JP6616160B2 - Photoconductive element and measuring device - Google Patents

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本発明は、例えばテラヘルツ波等の電磁波を出射又は検出可能な光伝導素子及びこのような光伝導素子を備える計測装置の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of a photoconductive element capable of emitting or detecting an electromagnetic wave such as a terahertz wave and a measuring apparatus including such a photoconductive element.

試料の特性を計測するための計測装置として、テラヘルツ波計測装置が知られている。テラヘルツ波計測装置は、以下の手順で、試料の特性を計測する。まず、超短パルスレーザ光(例えば、フェムト秒パルスレーザ光)を分岐することで得られる一のレーザ光であるポンプ光(言い換えれば、励起光)が、バイアス電圧が印加されているテラヘルツ波発生素子に照射される。その結果、テラヘルツ波発生素子は、テラヘルツ波を出射する。テラヘルツ波発生素子が出射したテラヘルツ波は、試料に照射される。試料に照射されたテラヘルツ波は、試料によって反射される又は試料を透過する。試料によって反射された又は試料を透過したテラヘルツ波は、超短パルスレーザ光を分岐することで得られる他のレーザ光であって且つポンプ光に対する光学的な遅延(つまり、光路長差)が付与されたプローブ光(言い換えれば、励起光)が照射されているテラヘルツ波検出素子に照射される。その結果、テラヘルツ波検出素子は、試料によって反射された又は試料を透過したテラヘルツ波を検出する。テラヘルツ波計測装置は、当該検出したテラヘルツ波(つまり、時間領域のテラヘルツ波であり、電流信号)を解析することで、試料の特性を計測する。   A terahertz wave measuring device is known as a measuring device for measuring the characteristics of a sample. The terahertz wave measuring apparatus measures the characteristics of the sample in the following procedure. First, pump light (in other words, excitation light), which is one laser light obtained by branching ultrashort pulse laser light (for example, femtosecond pulse laser light), generates terahertz waves to which a bias voltage is applied. The element is irradiated. As a result, the terahertz wave generating element emits terahertz waves. The terahertz wave emitted from the terahertz wave generating element is irradiated to the sample. The terahertz wave irradiated to the sample is reflected by the sample or transmitted through the sample. The terahertz wave reflected by the sample or transmitted through the sample is another laser beam obtained by branching the ultrashort pulse laser beam, and gives an optical delay (that is, an optical path length difference) to the pump beam. The terahertz wave detecting element irradiated with the probe light (in other words, excitation light) irradiated is irradiated. As a result, the terahertz wave detecting element detects the terahertz wave reflected by the sample or transmitted through the sample. The terahertz wave measuring apparatus measures the characteristics of the sample by analyzing the detected terahertz wave (that is, a terahertz wave in the time domain and a current signal).

テラヘルツ波発生素子及びテラヘルツ検出素子の一例として、基板と、基板上に形成され且つギャップ部で離隔したアンテナを成すように配置された一対の電極層と、ギャップ部に形成された光伝導層とを備える光伝導素子がある(例えば、特許文献1参照)。   As an example of a terahertz wave generating element and a terahertz detecting element, a substrate, a pair of electrode layers formed on the substrate so as to form an antenna separated by a gap, and a photoconductive layer formed in the gap There exists a photoconductive element provided with (for example, refer patent document 1).

特開2005−26347号公報JP 2005-26347 A

特許文献1に記載された光伝導素子では、光伝導層は、一対の電極層のうちギャップ部に向かって延びる一対の電極部の間(つまり、一対の電極部の間のギャップ部)に形成されている。更に、光伝導層の側面は、一対の電極部の側面と電気的に接続されている。   In the photoconductive element described in Patent Document 1, the photoconductive layer is formed between a pair of electrode portions extending toward the gap portion of the pair of electrode layers (that is, a gap portion between the pair of electrode portions). Has been. Furthermore, the side surface of the photoconductive layer is electrically connected to the side surfaces of the pair of electrode portions.

ここで、特許文献1に記載された光伝導素子では、光伝導層を挟み込む一対の電極部の間の間隔(励起光の入射方向又は伝搬方向に交わる所定方向に沿った幅)は、光伝導層の高さ方向(つまり、励起光の入射方向又は伝搬方向)に沿った位置に関わらず、常に一定である。一方で、光伝導層に照射される励起光のビーム径(つまり、励起光の入射方向又は伝搬方向に交わる所定方向に沿った、励起光の光路の広がりの幅)は、光伝導層の高さ方向に沿った位置に応じて変動する。このため、励起光のビーム径の変動を考慮して一対の電極部の形状を選択する(例えば、一対の電極部の間の間隔を適切な間隔に設定する)ことで、光伝導素子の性能を改善する(例えば、S/N比を向上させる)余地があると推定される。   Here, in the photoconductive element described in Patent Document 1, the distance between the pair of electrode portions sandwiching the photoconductive layer (the width along a predetermined direction intersecting the incident direction or the propagation direction of the excitation light) is the photoconductive property. It is always constant regardless of the position along the height direction of the layer (that is, the incident direction or the propagation direction of the excitation light). On the other hand, the beam diameter of the excitation light irradiated on the photoconductive layer (that is, the width of the optical path of the excitation light along the predetermined direction intersecting the incident direction or the propagation direction of the excitation light) is high in the photoconductive layer. It fluctuates according to the position along the vertical direction. For this reason, the shape of the pair of electrode portions is selected in consideration of fluctuations in the beam diameter of the excitation light (for example, the interval between the pair of electrode portions is set to an appropriate interval), thereby improving the performance of the photoconductive element. It is estimated that there is room for improving (for example, improving the S / N ratio).

尚、テラヘルツ波とは異なる電磁波を用いて試料の特性を計測する任意の計測装置においても、当該計測装置が光伝導素子を備えている限りは、上述した技術的問題が生ずる。   Even in any measuring apparatus that measures the characteristics of a sample using an electromagnetic wave different from the terahertz wave, the above-described technical problem occurs as long as the measuring apparatus includes a photoconductive element.

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、光伝導層を挟み込む一対の電極の間の間隔が適切に設定されている光伝導素子、及び、このような光伝導素子を備える計測装置を提供することを課題とする。   Examples of problems to be solved by the present invention include the above. It is an object of the present invention to provide a photoconductive element in which a distance between a pair of electrodes sandwiching a photoconductive layer is appropriately set, and a measuring apparatus including such a photoconductive element.

本発明の光伝導素子の第1の例は、表面に励起光が入射する光伝導層と、前記励起光の入射方向に交わる所定方向に沿って前記光伝導層を挟み込む一対の電極とを備え、前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記表面と前記入射方向に沿って前記表面に対向する前記光伝導層の裏面との間の領域のうち前記表面及び前記裏面が位置する端部位置とは異なる所定位置において最小になる。   A first example of the photoconductive element of the present invention includes a photoconductive layer on which excitation light is incident on a surface, and a pair of electrodes that sandwich the photoconductive layer along a predetermined direction intersecting the incident direction of the excitation light. The distance between the pair of electrodes along the predetermined direction is such that the front surface and the back surface are located in a region between the front surface and the back surface of the photoconductive layer facing the front surface along the incident direction. It is minimized at a predetermined position different from the end position.

本発明の計測装置の第1の例は、試料に電磁波を出射する出射手段と、前記試料に照射された前記電磁波を検出する検出手段とを備え、前記照射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一方は、上述した本発明の光伝導素子の第1の例を含む。   A first example of the measuring apparatus according to the present invention includes: an emission unit that emits an electromagnetic wave to a sample; and a detection unit that detects the electromagnetic wave irradiated to the sample. At least one of the irradiation unit and the detection unit One includes the first example of the photoconductive element of the present invention described above.

図1は、本実施例のテラヘルツ波計測装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the terahertz wave measuring apparatus according to the present embodiment. 図2(a)は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図2(b)は、図2(a)に示すテラヘルツ波発生素子のII−II’断面を示す断面図である。2A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element of the first embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of the terahertz wave generating element shown in FIG. It is sectional drawing shown. 図3は、図2(a)に示すテラヘルツ波発生素子のII−II’断面のうち第3電極部及び光伝導層付近の断面を拡大した断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the cross section near the third electrode portion and the photoconductive layer in the II-II ′ cross section of the terahertz wave generating element shown in FIG. 図4は、4つの比較例のテラヘルツ波発生素子を、本実施例のテラヘルツ波発生素子と共に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing four terahertz wave generating elements of comparative examples together with the terahertz wave generating element of this example. 図5(a)は、第2実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図5(b)は、図5(a)に示すテラヘルツ波発生素子のV(1)−V(1)’断面を示す断面図であり、図5(c)は、図5(a)に示すテラヘルツ波発生素子のV(2)−V(2)’断面を示す断面図である。FIG. 5A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element of the second embodiment, and FIG. 5B is a diagram showing V (1) −V of the terahertz wave generating element shown in FIG. (1) It is sectional drawing which shows a cross section, FIG.5 (c) is sectional drawing which shows the V (2) -V (2) 'cross section of the terahertz wave generation element shown to Fig.5 (a). 図6(a)は、第3実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図6(b)は、図6(a)に示すテラヘルツ波発生素子のVI−VI’断面を示す断面図である。6A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element of the third embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line VI-VI ′ of the terahertz wave generating element shown in FIG. It is sectional drawing shown. 図7(a)は、第4実施例のテラヘルツ波発生素子の上面を示す上面図であり、図7(b)は、第4実施例のテラヘルツ波発生素子の断面(図7(a)中のVII(1)−VII(1)’断面)を示す断面図であり、図7(c)は、第4実施例のテラヘルツ波発生素子の断面(図7(a)中のVII(2)−VII(2)’断面)を示す断面図である。FIG. 7A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element of the fourth embodiment, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the terahertz wave generating element of the fourth embodiment (in FIG. 7A). VII (1) -VII (1) ′ section) of FIG. 7 (c) is a sectional view of the terahertz wave generating element of the fourth embodiment (VII (2) in FIG. 7 (a)). It is sectional drawing which shows -VII (2) 'cross section).

以下、光伝導素子及び計測装置の実施形態について説明を進める。   Hereinafter, description will be made on embodiments of the photoconductive element and the measurement device.

(光伝導素子の第1実施形態)
<1>
本実施形態の光伝導素子は、表面に励起光が入射する光伝導層と、前記励起光の入射方向に交わる所定方向に沿って前記光伝導層を挟み込む一対の電極とを備え、前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記表面と前記入射方向に沿って前記表面に対向する前記光伝導層の裏面との間の領域のうち前記表面及び前記裏面が位置する端部位置とは異なる所定位置において最小になる。
(First Embodiment of Photoconductive Element)
<1>
The photoconductive element of the present embodiment includes a photoconductive layer on which excitation light is incident on the surface, and a pair of electrodes that sandwich the photoconductive layer along a predetermined direction intersecting the incident direction of the excitation light, the predetermined direction The distance between the pair of electrodes along the surface is an end position where the front surface and the back surface are located in a region between the front surface and the back surface of the photoconductive layer facing the front surface along the incident direction. Are minimized at different predetermined positions.

本実施形態の光伝導素子によれば、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔が適切に設定される。その結果、光伝導素子の性能(例えば、テラヘルツ波等の電磁波の発生効率又は検出効率)が向上する。   According to the photoconductive element of this embodiment, the distance between the pair of electrodes that sandwich the photoconductive layer is set appropriately. As a result, the performance of the photoconductive element (for example, generation efficiency or detection efficiency of electromagnetic waves such as terahertz waves) is improved.

<2>
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記所定位置は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の前記所定方向に沿ったビーム径が最小となる位置である。
<2>
In another aspect of the photoconductive element of the present embodiment, the predetermined position is a position where the beam diameter along the predetermined direction of the excitation light transmitted through the photoconductive layer is minimized.

この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔が適切に設定される。   According to this aspect, the distance between the pair of electrodes sandwiching the photoconductive layer is appropriately set based on the propagation mode of the excitation light applied to the photoconductive layer.

<3>
上述の如く所定位置が励起光のビーム径が最小となる位置である光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の間隔の前記入射方向に沿った変化傾向は、前記ビーム径の前記入射方向に沿った変化傾向と同一である。
<3>
In another aspect of the photoconductive element in which the predetermined position is the position where the beam diameter of the excitation light is minimum as described above, the change tendency of the distance between the pair of electrodes along the incident direction is the incidence of the beam diameter. It is the same as the change tendency along the direction.

この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔が適切に設定される。   According to this aspect, the distance between the pair of electrodes sandwiching the photoconductive layer is appropriately set based on the propagation mode of the excitation light applied to the photoconductive layer.

<4>
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の夫々は、前記光伝導層と接触する接触面を含み、前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記所定方向に沿った一対の前記接触面の間隔である。
<4>
In another aspect of the photoconductive element of the present embodiment, each of the pair of electrodes includes a contact surface in contact with the photoconductive layer, and an interval between the pair of electrodes along the predetermined direction is the predetermined direction. The distance between the pair of contact surfaces along.

この態様によれば、光伝導層を挟み込む一対の電極の間隔に相当する一対の接触面の間隔が適切に設定される。   According to this aspect, the distance between the pair of contact surfaces corresponding to the distance between the pair of electrodes that sandwich the photoconductive layer is appropriately set.

<5>
上述の如く一対の電極の夫々が接触面を備える光伝導素子の他の態様では、前記接触面は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する形状を有している。
<5>
As described above, in another aspect of the photoconductive element in which each of the pair of electrodes includes a contact surface, the contact surface has a shape distributed along the outer edge of the optical path of the excitation light that passes through the photoconductive layer. doing.

この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の形状が適切に設定される。   According to this aspect, the shape of the pair of electrodes sandwiching the photoconductive layer is appropriately set based on the propagation mode of the excitation light applied to the photoconductive layer.

<6>
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の夫々の前記入射方向に交わる平面上での形状は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する円弧形状である。
<6>
In another aspect of the photoconductive element of the present embodiment, the shape of each of the pair of electrodes on the plane intersecting the incident direction is along the outer edge of the optical path of the excitation light that passes through the photoconductive layer. The arc shape is distributed.

この態様によれば、光伝導層に照射される励起光の伝搬態様に基づいて、光伝導層を挟み込む一対の電極の形状が適切に設定される。   According to this aspect, the shape of the pair of electrodes sandwiching the photoconductive layer is appropriately set based on the propagation mode of the excitation light applied to the photoconductive layer.

<7>
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極の一方は、前記所定位置において前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔が最小になるように、少なくとも部分的に前記一対の電極の他方に向かって突き出している。
<7>
In another aspect of the photoconductive element of the present embodiment, one of the pair of electrodes is at least partially part of the pair so that the distance between the pair of electrodes along the predetermined direction at the predetermined position is minimized. Protrudes toward the other electrode.

この態様によれば、一方の電極のうち他方の電極に向かって突き出す部分の形成が最小限に抑えられれば、一対の電極の間の寄生容量を小さくすることができる。   According to this aspect, the parasitic capacitance between the pair of electrodes can be reduced if the formation of the portion of one electrode protruding toward the other electrode is minimized.

<8>
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記入射方向に交わる平面内において、前記一対の電極のうち所定強度以上の前記励起光の光路を前記所定方向に沿って挟み込む一対の第1部分の前記所定方向に沿った間隔は、前記一対の電極のうち前記所定強度以上の前記励起光の光路を前記所定方向に沿って挟み込まない一対の第2部分の前記所定方向に沿った間隔よりも小さい。
<8>
In another aspect of the photoconductive element of the present embodiment, a pair of first portions sandwiching an optical path of the excitation light having a predetermined intensity or more among the pair of electrodes in a plane intersecting the incident direction along the predetermined direction. The interval along the predetermined direction of the pair of electrodes is greater than the interval along the predetermined direction of the pair of second portions not sandwiching the optical path of the excitation light having the predetermined intensity or more between the pair of electrodes along the predetermined direction. small.

この態様によれば、一対の第2部分の間隔を不必要に狭くしてしまうことがないがゆえに、入射方向に交わる平面内において一対の電極の間隔が一定である場合と比較して、一対の電極の間の寄生容量を小さくすることができる。   According to this aspect, since the interval between the pair of second portions is not unnecessarily narrowed, the pair of electrodes is compared with the case where the interval between the pair of electrodes is constant in the plane intersecting the incident direction. The parasitic capacitance between the electrodes can be reduced.

<9>
本実施形態の光伝導素子の他の態様では、前記一対の電極は、前記励起光の光路の外側に形成されている。
<9>
In another aspect of the photoconductive element of the present embodiment, the pair of electrodes are formed outside the optical path of the excitation light.

この態様によれば、励起光の伝搬が一対の電極によって阻害されることはない。   According to this aspect, the propagation of excitation light is not inhibited by the pair of electrodes.

(計測装置の実施形態)
<10>
本実施形態の計測装置は、試料に電磁波を照射する照射手段と、前記試料に照射された前記電磁波を検出する検出手段とを備え、照射出射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一方は、上述した本実施形態の光伝導素子(但し、その各種態様を含む)を含む。
(Embodiment of measuring device)
<10>
The measurement apparatus according to the present embodiment includes an irradiating unit that irradiates a sample with an electromagnetic wave, and a detecting unit that detects the electromagnetic wave irradiated to the sample. At least one of the irradiation and emitting unit and the detecting unit is described above. The photoconductive element of the present embodiment (including various aspects thereof) is included.

本実施形態の計測装置によれば、上述した本実施形態の光伝導素子が享受することが可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。   According to the measurement apparatus of the present embodiment, it is possible to suitably enjoy the same effects as those that can be enjoyed by the above-described photoconductive element of the present embodiment.

<11>
本実施形態の計測装置の他の態様では、前記電磁波は、テラヘルツ波を含む。
<11>
In another aspect of the measurement apparatus of the present embodiment, the electromagnetic wave includes a terahertz wave.

この態様によれば、計測装置は、テラヘルツ波を用いて試料の特性を計測するテラヘルツ波計測装置として動作することができる。このようなテラヘルツ波計測装置として動作する計測装置もまた、上述した本実施形態の光伝導素子が享受することが可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。   According to this aspect, the measuring device can operate as a terahertz wave measuring device that measures the characteristics of the sample using the terahertz wave. A measuring device that operates as such a terahertz wave measuring device can also preferably enjoy the same effects that can be enjoyed by the above-described photoconductive element of the present embodiment.

本実施形態の光伝導素子及び計測装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。   The operation and other gains of the photoconductive element and measurement apparatus of the present embodiment will be described in more detail in the following examples.

以上説明したように、本実施形態の光伝導素子では、一対の電極の間隔は、光伝導層の表面及び裏面が位置する端部位置とは異なる所定位置において最小になる。本実施形態の計測装置は、本実施形態の光伝導素子を備える。従って、励起光のビーム径に応じた適切な形状を有する光伝導素子、及び、このような光伝導素子を備える計測装置が提供される。   As described above, in the photoconductive element of this embodiment, the distance between the pair of electrodes is minimized at a predetermined position different from the end positions where the front and back surfaces of the photoconductive layer are located. The measuring device of this embodiment includes the photoconductive element of this embodiment. Accordingly, a photoconductive element having an appropriate shape according to the beam diameter of the excitation light and a measurement apparatus including such a photoconductive element are provided.

以下、図面を参照しながら、光伝導素子及び計測装置の実施例について説明する。特に、以下では、夫々が「光伝導素子」の一具体例であるテラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130を備え且つ「計測装置」の一具体例であるテラヘルツ波計測装置100を用いて説明を進める。   Hereinafter, embodiments of the photoconductive element and the measuring device will be described with reference to the drawings. In particular, in the following, a terahertz wave measuring device 100 that is a specific example of a “measuring device” and that includes a terahertz wave generating element 110 and a terahertz wave detecting element 130 that are specific examples of “photoconductive elements”. Proceed with the explanation.

(1)テラヘルツ波計測装置100の構成
初めに、図1を参照しながら、本実施例のテラヘルツ波計測装置100の構成について説明する。図1は、本実施例のテラヘルツ波計測装置100の構成を示すブロック図である。
(1) Configuration of Terahertz Wave Measuring Device 100 First, the configuration of the terahertz wave measuring device 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a terahertz wave measuring apparatus 100 according to the present embodiment.

図1に示すように、テラヘルツ波計測装置100は、テラヘルツ波THzを試料10に照射すると共に、試料10を透過した又は試料10が反射したテラヘルツ波THz(つまり、試料10に照射されたテラヘルツ波THz)を検出する。尚、図1に示す例では、テラヘルツ波計測装置100は、試料10が反射したテラヘルツ波THzを検出している。   As shown in FIG. 1, the terahertz wave measuring apparatus 100 irradiates the sample 10 with the terahertz wave THz and transmits the sample 10 or reflects the terahertz wave THz reflected by the sample 10 (that is, the terahertz wave irradiated on the sample 10). THz) is detected. In the example shown in FIG. 1, the terahertz wave measuring apparatus 100 detects the terahertz wave THz reflected by the sample 10.

テラヘルツ波THzは、1テラヘルツ(1THz=1012Hz)前後の周波数領域(つまり、テラヘルツ領域)に属する電磁波成分を含む電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。テラヘルツ領域は、様々な物質が固有の吸収スペクトルを有する周波数領域である。従って、テラヘルツ波計測装置100は、試料10に照射されたテラヘルツ波THzを解析することで、試料10の特性を計測することができる。 The terahertz wave THz is an electromagnetic wave including an electromagnetic wave component belonging to a frequency region (that is, a terahertz region) around 1 terahertz (1 THz = 10 12 Hz). The terahertz region is a frequency region that combines light straightness and electromagnetic wave transparency. The terahertz region is a frequency region in which various substances have unique absorption spectra. Therefore, the terahertz wave measuring apparatus 100 can measure the characteristics of the sample 10 by analyzing the terahertz wave THz irradiated on the sample 10.

ここで、テラヘルツ波THzの周期は、サブピコ秒のオーダーの周期であるがゆえに、当該テラヘルツ波THzの波形を直接的に検出することが技術的に困難である。そこで、テラヘルツ波計測装置100は、時間遅延走査に基づくポンプ・プローブ法を採用することで、テラヘルツ波THzの波形を間接的に検出する。以下、このようなポンプ・プローブ法を採用するテラヘルツ波計測装置100についてより具体的に説明を進める。   Here, since the period of the terahertz wave THz is a period of the order of sub-picoseconds, it is technically difficult to directly detect the waveform of the terahertz wave THz. Therefore, the terahertz wave measuring apparatus 100 indirectly detects the waveform of the terahertz wave THz by employing a pump-probe method based on time delay scanning. Hereinafter, the terahertz wave measuring apparatus 100 that employs such a pump-probe method will be described more specifically.

図1に示すように、テラヘルツ波計測装置100は、パルスレーザ装置101と、「照射手段」の一具体例であるテラヘルツ波発生素子110と、ビームスプリッタ161と、反射鏡162と、反射鏡163と、ハーフミラー164と、光学遅延機構120と、「検出手段」の一具体例であるテラヘルツ波検出素子130と、バイアス電圧生成部141と、I−V(電流−電圧)変換部142と、制御部150とを備えている。   As shown in FIG. 1, the terahertz wave measuring apparatus 100 includes a pulse laser apparatus 101, a terahertz wave generating element 110 which is a specific example of “irradiation means”, a beam splitter 161, a reflecting mirror 162, and a reflecting mirror 163. A half mirror 164, an optical delay mechanism 120, a terahertz wave detecting element 130 which is a specific example of “detecting means”, a bias voltage generating unit 141, an IV (current-voltage) converting unit 142, And a control unit 150.

パルスレーザ装置101は、当該パルスレーザ装置101に入力される駆動電流に応じた光強度を有するサブピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルスレーザ光LBを生成する。パルスレーザ装置101が生成したパルスレーザ光LBは、不図示の導光路(例えば、光ファイバ等)を介して、ビームスプリッタ161に入射する。   The pulse laser device 101 generates pulse laser light LB in the sub-picosecond order or femtosecond order having light intensity corresponding to the drive current input to the pulse laser device 101. The pulse laser beam LB generated by the pulse laser device 101 is incident on the beam splitter 161 via a light guide (not shown) (for example, an optical fiber).

ビームスプリッタ161は、パルスレーザ光LBを、夫々が「励起光」の一具体例であるポンプ光LB1とプローブ光LB2とに分岐する。ポンプ光LB1は、不図示の導光路を介して、テラヘルツ波発生素子110に入射する。一方で、プローブ光LB2は、不図示の導光路及び反射鏡162を介して、光学遅延機構120に入射する。その後、光学遅延機構120から出射したプローブ光LB2は、反射鏡163及び不図示の導光路を介して、テラヘルツ波検出素子130に入射する。   The beam splitter 161 branches the pulsed laser light LB into pump light LB1 and probe light LB2, which are specific examples of “excitation light”. The pump light LB1 is incident on the terahertz wave generating element 110 through a light guide path (not shown). On the other hand, the probe light LB2 enters the optical delay mechanism 120 via a light guide path and a reflecting mirror 162 (not shown). Thereafter, the probe light LB2 emitted from the optical delay mechanism 120 is incident on the terahertz wave detection element 130 via the reflecting mirror 163 and a light guide path (not shown).

テラヘルツ波発生素子110は、テラヘルツ波THzを出射する。具体的には、テラヘルツ波発生素子110が備えるギャップ部115(図2等参照)には、テラヘルツ波発生素子110が備える電極層113及び114(図2等参照)を介して、バイアス電圧生成部141が生成したバイアス電圧が印加されている。有効なバイアス電圧(例えば、0Vでないバイアス電圧)がギャップ部115に印加されている状態でポンプ光LB1がギャップ部115に照射されると、ギャップ部115に形成されている光伝導層112(図2等参照)にポンプ光LB1が照射される。この場合、ポンプ光LB1が照射された光伝導層112には、ポンプ光LB1による光励起によってキャリアが発生する。その結果、テラヘルツ波発生素子110には、発生したキャリアに応じたサブピコ秒オーダーの又はフェムト秒オーダーのパルス状の電流信号が発生する。発生した電流信号は、電極層113及び114に流れる。その結果、テラヘルツ波発生素子110は、当該パルス状の電流信号に起因したテラヘルツ波THzを出射する。   The terahertz wave generating element 110 emits a terahertz wave THz. Specifically, the bias voltage generation unit is provided in the gap 115 (see FIG. 2 and the like) included in the terahertz wave generation element 110 via the electrode layers 113 and 114 (see FIG. 2 and the like) included in the terahertz wave generation element 110. The bias voltage generated by 141 is applied. When pump light LB1 is irradiated to gap portion 115 while an effective bias voltage (for example, a bias voltage other than 0V) is applied to gap portion 115, photoconductive layer 112 (see FIG. 2)) is irradiated with the pump light LB1. In this case, carriers are generated in the photoconductive layer 112 irradiated with the pump light LB1 by light excitation by the pump light LB1. As a result, the terahertz wave generating element 110 generates a pulse-shaped current signal in the order of subpicoseconds or in the order of femtoseconds corresponding to the generated carrier. The generated current signal flows through the electrode layers 113 and 114. As a result, the terahertz wave generating element 110 emits the terahertz wave THz resulting from the pulsed current signal.

テラヘルツ波発生素子110から出射したテラヘルツ波THzは、ハーフミラー164を透過する。その結果、ハーフミラー164を透過したテラヘルツ波THzは、試料10に照射される。試料10に照射されたテラヘルツ波THzは、試料10によって反射される。試料10によって反射されたテラヘルツ波THzは、ハーフミラー164によって反射される。ハーフミラー164によって反射されたテラヘルツ波THzは、テラヘルツ波検出素子130に入射する。   The terahertz wave THz emitted from the terahertz wave generating element 110 is transmitted through the half mirror 164. As a result, the terahertz wave THz transmitted through the half mirror 164 is applied to the sample 10. The terahertz wave THz irradiated on the sample 10 is reflected by the sample 10. The terahertz wave THz reflected by the sample 10 is reflected by the half mirror 164. The terahertz wave THz reflected by the half mirror 164 enters the terahertz wave detection element 130.

テラヘルツ波検出素子130は、テラヘルツ波検出素子130に入射するテラヘルツ波THzを検出する。具体的には、テラヘルツ波検出素子130が備えるギャップ部115(図2等参照)にプローブ光LB2が照射されると、ギャップ部115に形成されている光伝導層112(図2等参照)にプローブ光LB2が照射される。この場合、プローブ光LB2が照射された光伝導層112には、プローブ光LB2による光励起によってキャリアが発生する。その結果、キャリアに応じた電流信号が、テラヘルツ波検出素子130が備える電極層113及び114(図2等参照)に流れる。プローブ光LB2がギャップ部115に照射されている状態でテラヘルツ波検出素子130にテラヘルツ波THzが照射されると、電極層113及び114に流れる電流信号の信号強度は、テラヘルツ波THzの光強度に応じて変化する。テラヘルツ波THzの光強度に応じて信号強度が変化する電流信号は、電極層113及び114を介して、I−V変換部142に出力される。   The terahertz wave detection element 130 detects the terahertz wave THz incident on the terahertz wave detection element 130. Specifically, when the probe light LB2 is irradiated to the gap portion 115 (see FIG. 2 and the like) included in the terahertz wave detection element 130, the photoconductive layer 112 (see FIG. 2 and the like) formed in the gap portion 115 is irradiated. The probe light LB2 is irradiated. In this case, carriers are generated in the photoconductive layer 112 irradiated with the probe light LB2 by light excitation by the probe light LB2. As a result, a current signal corresponding to the carrier flows through the electrode layers 113 and 114 (see FIG. 2 and the like) included in the terahertz wave detection element 130. When the terahertz wave detecting element 130 is irradiated with the terahertz wave detecting element 130 with the probe light LB2 being irradiated on the gap portion 115, the signal intensity of the current signal flowing through the electrode layers 113 and 114 becomes the light intensity of the terahertz wave THz. Will change accordingly. A current signal whose signal intensity varies according to the light intensity of the terahertz wave THz is output to the IV conversion unit 142 via the electrode layers 113 and 114.

光学遅延機構120は、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の差分(つまり、光路長差)を調整する。具体的には、光学遅延機構120は、プローブ光LB2の光路長を調整することで、光路長差を調整する。光路長差が調整されると、ポンプ光LB1がテラヘルツ波発生素子110に入射するタイミング(或いは、テラヘルツ波発生素子110がテラヘルツ波THzを出射するタイミング)と、プローブ光LB2がテラヘルツ波検出素子130に入射するタイミング(或いは、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミング)との時間差が調整される。テラヘルツ波計測装置100は、この時間差を調整することで、テラヘルツ波THzの波形を間接的に検出する。例えば、光学遅延機構120によってプローブ光LB2の光路が0.3ミリメートル(但し、空気中での光路長)だけ長くなると、プローブ光LB2がテラヘルツ波検出素子130に入射するタイミングが1ピコ秒だけ遅くなる。この場合、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミングが、1ピコ秒だけ遅くなる。テラヘルツ波検出素子130に対して同一の波形を有するテラヘルツ波THzが数十MHz程度の間隔で繰り返し入射することを考慮すれば、テラヘルツ波検出素子130がテラヘルツ波THzを検出するタイミングを徐々にずらすことで、テラヘルツ波検出素子130は、テラヘルツ波THzの波形を間接的に検出することができる。つまり、後述するロックイン検出部151は、テラヘルツ波検出素子130の検出結果に基づいて、テラヘルツ波THzの波形を検出することができる。   The optical delay mechanism 120 adjusts the difference (that is, the optical path length difference) between the optical path length of the pump light LB1 and the optical path length of the probe light LB2. Specifically, the optical delay mechanism 120 adjusts the optical path length difference by adjusting the optical path length of the probe light LB2. When the optical path length difference is adjusted, the timing at which the pump light LB1 enters the terahertz wave generation element 110 (or the timing at which the terahertz wave generation element 110 emits the terahertz wave THz) and the probe light LB2 at the terahertz wave detection element 130 The time difference from the timing at which the light enters (or the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz) is adjusted. The terahertz wave measuring apparatus 100 indirectly detects the waveform of the terahertz wave THz by adjusting the time difference. For example, when the optical path of the probe light LB2 is increased by 0.3 millimeters (however, the optical path length in the air) by the optical delay mechanism 120, the timing at which the probe light LB2 enters the terahertz wave detection element 130 is delayed by 1 picosecond. Become. In this case, the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz is delayed by 1 picosecond. Considering that the terahertz wave THz having the same waveform repeatedly enters the terahertz wave detecting element 130 at intervals of about several tens of MHz, the timing at which the terahertz wave detecting element 130 detects the terahertz wave THz is gradually shifted. Thus, the terahertz wave detection element 130 can indirectly detect the waveform of the terahertz wave THz. That is, the lock-in detection unit 151 described later can detect the waveform of the terahertz wave THz based on the detection result of the terahertz wave detection element 130.

テラヘルツ波検出素子130から出力される電流信号は、I−V変換部142によって、電圧信号に変換される。   The current signal output from the terahertz wave detection element 130 is converted into a voltage signal by the IV conversion unit 142.

制御部150は、テラヘルツ波検出素子130の検出結果(つまり、I−V変換部142が出力する電圧信号)に基づいて、試料10の特性を計測する。試料10の特性を計測するために、制御部150は、ロックイン検出部151と、信号処理部152とを備えている。   The control unit 150 measures the characteristics of the sample 10 based on the detection result of the terahertz wave detection element 130 (that is, the voltage signal output from the IV conversion unit 142). In order to measure the characteristics of the sample 10, the control unit 150 includes a lock-in detection unit 151 and a signal processing unit 152.

ロックイン検出部151は、I−V変換部142から出力される電圧信号に対して、バイアス電圧生成部141が生成するバイアス電圧を参照信号とする同期検波を行う。その結果、ロックイン検出部151は、テラヘルツ波THzのサンプル値を検出する。その後、ポンプ光LB1の光路長とプローブ光LB2の光路長との間の差分(つまり、光路長差)を適宜調整しながら同様の動作が繰り返されることで、ロックイン検出部151は、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形(時間波形)を検出することができる。ロックイン検出部151は、テラヘルツ波検出素子130が検出したテラヘルツ波THzの波形を示す波形信号を、信号処理部152に対して出力する。   The lock-in detection unit 151 performs synchronous detection on the voltage signal output from the IV conversion unit 142 using the bias voltage generated by the bias voltage generation unit 141 as a reference signal. As a result, the lock-in detection unit 151 detects a sample value of the terahertz wave THz. Thereafter, the same operation is repeated while appropriately adjusting the difference between the optical path length of the pump light LB1 and the optical path length of the probe light LB2 (that is, the optical path length difference). The waveform (time waveform) of the terahertz wave THz detected by the detection element 130 can be detected. The lock-in detection unit 151 outputs a waveform signal indicating the waveform of the terahertz wave THz detected by the terahertz wave detection element 130 to the signal processing unit 152.

信号処理部152は、ロックイン検出部151から出力される波形信号に基づいて、試料10の特性を計測する。例えば、信号処理部152は、テラヘルツ時間領域分光法を用いてテラヘルツ波THzの周波数スペクトルを取得すると共に、当該周波数スペクトルに基づいて試料10の特性を計測する。   The signal processing unit 152 measures the characteristics of the sample 10 based on the waveform signal output from the lock-in detection unit 151. For example, the signal processing unit 152 acquires the frequency spectrum of the terahertz wave THz using terahertz time domain spectroscopy, and measures the characteristics of the sample 10 based on the frequency spectrum.

(2)テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130の構成
続いて、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130の構成について説明する。尚、テラヘルツ波発生素子110の構成は、テラヘルツ波検出素子130の構成と同様である。従って、以下では、テラヘルツ波発生素子110の構成について説明する。但し、以下の説明は、テラヘルツ波検出素子130に対しても同様に適用可能である。更に、以下の説明では、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸によって定義される三次元座標空間を用いて、テラヘルツ波発生素子110を説明する。
(2) Configuration of Terahertz Wave Generation Element 110 and Terahertz Wave Detection Element 130 Next, the configuration of the terahertz wave generation element 110 and the terahertz wave detection element 130 will be described. Note that the configuration of the terahertz wave generating element 110 is the same as that of the terahertz wave detecting element 130. Accordingly, the configuration of the terahertz wave generating element 110 will be described below. However, the following description can be similarly applied to the terahertz wave detection element 130. Furthermore, in the following description, the terahertz wave generating element 110 will be described using a three-dimensional coordinate space defined by an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other.

(2−1)第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1の構成
はじめに、図2(a)及び図2(b)を参照しながら、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110(以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子110−1”と称する)の構成について説明する。図2(a)は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1の上面を示す上面図である。図2(b)は、図2(a)に示すテラヘルツ波発生素子110−1のII−II’断面を示す断面図である。
(2-1) Configuration of the terahertz wave generating element 110-1 of the first embodiment First, referring to FIGS. 2A and 2B, the terahertz wave generating element 110 of the first embodiment (hereinafter, For the sake of convenience, the configuration of “terahertz wave generating element 110-1”) will be described. FIG. 2A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element 110-1 of the first embodiment. FIG. 2B is a cross-sectional view showing a II-II ′ cross section of the terahertz wave generating element 110-1 shown in FIG.

図2(a)及び図2(b)に示すように、テラヘルツ波発生素子110−1は、基板111と、基板111の一方の表面(+Z軸方向側の表面)上に形成されている光伝導層112と、基板111の一方の表面上に形成されている一対の電極層(つまり、電極層113及び114)とを備えている。つまり、テラヘルツ波発生素子110−1は、基板111と光伝導層112並びに電極層113及び114とが、積層方向であるZ軸方向(つまり、基板111の表面に平行なXY平面に直交する方向)に沿って積層されている積層構造を有している。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the terahertz wave generating element 110-1 includes the substrate 111 and light formed on one surface (the surface on the + Z-axis direction side) of the substrate 111. A conductive layer 112 and a pair of electrode layers (that is, electrode layers 113 and 114) formed on one surface of the substrate 111 are provided. That is, in the terahertz wave generating element 110-1, the substrate 111, the photoconductive layer 112, and the electrode layers 113 and 114 are stacked in the Z-axis direction (that is, the direction orthogonal to the XY plane parallel to the surface of the substrate 111). ).

基板111は、半導体基板である。例えば、基板111は、InP(リン化インジウム)基板、GaAs(ガリウム砒素)基板又はSi(シリコン)基板等であってもよい。基板111の形状は板状であるが、その他の形状であってもよい。   The substrate 111 is a semiconductor substrate. For example, the substrate 111 may be an InP (indium phosphide) substrate, a GaAs (gallium arsenide) substrate, a Si (silicon) substrate, or the like. The shape of the substrate 111 is a plate shape, but may be other shapes.

光伝導層112は、上述したポンプ光LB1が照射されることでキャリア(例えば、電子又は正孔)が発生する層である。光伝導層112は、例えば、GaAs、AlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)、InGaP(リン化インジウムガリウム)、AlAs(砒化アルミニウム)、InP、InAlAs(砒化インジウムアルミニウム)、InGaAs(砒化インジウムガリウム)、GaAsSb(ガリウム砒素アンチモン)、InGaAsP(リン化インジウムガリウム砒素)、InAs(インジウム砒素)、InSb(アンチモン化インジウム)、及び、低温成長させた上記材料のうちの少なくとも一つから構成される。   The photoconductive layer 112 is a layer that generates carriers (for example, electrons or holes) when irradiated with the above-described pump light LB1. The photoconductive layer 112 includes, for example, GaAs, AlGaAs (aluminum gallium arsenide), InGaP (indium gallium phosphide), AlAs (aluminum arsenide), InP, InAlAs (indium aluminum arsenide), InGaAs (indium gallium arsenide), GaAsSb (gallium). It is composed of at least one of antimony arsenide), InGaAsP (indium gallium arsenide phosphide), InAs (indium arsenide), InSb (indium antimonide), and the above-mentioned material grown at a low temperature.

電極層113及び114は、上述したバイアス電圧が印加される一対の電極層である。更に、電極層113及び114は、光伝導層112へのポンプ光LB1の照射に起因して発生したキャリアに応じた電流信号が流れる一対の電極層である。但し、電極層113及び114がテラヘルツ波検出素子130を構成する場合には、電極層113及び114は、光伝導層112へのプローブ光LB2の照射に起因して発生したキャリアに応じた電流信号であって且つテラヘルツ波検出素子130に照射されたテラヘルツ波THzの光強度に応じた電流信号が流れる一対の電極層である。電極層113及び114のうちの少なくとも一方は、透明電極材料(例えば、ITO、IZO、AZO、GZO及びIGZOのうちの少なくとも一つ)及び金属材料(例えば、Au、AuCr、AuGeNi及びAuSnのうちの少なくとも一つ)のうちの少なくとも一方から構成される。   The electrode layers 113 and 114 are a pair of electrode layers to which the above-described bias voltage is applied. Further, the electrode layers 113 and 114 are a pair of electrode layers through which current signals corresponding to carriers generated due to the irradiation of the pump light LB1 to the photoconductive layer 112 flow. However, when the electrode layers 113 and 114 constitute the terahertz wave detection element 130, the electrode layers 113 and 114 are current signals corresponding to carriers generated due to the irradiation of the probe light LB2 to the photoconductive layer 112. And a pair of electrode layers through which a current signal according to the light intensity of the terahertz wave THz irradiated to the terahertz wave detecting element 130 flows. At least one of the electrode layers 113 and 114 is made of a transparent electrode material (for example, at least one of ITO, IZO, AZO, GZO, and IGZO) and a metal material (for example, Au, AuCr, AuGeNi, and AuSn). At least one of at least one).

電極層113は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第1電極部113−1と第2電極部113−2と第3電極部113−3とを含む。第1電極部113−1は、Y軸方向に沿って延びる。第2電極部113−2は、第1電極部113−1の一部を起点に電極層114に向かって(つまり、−X軸方向に向かって)延びる。第3電極部113−3は、第2電極部113−2の−X軸側の側面に接すると共に基板111を起点に+Z軸方向に向かって(つまり、積層方向に沿って)延びる。電極層113の形状(XY平面上での形状)は、アルファベットの「T」となる。   The electrode layer 113 includes a first electrode part 113-1, a second electrode part 113-2, and a third electrode part 113-3 that are physically integrated or electrically connected. The first electrode portion 113-1 extends along the Y-axis direction. The second electrode portion 113-2 extends from the part of the first electrode portion 113-1 toward the electrode layer 114 (that is, toward the −X axis direction). The third electrode portion 113-3 is in contact with the −X-axis side surface of the second electrode portion 113-2 and extends in the + Z-axis direction (that is, along the stacking direction) from the substrate 111. The shape of the electrode layer 113 (the shape on the XY plane) is the alphabet “T”.

第2電極部113−2は、アンテナとして機能し得る。例えば、第2電極部113−2は、いわゆるダイポールアンテナとして機能し得る。第1電極部113−1は、アンテナとして機能し得るとともに、アンテナとして機能し得る第2電極部113−2を介して電流信号が流れ込む伝送線路として機能し得る。例えば、第1電極部113−1は、いわゆる平行伝送線路として機能し得る。第3電極部113−3は、アンテナとして機能し得ると共に、光伝導層112から電流信号(つまり、ポンプ光LB1の励起によって発生したキャリア)を取り出す電極として機能し得る。但し、第1電極部113−1、第2電極部113−2及び第3電極部113−3は、その他の形状のアンテナ(例えば、いわゆるボウタイ型のアンテナ)として機能してもよい。   The second electrode portion 113-2 can function as an antenna. For example, the second electrode portion 113-2 can function as a so-called dipole antenna. The first electrode portion 113-1 can function as an antenna and can function as a transmission line through which a current signal flows via the second electrode portion 113-2 that can function as an antenna. For example, the first electrode unit 113-1 can function as a so-called parallel transmission line. The third electrode portion 113-3 can function as an antenna and can function as an electrode that extracts a current signal (that is, a carrier generated by excitation of the pump light LB1) from the photoconductive layer 112. However, the first electrode part 113-1, the second electrode part 113-2, and the third electrode part 113-3 may function as antennas of other shapes (for example, so-called bow-tie antennas).

電極層114は、物理的に一体化されている又は電気的に接続されている第1電極部114−1と第2電極部114−2と第3電極部114−3とを含む。第1電極部114−1は、Y軸方向に沿って延びる。第2電極部114−2は、第1電極部114−1の一部を起点に電極層113に向かって(つまり、+X軸方向に向かって)延びる。第3電極部114−3は、第2電極部114−2の+X軸側の側面に接すると共に基板111を起点に+Z軸方向に向かって(つまり、積層方向に沿って)延びる。電極層114の形状(XY平面上での形状)は、アルファベットの「T」となる。   The electrode layer 114 includes a first electrode part 114-1, a second electrode part 114-2, and a third electrode part 114-3 that are physically integrated or electrically connected. The first electrode portion 114-1 extends along the Y-axis direction. The second electrode portion 114-2 extends from the part of the first electrode portion 114-1 toward the electrode layer 113 (that is, toward the + X axis direction). The third electrode portion 114-3 is in contact with the side surface on the + X-axis side of the second electrode portion 114-2 and extends in the + Z-axis direction (that is, along the stacking direction) starting from the substrate 111. The shape of the electrode layer 114 (the shape on the XY plane) is the alphabet “T”.

第2電極部114−2は、アンテナとして機能し得る。例えば、第2電極部114−2は、いわゆるダイポールアンテナとして機能し得る。第1電極部114−1は、アンテナとして機能し得るとともに、アンテナとして機能し得る第2電極部114−2を介して電流信号が流れ込む伝送線路として機能し得る。例えば、第1電極部114−1は、いわゆる平行伝送線路として機能し得る。第3電極部114−3は、アンテナとして機能し得ると共に、光伝導層112から電流信号(つまり、ポンプ光LB1の励起によって発生したキャリア)を取り出す電極として機能し得る。但し、第1電極部114−1、第2電極部114−2及び第3電極部114−3は、その他の形状のアンテナ(例えば、いわゆるボウタイ型のアンテナ)として機能してもよい。   The second electrode part 114-2 can function as an antenna. For example, the second electrode portion 114-2 can function as a so-called dipole antenna. The first electrode unit 114-1 can function as an antenna and can function as a transmission line through which a current signal flows through the second electrode unit 114-2 that can function as an antenna. For example, the first electrode unit 114-1 can function as a so-called parallel transmission line. The third electrode portion 114-3 can function as an antenna and can function as an electrode for extracting a current signal (that is, carriers generated by excitation of the pump light LB1) from the photoconductive layer 112. However, the 1st electrode part 114-1, the 2nd electrode part 114-2, and the 3rd electrode part 114-3 may function as an antenna of other shapes (for example, what is called a bow tie type antenna).

第3電極部113−3と第3電極部114−3との間には、電極層113及び114が形成されないギャップ部115が確保される。ギャップ部115には、光伝導層112が形成されている。従って、第3電極部113−3及び114−3の夫々は、「所定方向」の一具体例であるX軸方向に沿って光伝導層112を挟み込む。第3電極部113−3の−X軸側の側面113−3aは、光伝導層112の+X軸側の側面112cに接する。第3電極部114−3の+X軸側の側面114−3aは、光伝導層112の−X軸側の側面112dに接する。尚、側面113−3a及び側面114−3aの夫々は、「接触面」の一具体例である。   A gap 115 in which the electrode layers 113 and 114 are not formed is secured between the third electrode portion 113-3 and the third electrode portion 114-3. A photoconductive layer 112 is formed in the gap portion 115. Accordingly, each of the third electrode portions 113-3 and 114-3 sandwiches the photoconductive layer 112 along the X-axis direction, which is a specific example of the “predetermined direction”. The side surface 113-3a on the −X axis side of the third electrode portion 113-3 is in contact with the side surface 112c on the + X axis side of the photoconductive layer 112. The side surface 114-3a on the + X-axis side of the third electrode portion 114-3 is in contact with the side surface 112d on the −X-axis side of the photoconductive layer 112. Each of the side surface 113-3a and the side surface 114-3a is a specific example of a “contact surface”.

図2に示す例では、光伝導層112のY軸方向に沿った幅は、第2電極部113−2及び114−2並びに第3電極部113−3及び114−3の夫々のY軸方向に沿った幅よりも大きい。つまり、光伝導層112は、第2電極部113−2及び114−2並びに第3電極部113−3及び114−3から見て、Y軸方向に沿って突き出している。この場合であっても、光伝導層112のうちY軸方向に沿って突き出している部分は、図2(a)の点線の丸印が示すポンプ光LB1が照射される領域から離れている。このため、光伝導層112のうちY軸方向に沿って突き出している部分が、テラヘルツ波発生素子110の動作に悪影響を与えることはない。但し、光伝導層112のY軸方向に沿った幅は、第2電極部113−2及び114−2並びに第3電極部113−3及び114−3の夫々のY軸方向に沿った幅と同一であってもよい。   In the example shown in FIG. 2, the width of the photoconductive layer 112 along the Y-axis direction is the Y-axis direction of each of the second electrode portions 113-2 and 114-2 and the third electrode portions 113-3 and 114-3. It is larger than the width along. That is, the photoconductive layer 112 protrudes along the Y-axis direction when viewed from the second electrode portions 113-2 and 114-2 and the third electrode portions 113-3 and 114-3. Even in this case, the portion of the photoconductive layer 112 protruding along the Y-axis direction is separated from the region irradiated with the pump light LB1 indicated by the dotted circle in FIG. For this reason, the portion of the photoconductive layer 112 protruding along the Y-axis direction does not adversely affect the operation of the terahertz wave generating element 110. However, the width along the Y-axis direction of the photoconductive layer 112 is the width along the Y-axis direction of each of the second electrode portions 113-2 and 114-2 and the third electrode portions 113-3 and 114-3. It may be the same.

光伝導層112の+Z軸側の表面112aには、ポンプ光LB1が照射される。具体的には、ビームスプリッタ161から出射したポンプ光LB1は、表面112aに向かうように(図2(b)に示す例では、「入射方向」の一具体例である−Z軸方向に向かって)空間中を伝搬する。表面112aに到達したポンプ光LB1は、光伝導層112の内部を−Z軸方向に向かって透過していく。ポンプ光LB1は、光伝導層112の内部の焦点位置においてポンプ光LB1のビーム径が最も小さくなる(つまり、集光される)ように、光伝導層112に照射される。つまり、ポンプ光LB1は、光伝導層112の内部の焦点位置に向かってビーム径を縮小させながら伝搬していき、焦点位置に到達した後にはビーム径を拡大させながら伝搬していく。尚、ここで言う「ポンプ光LB1のビーム径」とは、ポンプ光LB1の光路の、XY平面に平行な断面の径を意味する。   The surface 112a on the + Z-axis side of the photoconductive layer 112 is irradiated with pump light LB1. Specifically, the pump light LB1 emitted from the beam splitter 161 is directed toward the surface 112a (in the example illustrated in FIG. 2B, toward the −Z axis direction, which is a specific example of “incident direction”). ) Propagate in space. The pump light LB1 that has reached the surface 112a passes through the inside of the photoconductive layer 112 in the −Z-axis direction. The pump light LB1 is applied to the photoconductive layer 112 so that the beam diameter of the pump light LB1 becomes the smallest (that is, condensed) at the focal position inside the photoconductive layer 112. That is, the pump light LB1 propagates while reducing the beam diameter toward the focal position inside the photoconductive layer 112, and propagates while increasing the beam diameter after reaching the focal position. Here, “the beam diameter of the pump light LB1” means a diameter of a cross section parallel to the XY plane of the optical path of the pump light LB1.

本実施例では、電極層113及び114は、光伝導層112の内部におけるポンプ光LB1の伝搬態様に応じた形状を有している。具体的には、第3電極部113−3及び114−3は、光伝導層112の内部におけるポンプ光LB1の伝搬態様に応じた形状を有している。   In the present embodiment, the electrode layers 113 and 114 have a shape corresponding to the propagation mode of the pump light LB1 inside the photoconductive layer 112. Specifically, the third electrode portions 113-3 and 114-3 have a shape corresponding to the propagation mode of the pump light LB1 inside the photoconductive layer 112.

以下、図3を参照しながら、第3電極部113−3及び114−3の形状について更に説明する。図3は、図2(a)に示すテラヘルツ波発生素子110−1のII−II’断面のうち第3電極部113−3及び114−3並びに光伝導層112付近の断面を拡大した断面図である。   Hereinafter, the shapes of the third electrode portions 113-3 and 114-3 will be further described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the third electrode portions 113-3 and 114-3 and the photoconductive layer 112 in the II-II ′ cross section of the terahertz wave generating element 110-1 shown in FIG. It is.

図3に示すように、第3電極部113−3と第3電極部114−3との間の間隔(つまり、X軸方向に沿った間隔であり、以降、“電極間隔”と称する)は、光伝導層112の内部におけるポンプ光LB1の伝搬態様に応じて定まる所定位置において最小となる。尚、電極間隔は、実質的には、側面113−3aと側面114−3aとの間のX軸方向に沿った間隔に相当する。言い換えれば、ポンプ光LB1の入射方向であるZ軸方向に沿った仮想的な直線上の位置のうち電極間隔が最小となる位置は、所定位置となる。更に言い換えれば、電極間隔のZ軸方向(つまり、テラヘルツ波THzの入射方向)に沿った分布態様は、所定位置において電極間隔が最小となるような分布態様となる。更に言い換えれば、XZ平面(つまり、ポンプ光LB1の入射方向(言い換えれば、光伝導層112内でのポンプ光LB1の伝搬方向)であるZ軸方向に沿っており且つ電極層113及び114が光伝導層を挟み込むX軸方向に沿った平面)に沿ったテラヘルツ波発生素子110の断面内において、電極間隔は、所定位置において最小となる。このため、XZ平面に沿ったテラヘルツ波発生素子110の断面内において、所定位置における電極間隔は、所定位置からZ軸方向にずれた他の位置における電極間隔よりも小さくなる。   As shown in FIG. 3, the interval between the third electrode portion 113-3 and the third electrode portion 114-3 (that is, the interval along the X-axis direction, hereinafter referred to as “electrode interval”) is The minimum value is obtained at a predetermined position determined according to the propagation mode of the pump light LB1 inside the photoconductive layer 112. The electrode interval substantially corresponds to the interval along the X-axis direction between the side surface 113-3a and the side surface 114-3a. In other words, the position where the electrode interval is the smallest among the positions on the virtual straight line along the Z-axis direction that is the incident direction of the pump light LB1 is the predetermined position. Furthermore, in other words, the distribution mode along the Z-axis direction of the electrode interval (that is, the incident direction of the terahertz wave THz) is a distribution mode in which the electrode interval is minimized at a predetermined position. In other words, the XZ plane (that is, the incident direction of the pump light LB1 (in other words, the propagation direction of the pump light LB1 in the photoconductive layer 112) is along the Z-axis direction and the electrode layers 113 and 114 are light In the cross section of the terahertz wave generating element 110 along the plane along the X-axis direction that sandwiches the conductive layer, the electrode interval is minimum at a predetermined position. For this reason, in the cross section of the terahertz wave generating element 110 along the XZ plane, the electrode interval at the predetermined position is smaller than the electrode interval at other positions shifted from the predetermined position in the Z-axis direction.

電極間隔が最小となる所定位置は、表面112aと裏面112bとの間の領域のうち表面112a及び裏面112bが位置する端部位置とは異なる位置である。言い換えれば、所定位置は、Z軸方向に沿った仮想的な直線上の位置のうち端部位置とは異なる位置である。   The predetermined position where the electrode interval is minimized is a position different from the end position where the front surface 112a and the back surface 112b are located in the region between the front surface 112a and the back surface 112b. In other words, the predetermined position is a position different from the end position among the positions on a virtual straight line along the Z-axis direction.

より具体的には、所定位置は、光伝導層112内を透過するポンプ光LB1のビーム径(つまり、X軸方向の径)が最小となる焦点位置と一致する。但し、ここでいう「所定位置が焦点位置と一致する」状態は、所定位置が焦点距離と厳密に一致する状態のみならず、所定位置が焦点距離と実質的に一致しているとみなすことが可能な程度に所定位置と焦点位置との間にずれがある(つまり、Z軸方向に沿ってずれがある)状態をも含む。   More specifically, the predetermined position coincides with a focal position at which the beam diameter (that is, the diameter in the X-axis direction) of the pump light LB1 transmitted through the photoconductive layer 112 is minimum. However, the “predetermined position matches the focal position” state here can be regarded not only as the predetermined position exactly matches the focal length but also as the predetermined position substantially matches the focal distance. This includes a state where there is a deviation between the predetermined position and the focal position as much as possible (that is, there is a deviation along the Z-axis direction).

図3に示す例では、電極間隔は、Z軸方向に沿って以下のように変化している。まず、電極間隔は、表面112aと焦点位置(つまり、所定位置、以下同じ)との間の領域においては、焦点位置までの距離が近い位置における電極間隔ほど小さくなるように変化する。つまり、表面112aと焦点位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Z軸方向に向かうにつれて連続的に減少していく。一方で、電極間隔は、裏面112bと焦点位置との間の領域においては、焦点位置までの距離が近い位置における電極間隔ほど小さくなるように変化する。つまり裏面112bと焦点位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Z軸方向に向かうにつれて連続的に増加していく。つまり、Z軸方向に沿った電極間隔の変化傾向は、Z軸方向に沿ったビーム径の変化傾向と同一である。このため、第3電極部113−3及び114−3の夫々は、実質的には、ポンプ光LB1の光路の外縁(特に、XZ平面に沿った光路のある断面の外縁)に沿って分布する形状を有しているとも言える。   In the example shown in FIG. 3, the electrode spacing changes along the Z-axis direction as follows. First, in the region between the surface 112a and the focal position (that is, a predetermined position, the same applies hereinafter), the electrode interval changes so that the electrode interval at a position closer to the focal position becomes smaller. In other words, the electrode interval at a certain position in the region between the surface 112a and the focal position continuously decreases as the certain position moves in the −Z-axis direction. On the other hand, in the region between the back surface 112b and the focal position, the electrode interval changes so that the electrode interval at a position closer to the focal position becomes smaller. In other words, the electrode interval at a certain position in the region between the back surface 112b and the focal position increases continuously as the certain position moves in the −Z-axis direction. That is, the change tendency of the electrode interval along the Z-axis direction is the same as the change tendency of the beam diameter along the Z-axis direction. Therefore, each of the third electrode portions 113-3 and 114-3 is substantially distributed along the outer edge of the optical path of the pump light LB1 (particularly, the outer edge of the cross section having the optical path along the XZ plane). It can be said that it has a shape.

但し、電極間隔は、図3に示す態様とは異なる態様で変化してもよい。つまり、電極間隔は、所定位置において最小となる限りは、どのように変化してもよい。例えば、表面112aと所定位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Z軸方向に向かうにつれて段階的に減少してもよい。例えば、裏面112bと所定位置との間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置が−Z軸方向に向かうにつれて段階的に増加してもよい。   However, the electrode spacing may vary in a manner different from that shown in FIG. That is, the electrode interval may be changed in any way as long as it is the minimum at the predetermined position. For example, the electrode interval at a certain position in the region between the surface 112a and the predetermined position may be decreased step by step as the certain position moves in the −Z axis direction. For example, the electrode interval at a certain position in the region between the back surface 112b and the predetermined position may increase stepwise as the certain position moves in the −Z-axis direction.

第3電極部113−3及び114−3の夫々は、ポンプ光LB1の光路の外側に位置する。つまり、側面113−3a及び114−3aの夫々は、ポンプ光LB1の光路の内側に位置しない。従って、光伝導層112内において、ポンプ光LB1の伝搬が第3電極部113−3及び114−3によって阻害されることがない。   Each of the 3rd electrode parts 113-3 and 114-3 is located in the outer side of the optical path of pump light LB1. That is, each of the side surfaces 113-3a and 114-3a is not located inside the optical path of the pump light LB1. Therefore, the propagation of the pump light LB1 is not inhibited by the third electrode portions 113-3 and 114-3 in the photoconductive layer 112.

以上説明した構成を有するテラヘルツ波発生素子110−1は、以下のように製造される。まず、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシー)装置に、基板111がローディングされる。その後、基板111上に、0.1ミクロンから0.8ミクロン程度の厚みを有するバッファ層が形成される。例えば、GaAsから構成されるバッファ層が形成される場合には、バッファ層は、基板111の温度が概ね500度から600度程度となり、Ga分子線の強度に対するAs分子線の強度の比(以降、“GaAs供給比”と称する)が概ね5から30程度となり且つ1時間当たり1ミクロンの成膜速度が得られる環境下で形成されてもよい。   The terahertz wave generating element 110-1 having the configuration described above is manufactured as follows. First, the substrate 111 is loaded into an MBE (Molecular Beam Epitaxy) apparatus. Thereafter, a buffer layer having a thickness of about 0.1 to 0.8 microns is formed on the substrate 111. For example, when a buffer layer made of GaAs is formed, the temperature of the substrate 111 is about 500 to 600 degrees, and the ratio of the intensity of the As molecular beam to the intensity of the Ga molecular beam (hereinafter referred to as the buffer layer). , Referred to as “GaAs supply ratio”) is approximately 5 to 30 and the film formation rate of 1 micron per hour may be obtained.

その後、公知の成膜法等を用いて、バッファ層が形成された基板111上に、1ミクロンから4ミクロン程度の厚みを有する光伝導層112が一様に形成される。例えば、InGaAsから構成される光伝導層112が形成される場合には、光伝導層112は、基板111の温度が概ね500度以下となり且つ1時間当たり1ミクロンの成膜速度が得られる環境下で形成されてもよい。例えば、GaAsから構成される光伝導層112が形成される場合には、光伝導層112は、基板111の温度が概ね400度以下となり、GaAs供給比が、バッファ層を形成したときに用いられたGaAs供給比以上となり且つ1時間当たり1ミクロンの成膜速度が得られる環境下で形成されてもよい。   Thereafter, the photoconductive layer 112 having a thickness of about 1 to 4 microns is uniformly formed on the substrate 111 on which the buffer layer is formed by using a known film forming method or the like. For example, when the photoconductive layer 112 made of InGaAs is formed, the photoconductive layer 112 is in an environment where the temperature of the substrate 111 is approximately 500 degrees or less and a film formation rate of 1 micron per hour can be obtained. May be formed. For example, when the photoconductive layer 112 made of GaAs is formed, the photoconductive layer 112 is used when the temperature of the substrate 111 is approximately 400 degrees or less and the GaAs supply ratio is formed when the buffer layer is formed. It may be formed in an environment where the GaAs supply ratio is higher than that and a film formation rate of 1 micron per hour is obtained.

その後、光伝導層112に対して、熱アニール処理が施されてもよい。例えば、光伝導層112がGaAsから構成される場合には、光伝導層112に対して、基板111の温度が概ね600度程度となる環境下で5分から10分程度熱アニール処理が施されてもよい。   Thereafter, the photoconductive layer 112 may be subjected to a thermal annealing process. For example, when the photoconductive layer 112 is made of GaAs, the photoconductive layer 112 is subjected to thermal annealing for about 5 to 10 minutes in an environment where the temperature of the substrate 111 is about 600 degrees. Also good.

その後、MBE装置から光伝導層112が形成された基板111を取り出して、公知のパターニング法(例えば、リソグラフィー技術及びエッチング技術を組み合わせたパターニング法)を用いて、基板111上に一様に形成された光伝導層112がパターニングされる。その結果、基板111上には、上述した図3に示す形状を有する光伝導層112が残る。但し、リソグラフィー技術及びエッチング技術に代えて、機械加工法を用いて、基板111上に一様に形成された光伝導層112がパターニングされてもよい。   Thereafter, the substrate 111 on which the photoconductive layer 112 is formed is taken out from the MBE apparatus, and is uniformly formed on the substrate 111 by using a known patterning method (for example, a patterning method combining a lithography technique and an etching technique). The photoconductive layer 112 is patterned. As a result, the photoconductive layer 112 having the shape shown in FIG. However, the photoconductive layer 112 uniformly formed on the substrate 111 may be patterned using a machining method instead of the lithography technique and the etching technique.

その後、公知の成膜法(例えば、スパッタリング法や、真空蒸着法や、金属成長法や、スプレー法等)や公知のパターニング方法を用いて、基板上に、上述した電極層113及び114が形成される。その後、ダイシングが施される。その結果、テラヘルツ波発生素子110−1の製造が完了する。   Thereafter, the above-described electrode layers 113 and 114 are formed on the substrate by using a known film formation method (for example, sputtering method, vacuum deposition method, metal growth method, spray method, etc.) or a known patterning method. Is done. Thereafter, dicing is performed. As a result, the manufacture of the terahertz wave generating element 110-1 is completed.

以上説明した構成を有するテラヘルツ波発生素子110−1によれば、光伝導層112の表面112a及び裏面112bが位置する端部位置とは異なる所定位置において電極間隔が最小とならない後述する比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、テラヘルツ波発生素子110−1によるテラヘルツ波THzの発生効率が向上する。具体的には、比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、テラヘルツ波発生素子110−1が出射するテラヘルツ波THzのシグナル成分の信号レベルが大きくなる。その結果、比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、テラヘルツ波発生素子110−1のS/N比が良化する。つまり、テラヘルツ波THzの発生効率が向上する。   According to the terahertz wave generating element 110-1 having the configuration described above, the electrode interval is not minimized at a predetermined position different from the end position where the front surface 112a and the back surface 112b of the photoconductive layer 112 are positioned. Compared with the terahertz wave generating element, the generation efficiency of the terahertz wave THz by the terahertz wave generating element 110-1 is improved. Specifically, the signal level of the signal component of the terahertz wave THz emitted from the terahertz wave generating element 110-1 is higher than that of the terahertz wave generating element of the comparative example. As a result, the S / N ratio of the terahertz wave generating element 110-1 is improved as compared with the terahertz wave generating element of the comparative example. That is, the generation efficiency of the terahertz wave THz is improved.

ここで、本願発明者等は、図4に示す4つの比較例のテラヘルツ波発生素子及び本実施例のテラヘルツ波発生素子110−1におけるテラヘルツ波THzの発生効率を、コンピュータ演算によってシミュレーションした。尚、第1比較例のテラヘルツ波発生素子は、電極間隔が一定であり且つ光伝導層112の内部においてポンプ光LB1のビーム径が最小となるテラヘルツ波発生素子である。第2比較例のテラヘルツ波発生素子は、電極間隔が一定であり且つ光伝導層112の表面112aにおいてポンプ光LB1のビーム径が最小となるテラヘルツ波発生素子である。第3比較例のテラヘルツ波発生素子は、光伝導層112の表面112aにおいてポンプ光LB1のビーム径が最小となり且つ表面112aから裏面112bに向かう方向に沿って電極間隔が徐々に広がるテラヘルツ波発生素子である。第4比較例のテラヘルツ波発生素子は、光伝導層112の裏面112bにおいてポンプ光LB1のビーム径が最小となり且つ表面112aから裏面112bに向かう方向に沿って電極間隔が徐々に狭くなるテラヘルツ波発生素子である。   Here, the inventors of the present application simulated the generation efficiency of the terahertz wave THz in the four terahertz wave generating elements of the comparative example shown in FIG. 4 and the terahertz wave generating element 110-1 of the present example by computer computation. The terahertz wave generating element of the first comparative example is a terahertz wave generating element in which the electrode interval is constant and the beam diameter of the pump light LB1 is minimized inside the photoconductive layer 112. The terahertz wave generating element of the second comparative example is a terahertz wave generating element in which the electrode interval is constant and the beam diameter of the pump light LB1 is minimum on the surface 112a of the photoconductive layer 112. The terahertz wave generating element of the third comparative example has a terahertz wave generating element in which the beam diameter of the pump light LB1 is minimized on the front surface 112a of the photoconductive layer 112 and the electrode interval gradually increases along the direction from the front surface 112a to the back surface 112b. It is. The terahertz wave generating element of the fourth comparative example generates terahertz waves in which the beam diameter of the pump light LB1 is minimized on the back surface 112b of the photoconductive layer 112 and the electrode interval gradually decreases along the direction from the front surface 112a to the back surface 112b. It is an element.

シミュレーションの結果、本願発明者等は、本実施例のテラヘルツ波発生素子110−1のテラヘルツ波THzの発生効率は、第1比較例から第4比較例のいずれのテラヘルツ波発生素子の発生効率よりも良好であるという結果を得た。具体的には、本願発明者等は、本実施例のテラヘルツ波発生素子110−1にある強度のポンプ光LB1を照射することで生ずる電流信号の信号強度(つまり、電流値)を1とすると、第1比較例のテラヘルツ波発生素子に同じ強度のポンプ光LB1を照射することで生ずる電流信号の信号強度が0.83になるという結果を得た。本願発明者等は、第2比較例又は第3比較例のテラヘルツ波発生素子に同じ強度のポンプ光LB1を照射することで生ずる電流信号の信号強度が0.94になるという結果を得た。本願発明者等は、第4比較例のテラヘルツ波発生素子に同じ強度のポンプ光LB1を照射することで生ずる電流信号の信号強度が0.77になるという結果を得た。電流信号の信号強度が大きいほど、発生するテラヘルツ波THzの信号強度もまた大きくなる。従って、シミュレーションの結果は、本実施例のテラヘルツ波発生素子110−1のテラヘルツ波THzの発生効率が良好であることを示している。   As a result of the simulation, the inventors of the present application have found that the generation efficiency of the terahertz wave THz of the terahertz wave generation element 110-1 of the present embodiment is higher than the generation efficiency of any of the terahertz wave generation elements of the first to fourth comparison examples. Also obtained good results. Specifically, the inventors of the present application assume that the signal intensity (that is, the current value) of the current signal generated by irradiating the terahertz wave generating element 110-1 of the present embodiment with the pump light LB1 having the intensity is 1. As a result, the signal intensity of the current signal generated by irradiating the terahertz wave generating element of the first comparative example with the pump light LB1 having the same intensity was 0.83. The inventors of the present application obtained a result that the signal intensity of the current signal generated by irradiating the terahertz wave generating element of the second comparative example or the third comparative example with the pump light LB1 having the same intensity becomes 0.94. The inventors of the present application obtained a result that the signal intensity of the current signal generated by irradiating the terahertz wave generating element of the fourth comparative example with the pump light LB1 having the same intensity becomes 0.77. The greater the signal strength of the current signal, the greater the signal strength of the generated terahertz wave THz. Therefore, the result of the simulation shows that the generation efficiency of the terahertz wave THz of the terahertz wave generating element 110-1 of this example is good.

ここで、電流信号の信号強度は、ポンプ光LB1の光励起によって生ずるキャリアの数が多くなるほど大きくなる。光励起によって生ずるキャリアの数は、光伝導層112の各部にポンプ光LB1が与えるエネルギー量の積算値が大きくなるほど大きくなる。光伝導層112の各部にポンプ光LB1が与えるエネルギー量は、光伝導層112の各部に到達した時点でのポンプ光LB1の強度が大きくなるほど大きくなる。   Here, the signal intensity of the current signal increases as the number of carriers generated by optical excitation of the pump light LB1 increases. The number of carriers generated by photoexcitation increases as the integrated value of the amount of energy given to each part of the photoconductive layer 112 by the pump light LB1 increases. The amount of energy given to each part of the photoconductive layer 112 by the pump light LB1 increases as the intensity of the pump light LB1 increases when reaching each part of the photoconductive layer 112.

また、電流信号の信号強度は、キャリアの移動速度が大きくなるほど大きくなる。キャリアの移動速度は、光伝導層112に印加される電界の強度が大きくなるほど大きくなる。光伝導層112に印加される電界の強度は、電極間隔が小さくなるほど大きくなる。   In addition, the signal strength of the current signal increases as the carrier moving speed increases. The carrier moving speed increases as the strength of the electric field applied to the photoconductive layer 112 increases. The strength of the electric field applied to the photoconductive layer 112 increases as the electrode spacing decreases.

従って、テラヘルツ波THzの発生効率を向上するためには、光伝導層112の各部に到達した時点でのポンプ光LB1の強度ができるだけ大きくなるという第1の特性、及び、電極間隔ができるだけ小さくなるという第2の特性を満たせばよい。シミュレーションの結果を踏まえると、本実施例のテラヘルツ波発生素子110−1は、各比較例のテラヘルツ波発生素子と比較して、第1の特性及び第2の特性をバランスよく満たしていると言える。具体的には、第1及び第2の特性は、光伝導層112の表面112a及び裏面112bが位置する端部位置とは異なる所定位置において電極間隔が最小となるというテラヘルツ波発生素子110−1の特徴によって、バランスよく満たされている。更に、第1の特性及び第2の特性は、Z軸方向に沿った電極間隔の変化傾向がZ軸方向に沿ったビーム径の変化傾向と同一である(つまり、第3電極部113−3及び114−3の夫々が、ポンプ光LB1の光路の外縁に沿って分布する形状を有している)というテラヘルツ波発生素子110−1の特徴によっても、バランスよく満たされている。   Therefore, in order to improve the generation efficiency of the terahertz wave THz, the first characteristic that the intensity of the pump light LB1 becomes as large as possible when reaching each part of the photoconductive layer 112, and the electrode interval becomes as small as possible. It is sufficient to satisfy the second characteristic. Based on the result of the simulation, it can be said that the terahertz wave generating element 110-1 of this example satisfies the first characteristic and the second characteristic in a balanced manner as compared with the terahertz wave generating element of each comparative example. . Specifically, the first and second characteristics are that the terahertz wave generating element 110-1 has a minimum electrode spacing at a predetermined position different from the end position where the front surface 112a and the back surface 112b of the photoconductive layer 112 are positioned. It is well-balanced by the characteristics of Further, in the first characteristic and the second characteristic, the change tendency of the electrode interval along the Z-axis direction is the same as the change tendency of the beam diameter along the Z-axis direction (that is, the third electrode portion 113-3). And 114-3 have a shape distributed along the outer edge of the optical path of the pump light LB1), and are also well-balanced.

尚、ここまでテラヘルツ波検出素子110を例に説明してきたが、テラヘルツ波検出素子130もまた、光伝導層112の表面112a及び裏面112bが位置する端部位置とは異なる所定位置において電極間隔が最小とならないテラヘルツ波検出素子と比較して、テラヘルツ波検出素子130によるテラヘルツ波THzの検出効率が向上する。具体的には、比較例のテラヘルツ波検出素子と比較して、テラヘルツ波検出素子130が検出するテラヘルツ波THzの信号強度が大きくなる。その結果、比較例のテラヘルツ波検出素子と比較して、テラヘルツ波検出素子130のS/N比が良化する。   Although the terahertz wave detecting element 110 has been described as an example so far, the terahertz wave detecting element 130 also has an electrode interval at a predetermined position different from the end position where the front surface 112a and the back surface 112b of the photoconductive layer 112 are positioned. The detection efficiency of the terahertz wave THz by the terahertz wave detection element 130 is improved as compared with the terahertz wave detection element that is not minimized. Specifically, the signal intensity of the terahertz wave THz detected by the terahertz wave detection element 130 is larger than that of the terahertz wave detection element of the comparative example. As a result, the S / N ratio of the terahertz wave detection element 130 is improved as compared with the terahertz wave detection element of the comparative example.

(2−2)第2実施例のテラヘルツ波発生素子110−2の構成
続いて、図5(a)から図5(c)を参照しながら、第2実施例のテラヘルツ波発生素子110(以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子110−2”と称する)の構成について説明する。図5(a)は、第2実施例のテラヘルツ波発生素子110−2の上面を示す上面図である。図5(b)は、図5(a)に示すテラヘルツ波発生素子110−2のV(1)−V(1)’断面を示す断面図である。図5(c)は、図5(a)に示すテラヘルツ波発生素子110−2のV(2)−V(2)’断面を示す断面図である。
(2-2) Configuration of Terahertz Wave Generating Element 110-2 of Second Example Next, referring to FIGS. 5A to 5C, the terahertz wave generating element 110 of the second example (hereinafter referred to as “the terahertz wave generating element 110”) is described. For convenience, the configuration of “terahertz wave generation element 110-2”) will be described. FIG. 5A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element 110-2 of the second embodiment. FIG. 5B is a cross-sectional view showing a V (1) -V (1) ′ cross section of the terahertz wave generating element 110-2 shown in FIG. FIG.5 (c) is sectional drawing which shows the V (2) -V (2) 'cross section of the terahertz wave generation element 110-2 shown to Fig.5 (a).

図5(a)から図5(c)に示すように、第2実施例のテラヘルツ波発生素子110−2は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1と比較して、光伝導層112並びに第3電極部113−3及び114−3の夫々の形状が異なるという点で異なっている。第2実施例のテラヘルツ波発生素子110−2のその他の構成要件は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1のその他の構成要件と同一であってもよい。   As shown in FIG. 5A to FIG. 5C, the terahertz wave generating element 110-2 of the second embodiment has a photoconductive layer as compared with the terahertz wave generating element 110-1 of the first embodiment. 112 and the third electrode portions 113-3 and 114-3 are different in shape. Other configuration requirements of the terahertz wave generation element 110-2 of the second embodiment may be the same as other configuration requirements of the terahertz wave generation element 110-1 of the first embodiment.

具体的には、XY平面(つまり、ポンプ光LB1の入射方向に交わる平面)上での光伝導層112の形状は、楕円形(或いは、円形)となる。このように光伝導層112の形状を楕円形に設定する理由は、XY平面上でのポンプ光LB1のビーム形状が円形であるためである。   Specifically, the shape of the photoconductive layer 112 on the XY plane (that is, the plane intersecting the incident direction of the pump light LB1) is an ellipse (or a circle). The reason why the shape of the photoconductive layer 112 is set to be oval is that the beam shape of the pump light LB1 on the XY plane is circular.

光伝導層112の形状が楕円形となることに合わせて、XY平面内上での第3電極層113及び114の夫々の形状は、光伝導層112に向かって凹となる円弧形状となる。従って、表面112aと裏面112bとの間の領域内のある位置での電極間隔は、当該ある位置がZ軸方向に沿って所定位置(焦点位置)に近づくほど且つ当該ある位置がY軸方向に沿って光伝導層112の中心から遠ざかるほど小さくなる。例えば、図5(b)及び図5(c)に示すように、光伝導層112の中心から相対的に遠いXZ平面に沿った断面内の所定位置での電極間隔d2(図5(c)参照)は、光伝導層112の中心に相対的に近いXZ平面に沿った断面内の所定位置での電極間隔d1(図5(b)参照)よりも小さくなる。   In accordance with the shape of the photoconductive layer 112 being elliptical, the shape of each of the third electrode layers 113 and 114 on the XY plane is an arc shape that is concave toward the photoconductive layer 112. Therefore, the electrode interval at a certain position in the region between the front surface 112a and the back surface 112b is such that the certain position approaches the predetermined position (focal position) along the Z-axis direction and the certain position increases in the Y-axis direction. Along the distance from the center of the photoconductive layer 112, the distance decreases. For example, as shown in FIGS. 5B and 5C, the electrode interval d2 at a predetermined position in the cross section along the XZ plane relatively far from the center of the photoconductive layer 112 (FIG. 5C). Is smaller than the electrode interval d1 (see FIG. 5B) at a predetermined position in the cross section along the XZ plane relatively close to the center of the photoconductive layer 112.

その結果、XY平面上での光伝導層112の形状が矩形(長方形又は正方形)となる場合と比較して、電極間隔がより小さくなる。従って、テラヘルツ波THzの発生効率がより一層向上する。   As a result, the electrode spacing is smaller than when the photoconductive layer 112 on the XY plane is rectangular (rectangular or square). Therefore, the generation efficiency of the terahertz wave THz is further improved.

(2−3)第3実施例のテラヘルツ波発生素子110−3の構成
続いて、図6(a)から図6(b)を参照しながら、第3実施例のテラヘルツ波発生素子110(以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子110−3”と称する)の構成について説明する。図6(a)は、第3実施例のテラヘルツ波発生素子110−3の上面を示す上面図である。図6(b)は、図6(a)に示すテラヘルツ波発生素子110−3のVI−VI’断面を示す断面図である。
(2-3) Configuration of Terahertz Wave Generating Element 110-3 of Third Embodiment Next, referring to FIGS. 6A to 6B, the terahertz wave generating element 110 of the third embodiment (hereinafter referred to as “ the terahertz wave generating element 110-3” ). For convenience, the configuration of “terahertz wave generating element 110-3”) will be described. FIG. 6A is a top view showing the top surface of the terahertz wave generating element 110-3 of the third embodiment. FIG. 6B is a cross-sectional view showing a VI-VI ′ cross section of the terahertz wave generating element 110-3 shown in FIG.

図6(a)から図6(b)に示すように、第3実施例のテラヘルツ波発生素子110−3は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1と比較して、光伝導層112並びに第3電極部113−3及び114−3の夫々の形状が異なるという点で異なっている。第3実施例のテラヘルツ波発生素子110−3のその他の構成要件は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1のその他の構成要件と同一であってもよい。   As shown in FIG. 6A to FIG. 6B, the terahertz wave generating element 110-3 of the third embodiment is more photoconductive than the terahertz wave generating element 110-1 of the first embodiment. 112 and the third electrode portions 113-3 and 114-3 are different in shape. Other configuration requirements of the terahertz wave generation element 110-3 of the third embodiment may be the same as other configuration requirements of the terahertz wave generation element 110-1 of the first embodiment.

具体的には、上述した第1実施例では、第3電極部113−3がポンプ光LB1の光路の外縁に沿って分布する形状を有しているがゆえに、XZ平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3が全体として、第3電極部114−3に向かって凸状に突き出している(図2(b)参照)。一方で、第3実施例では、図6(b)に示すように、XZ平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3のうちの一部である第1部分113−31が、第3電極部114−3に向かって突き出している(例えば、凸状に突き出している、以下同じ)。XZ平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3のうちの他の一部である第2部分113−32は、第3電極部114−3に向かって突き出していない。言い換えれば、XZ平面に沿ったある断面内において、側面113−3aのうちの一部である第1側面部分113−31aが、側面114−3aに向かって突き出している。XZ平面に沿ったある断面内において、側面113−3aのうちの他の一部である第2側面部分113−32aが、側面114−3aに向かって突き出していない。   Specifically, in the first embodiment described above, the third electrode portion 113-3 has a shape distributed along the outer edge of the optical path of the pump light LB1, and therefore, in a certain cross section along the XZ plane. In FIG. 2, the third electrode portion 113-3 as a whole protrudes in a convex shape toward the third electrode portion 114-3 (see FIG. 2B). On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 6B, in a certain cross section along the XZ plane, the first portion 113-31 which is a part of the third electrode portion 113-3 is formed. And projecting toward the third electrode portion 114-3 (for example, projecting in a convex shape, the same applies hereinafter). In a certain cross section along the XZ plane, the second portion 113-32 which is the other part of the third electrode portion 113-3 does not protrude toward the third electrode portion 114-3. In other words, in a cross section along the XZ plane, the first side surface portion 113-31a that is a part of the side surface 113-3a protrudes toward the side surface 114-3a. In a cross section along the XZ plane, the second side surface portion 113-32a, which is another part of the side surface 113-3a, does not protrude toward the side surface 114-3a.

更に、上述した第1実施例では、第3電極部114−3がポンプ光LB1の光路の外縁に沿って分布する形状を有しているがゆえに、XZ平面に沿ったある断面内において、第3電極部114−3が全体として、第3電極部113−3に向かって凸状に突き出している(図2(b)参照)。一方で、第3実施例では、図6(b)に示すように、XZ平面に沿ったある断面内において、第3電極部114−3のうちの一部である第1部分114−31が、第3電極部113−3に向かって突き出している。XZ平面に沿ったある断面内において、第3電極部114−3のうちの他の一部である第2部分114−32は、第3電極部113−3に向かって突き出していない。言い換えれば、XZ平面に沿ったある断面内において、側面114−3aのうちの一部である第1側面部分114−31aが、側面113−3aに向かって突き出している。XZ平面に沿ったある断面内において、側面114−3aのうちの他の一部である第2側面部分114−32aが、側面113−3aに向かって突き出していない。   Furthermore, in the first embodiment described above, since the third electrode portion 114-3 has a shape distributed along the outer edge of the optical path of the pump light LB1, the first electrode portion 114-3 has a shape in a certain section along the XZ plane. The three-electrode portion 114-3 as a whole protrudes in a convex shape toward the third electrode portion 113-3 (see FIG. 2B). On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 6B, in a certain cross section along the XZ plane, the first portion 114-31 which is a part of the third electrode portion 114-3 is formed. , Protruding toward the third electrode portion 113-3. In a cross section along the XZ plane, the second portion 114-32 which is another part of the third electrode portion 114-3 does not protrude toward the third electrode portion 113-3. In other words, in a cross section along the XZ plane, the first side surface portion 114-31a which is a part of the side surface 114-3a protrudes toward the side surface 113-3a. In a cross section along the XZ plane, the second side surface portion 114-32a, which is another part of the side surface 114-3a, does not protrude toward the side surface 113-3a.

その結果、XZ平面に沿ったある断面内において第3電極部113−3の全体が第3電極部114−3に向かって凸状に突き出し且つ第3電極部114−3の全体が第3電極部113−3に向かって凸状に突き出すテラヘルツ波発生素子と比較して、電極間隔が必要以上に狭くなることがない。従って、第3電極部113−3と第3電極部114−3との間の寄生容量が相対的に小さくなる。   As a result, the entire third electrode portion 113-3 protrudes convexly toward the third electrode portion 114-3 and the entire third electrode portion 114-3 extends to the third electrode within a certain cross section along the XZ plane. Compared with the terahertz wave generating element protruding in a convex shape toward the portion 113-3, the electrode interval does not become unnecessarily narrow. Accordingly, the parasitic capacitance between the third electrode portion 113-3 and the third electrode portion 114-3 is relatively reduced.

(2−4)第4実施例のテラヘルツ波発生素子110−3の構成
続いて、図7(a)から図7(c)を参照しながら、第4実施例のテラヘルツ波発生素子110(以降、便宜上、“テラヘルツ波発生素子110−4”と称する)の構成について説明する。図7(a)は、第4実施例のテラヘルツ波発生素子110−4のXY平面に沿った断面を示す断面図である。図7(b)は、第4実施例のテラヘルツ波発生素子110−4の断面(図7(a)中のVII(1)−VII(1)’断面に相当)を示す断面図である。図7(c)は、第4実施例のテラヘルツ波発生素子110−4の断面(図7(a)中のVII(2)−VII(2)’断面に相当)を示す断面図である。
(2-4) Configuration of the terahertz wave generating element 110-3 of the fourth embodiment Subsequently, referring to FIGS. 7A to 7C, the terahertz wave generating element 110 of the fourth embodiment (hereinafter referred to as “ the terahertz wave generating element 110-3” ). For convenience, the configuration of “terahertz wave generating element 110-4” will be described. FIG. 7A is a cross-sectional view showing a cross section along the XY plane of the terahertz wave generating element 110-4 of the fourth embodiment. FIG. 7B is a cross-sectional view showing a cross section (corresponding to the VII (1) -VII (1) ′ cross section in FIG. 7A) of the terahertz wave generating element 110-4 of the fourth embodiment. FIG. 7C is a cross-sectional view showing a cross section (corresponding to the VII (2) -VII (2) ′ cross section in FIG. 7A) of the terahertz wave generating element 110-4 of the fourth embodiment.

図7(a)から図7(c)に示すように、第4実施例のテラヘルツ波発生素子110−4は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1と比較して、光伝導層112並びに第3電極部113−3及び114−3の夫々の形状が異なるという点で異なっている。第4実施例のテラヘルツ波発生素子110−4のその他の構成要件は、第1実施例のテラヘルツ波発生素子110−1のその他の構成要件と同一であってもよい。   As shown in FIG. 7A to FIG. 7C, the terahertz wave generating element 110-4 of the fourth embodiment is more photoconductive than the terahertz wave generating element 110-1 of the first embodiment. 112 and the third electrode portions 113-3 and 114-3 are different in shape. Other structural requirements of the terahertz wave generating element 110-4 of the fourth embodiment may be the same as other structural requirements of the terahertz wave generating element 110-1 of the first embodiment.

具体的には、第4実施例では、図7(a)に示すように、XY平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3及び114−3のうちX軸方向に沿ってポンプ光LB1を挟み込む一対の第3部分113−33及び114−33の間の間隔は、第3電極部113−3及び114−3のうちX軸方向に沿ってポンプ光LB1を挟み込まない一対の第4部分113−34及び114−34の間の間隔よりも小さくなる。或いは、XY平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3及び114−3のうちX軸方向に沿って所定強度以上のポンプ光LB1を挟み込む一対の第3部分113−33及び114−33の間の間隔は、第3電極部113−3及び114−3のうちX軸方向に沿って所定強度以上のポンプ光LB1を挟み込まない一対の第4部分113−34及び114−34の間の間隔よりも小さくなる。例えば、図7(b)は、XY平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3及び114−3のうちX軸方向に沿ってポンプ光LB1を挟み込む一対の第3部分113−33及び114−33の間の所定位置における間隔がd3であることを示す。例えば、図7(b)は、XY平面に沿ったある断面内において、第3電極部113−3及び114−3のうちX軸方向に沿ってポンプ光LB1を挟み込まない一対の第4部分113−34及び114−34の間の所定位置における間隔がd4(但し、d4>d3)であることを示す。   Specifically, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 7A, the third electrode portions 113-3 and 114-3 are along the X-axis direction in a certain cross section along the XY plane. The distance between the pair of third portions 113-33 and 114-33 that sandwich the pump light LB1 is a pair of third electrodes 113-3 and 114-3 that does not sandwich the pump light LB1 along the X-axis direction. It becomes smaller than the interval between the fourth portions 113-34 and 114-34. Alternatively, the pair of third portions 113-33 and 114 that sandwich the pump light LB1 having a predetermined intensity or more along the X-axis direction among the third electrode portions 113-3 and 114-3 in a certain cross section along the XY plane. -33 is spaced apart between the pair of fourth portions 113-34 and 114-34 that do not sandwich the pump light LB1 having a predetermined intensity or more along the X-axis direction among the third electrode portions 113-3 and 114-3. It becomes smaller than the interval between. For example, FIG. 7B shows a pair of third portions 113- that sandwich the pump light LB1 along the X-axis direction among the third electrode portions 113-3 and 114-3 in a cross section along the XY plane. It indicates that the distance at a predetermined position between 33 and 114-33 is d3. For example, FIG. 7B shows a pair of fourth portions 113 that do not sandwich the pump light LB1 along the X-axis direction among the third electrode portions 113-3 and 114-3 in a certain cross section along the XY plane. This indicates that the interval at the predetermined position between −34 and 114-34 is d4 (where d4> d3).

その結果、第3電極部113−3及び114−3がポンプ光LB1を挟み込まない領域(つまり、キャリアが発生しない又は発生しにくい領域)において電極間隔が必要以上に狭くなることがない。従って、第3電極部113−3と第3電極部114−3との間の寄生容量が相対的に小さくなる。   As a result, the electrode spacing does not become unnecessarily narrow in a region where the third electrode portions 113-3 and 114-3 do not sandwich the pump light LB1 (that is, a region where carriers are not generated or hardly generated). Accordingly, the parasitic capacitance between the third electrode portion 113-3 and the third electrode portion 114-3 is relatively reduced.

尚、上述の説明では、テラヘルツ波発生素子110及びテラヘルツ波検出素子130を用いて説明を進めた。しかしながら、テラヘルツ波とは異なる任意の電磁波を発生する(言い換えれば、出射する)任意の電磁波発生素子が、上述したテラヘルツ波発生素子110と同様の構造を有していてもよい。テラヘルツ波とは異なる任意の電磁波を検出する任意の電磁波検出素子が、上述したテラヘルツ波検出素子130と同様の構造を有していてもよい。この場合であっても、任意の電磁波発生素子及び任意の電磁波検出素子の夫々は、上述したテラヘルツ波発生素子110又はテラヘルツ波検出素子130が享受可能な効果と同様の効果を好適に享受することができる。   In the above description, the description has been made using the terahertz wave generating element 110 and the terahertz wave detecting element 130. However, any electromagnetic wave generating element that generates (in other words, emits) an arbitrary electromagnetic wave different from the terahertz wave may have the same structure as the above-described terahertz wave generating element 110. An arbitrary electromagnetic wave detection element that detects an arbitrary electromagnetic wave different from the terahertz wave may have the same structure as the above-described terahertz wave detection element 130. Even in this case, each of the arbitrary electromagnetic wave generating element and the arbitrary electromagnetic wave detecting element preferably enjoys the same effect as the effect that the terahertz wave generating element 110 or the terahertz wave detecting element 130 can enjoy. Can do.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光伝導素子及び計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the scope or spirit of the invention that can be read from the claims and the entire specification. In addition, the measuring device is also included in the technical scope of the present invention.

10 試料
100 テラヘルツ波計測装置
101 パルスレーザ装置
110 テラヘルツ波発生素子
111 基板
112 光伝導層
113、114 電極層
115 ギャップ部
120 光学遅延機構
130 テラヘルツ波検出素子
150 制御部
151 ロックイン検出部
152 信号処理部
LB1 ポンプ光
LB2 プローブ光
THz テラヘルツ波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sample 100 Terahertz wave measuring apparatus 101 Pulse laser apparatus 110 Terahertz wave generating element 111 Substrate 112 Photoconductive layer 113, 114 Electrode layer 115 Gap part 120 Optical delay mechanism 130 Terahertz wave detecting element 150 Control part 151 Lock-in detection part 152 Signal processing LB1 Pump light LB2 Probe light THz Terahertz wave

Claims (11)

表面に励起光が入射する光伝導層と、前記励起光の入射方向に交わる所定方向に沿って前記光伝導層を挟み込む一対の電極とを備え、
前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記表面と前記入射方向に沿って前記表面に対向する前記光伝導層の裏面との間の領域のうち前記表面及び前記裏面が位置する端部位置とは異なる所定位置において最小になる
ことを特徴とする光伝導素子。
A photoconductive layer on which excitation light is incident on the surface, and a pair of electrodes that sandwich the photoconductive layer along a predetermined direction intersecting the incident direction of the excitation light,
The distance between the pair of electrodes along the predetermined direction is an end where the front surface and the back surface are located in a region between the front surface and the back surface of the photoconductive layer facing the front surface along the incident direction. A photoconductive element characterized by being minimized at a predetermined position different from the part position.
前記所定位置は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の前記所定方向に沿ったビーム径が最小となる位置である
ことを特徴とする請求項1に記載の光伝導素子。
2. The photoconductive element according to claim 1, wherein the predetermined position is a position where a beam diameter along the predetermined direction of the excitation light transmitted through the photoconductive layer is minimized.
前記一対の電極の間隔の前記入射方向に沿った変化傾向は、前記ビーム径の前記入射方向に沿った変化傾向と同一である
ことを特徴とする請求項2に記載の光伝導素子。
The photoconductive element according to claim 2, wherein a change tendency of the distance between the pair of electrodes along the incident direction is the same as a change tendency of the beam diameter along the incident direction.
前記一対の電極の夫々は、前記光伝導層と接触する接触面を含み、
前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔は、前記所定方向に沿った一対の前記接触面の間隔である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の光伝導素子。
Each of the pair of electrodes includes a contact surface in contact with the photoconductive layer,
4. The photoconductive element according to claim 1, wherein an interval between the pair of electrodes along the predetermined direction is an interval between the pair of contact surfaces along the predetermined direction. 5. .
前記接触面は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する形状を有している
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の光伝導素子。
The light according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact surface has a shape distributed along an outer edge of an optical path of the excitation light that passes through the photoconductive layer. Conductive element.
前記一対の電極の夫々の前記入射方向に交わる平面上での形状は、前記光伝導層内を透過する前記励起光の光路の外縁に沿って分布する円弧形状である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光伝導素子。
The shape of each of the pair of electrodes on a plane intersecting the incident direction is an arc shape distributed along the outer edge of the optical path of the excitation light that passes through the photoconductive layer. The photoconductive element according to any one of 1 to 5.
前記一対の電極の一方は、前記所定位置において前記所定方向に沿った前記一対の電極の間隔が最小になるように、少なくとも部分的に前記一対の電極の他方に向かって突き出している
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の光伝導素子。
One of the pair of electrodes protrudes at least partially toward the other of the pair of electrodes so that a distance between the pair of electrodes along the predetermined direction is minimized at the predetermined position. The photoconductive element according to any one of claims 1 to 6.
前記入射方向に交わる平面内において、前記一対の電極のうち所定強度以上の前記励起光の光路を前記所定方向に沿って挟み込む一対の第1部分の前記所定方向に沿った間隔は、前記一対の電極のうち前記所定強度以上の前記励起光の光路を前記所定方向に沿って挟み込まない一対の第2部分の前記所定方向に沿った間隔よりも小さい
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の光伝導素子。
An interval along the predetermined direction of the pair of first portions sandwiching the optical path of the excitation light having a predetermined intensity or more along the predetermined direction in the plane intersecting the incident direction is the pair of electrodes. The distance between the pair of second portions not sandwiching the optical path of the excitation light having the predetermined intensity or more among the electrodes along the predetermined direction is smaller than the distance along the predetermined direction. The photoconductive element according to claim 1.
前記一対の電極は、前記励起光の光路の外側に形成されている
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の光伝導素子。
The photoconductive element according to any one of claims 1 to 8, wherein the pair of electrodes are formed outside an optical path of the excitation light.
試料に電磁波を照射する照射手段と、
前記試料に照射された前記電磁波を検出する検出手段と
を備え、
前記照射手段及び前記検出手段のうちの少なくとも一方は、請求項1から9のいずれか一項に記載の光伝導素子を含む
ことを特徴とする計測装置。
An irradiation means for irradiating the sample with electromagnetic waves;
Detecting means for detecting the electromagnetic wave irradiated to the sample,
At least one of the said irradiation means and the said detection means contains the photoconductive element as described in any one of Claim 1 to 9. The measuring device characterized by the above-mentioned.
前記電磁波は、テラヘルツ波を含む
ことを特徴とする請求項10に記載の計測装置。
The measuring apparatus according to claim 10, wherein the electromagnetic wave includes a terahertz wave.
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