含有半導体層との間の前記間隙を埋めて設けられ
前記第1不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側と前記第2不純物含有半導体層の前記パルス波が照射される側とに前記i型半導体層が配置されていることを特徴とする計測装置。
A terahertz wave generator for generating terahertz waves;
A terahertz wave detection device that detects a terahertz wave that is emitted from the terahertz wave generation device and is transmitted or reflected by an object;
Based on the detection result of the terahertz wave detection device, comprising a measurement unit that measures the object,
The terahertz wave generator includes a light source that generates pulsed light,
An antenna that generates terahertz waves by being irradiated with pulsed light generated by the light source,
The antenna is
A substrate,
A first impurity-containing semiconductor layer located on the substrate and made of a semiconductor material containing an impurity of a first conductivity type;
A second impurity-containing semiconductor layer made of a semiconductor material located on the substrate and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type;
An i-type semiconductor layer formed on an i-type semiconductor material that is located on the substrate and does not contain impurities of the first conductivity type and the second conductivity type;
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