JP6705672B2 - 電磁波計測装置 - Google Patents
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Description
[電磁波発生器の構成]
図1に示すように、電磁波発生器10は、光伝導アンテナ素子であり、光伝導材料の薄膜を積層した光伝導基板13と、光伝導基板13上に形成された一対のアンテナ電極(以下、単に一対のアンテナという)20と、を有している。
[電磁波検出器の構成]
また、図2に示すように、電磁波検出器30は、光伝導アンテナ素子であり、光伝導材料の薄膜を積層した光伝導基板33と、光伝導基板33上に形成された一対のアンテナ電極(以下、単に一対のアンテナという。)40と、を有している。
[電磁波発生器の光伝導層の構成]
図3は、電磁波発生器10の光伝導基板13の積層構造を模式的に示す断面図である。電磁波発生器10の成長基板11は、半絶縁性(SI:Semi-insulating)のInP基板(SI−InP)である。成長基板11上には、光伝導層(第2光伝導層)12が形成されている。第2光伝導層12は、InGaAsなどからなる1層の半導体層として構成されている。
[電磁波検出器の光伝導層の構成]
図4は、電磁波検出器30の光伝導基板33の積層構造を模式的に示す断面図である。電磁波検出器30の成長基板31は、SI−InP基板である。成長基板31上には、第2半導体層37と、第2半導体層37上に形成された第1半導体層35と、からなる光伝導層(第1光伝導層)32が形成されている。
[電磁波発生器の製造工程]
次に、MBE装置を用いた電磁波発生器10の製造工程について説明する。なお、本実施例では、結晶成長法としてMBE法を用いているが、MBE法に代えて、より低廉な結晶成長法であるMOCVD(有機金属化学気相蒸着)法等を用いてもよい。
[電磁波検出器の製造工程]
続いて、MBE装置を用いた電磁波検出器30の製造工程について説明する。なお、本実施例では、結晶成長法としてMBE法を用いているが、MBE法に代えて、より低廉な結晶成長法であるMOCVD(有機金属化学気相蒸着)法等を用いてもよい。
[電磁波発生器の光伝導層の半導体材料]
図3及び図4を参照し、本実施例の光伝導層に適用する半導体材料、光伝導層が有するバンドギャップエネルギー(Eg(eV)、以下、バンドギャップと称する)及び積層構造について説明する。
[電磁波検出器の光伝導層の材料]
図4に示す第1光伝導層32は、少なくとも1の第1半導体層35と、第1半導体層35よりもバンドギャップが大なる半導体からなる少なくとも1の第2半導体層37と、が交互に積層されることによって構成されている。
[電磁波発生器の動作]
上述したように、電磁波発生器10は、ギャップ部23にポンプ光が照射されることで、光励起キャリアが発生し、一対のアンテナ本体20Bの間にパルス状の電流が流れ、この電流によってテラヘルツ電磁波が発生する。
一方で、電磁波検出器30は、ギャップ部43にプローブ光が照射され、測定試料からのテラヘルツ電磁波を受けたときに発生する電流を測定することによってテラヘルツ電磁波を検出する。検出感度を高くするためには、発生キャリア量が多いことに加え、キャリア寿命が短いことが重要となる。つまり、光伝導層における高いキャリア発生効率かつ短いキャリア寿命が得られることでテラヘルツ波検出感度が向上する。
[電磁波計測システム]
図6は、本実施例の電磁波発生器10及び電磁波検出器30が適用されたテラヘルツ時間領域分光(TDS)計測システム60を示す図である。図6を参照して、このTDS計測システム60について説明する。
すなわち、成長基板11上に第3半導体層15及び第4半導体層17が交互に積層されている。本実施例において、複数の第3半導体層15はInGaAs層であり、複数の第4半導体層17はInAlAs層である。また、成長基板11上に第4半導体層17であるInAlAs層が成長されている場合を示している。
[電磁波計測システムの測定結果の例]
実施例1及び実施例2に係る電磁波発生器10及び電磁波検出器30を、図6に示した電磁波計測システム(TDS計測システム)に適用した場合の測定結果の一例を図10,11に示す。具体的には、実施例1、実施例2、及び比較例のTDS計測システムにより測定したテラヘルツ波時間波形の最大振幅値、及びテラヘルツ波時間波形をフーリエ変換したスペクトル(テラヘルツ波スペクトル)のダイナミックレンジを示している。
[電磁波発生検出モジュール]
なお、本実施例の電磁波発生器10及び電磁波検出器30を、電磁波発生検出モジュール(電磁波計測装置)のような部品又は装置として構成してもよい。図12は、実施例1及び実施例2の改変例として、電磁波発生器10及び電磁波検出器30を有する電磁波発生検出モジュール80の一例を模式的に示す図である。
11、31 成長基板
12 第2光伝導層
13、33 光伝導基板
15 第3半導体層
17 第4半導体層
20、40 一対のアンテナ
23、43 ギャップ部
30 電磁波検出器
32 第1光伝導層
35 第1半導体層
37 第2半導体層
60 電磁波計測システム
80 電磁波発生検出モジュール
Claims (5)
- 少なくとも1の第1半導体層と前記第1半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも1の第2半導体層とが交互に積層された第1光伝導層を有し、前記第1光伝導層がパルス光の入射を受けることで、対象物に照射されて前記対象物を透過した又は前記対象物で反射された電磁波を検出する検出器と、
少なくとも1の第3半導体層と、前記第3半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも1の第4半導体層と、が交互に積層された第2光伝導層を有し、前記第2光伝導層にパルス光が入射することで前記対象物に照射する電磁波を発生する発生器と、
を有し、
前記少なくとも1の第4半導体層の総厚に対する前記少なくとも1の第3半導体層の総厚の比が、前記少なくとも1の第2半導体層の総厚に対する前記少なくとも1の第1半導体層の総厚の比より大なる電磁波計測装置。 - 前記少なくとも1の第2半導体層の総厚は、前記少なくとも1の第4半導体層の総厚よりも大なる請求項1に記載の電磁波計測装置。
- 少なくとも1の第1半導体層と前記第1半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも1の第2半導体層とが交互に積層された第1光伝導層を有し、前記第1光伝導層がパルス光の入射を受けることで、対象物に照射されて前記対象物を透過した又は前記対象物で反射された電磁波を検出する検出器と、
少なくとも1の第3半導体層と、前記第3半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも1の第4半導体層と、が交互に積層された第2光伝導層を有し、前記第2光伝導層にパルス光が入射することで前記対象物に照射する電磁波を発生する発生器と、を有し、
前記少なくとも1の第2半導体層の総厚は、前記少なくとも1の第4半導体層の総厚よりも大なる電磁波計測装置。 - 前記少なくとも1の第2半導体層の層数は、前記少なくとも1の第4半導体層の層数よりも大なる請求項1乃至3のいずれかに記載の電磁波計測装置。
- 少なくとも1の第1半導体層と前記第1半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも1の第2半導体層とが交互に積層された第1光伝導層を有し、前記第1光伝導層がパルス光の入射を受けることで、対象物に照射されて前記対象物を透過した又は前記対象物で反射された電磁波を検出する検出器と、
少なくとも1の第3半導体層と、前記第3半導体層よりもバンドギャップの大なる少なくとも1の第4半導体層と、が交互に積層された第2光伝導層を有し、前記第2光伝導層にパルス光が入射することで前記対象物に照射する電磁波を発生する発生器と、を有し、
前記少なくとも1の第2半導体層の層数は、前記少なくとも1の第4半導体層の層数よりも大なる電磁波計測装置。
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