JP2017005631A - テラヘルツ波導波回路 - Google Patents

Abstract

【課題】量産に適したテラヘルツ波用の導波路作製技術はまだ存在していない。特に１ＴＨｚよりも低い周波数のテラヘルツ波領域では、導波路の短辺が数１００μｍ程度まで長くなるため、導波路を形成するときの加工深さに関連する問題は深刻であって、テラヘルツ波用の集積回路を実現するときの大きな障害となっていた。【解決手段】本発明のテラヘルツ波導波回路では、２枚の基板を貼り合わせて中空構造の導波路を形成することで、形成が必要な溝の深さが従来技術の半分で済む。溝形成時の加工ズレ量を半分に抑制できる。これによって、中空構造の導波路を利用して作製されたフィルタでは、中心波長ズレを半分に抑制し、反射減衰量を抑制した導波回路を実現できる。さらに、溝を加工中の熱衝撃や導波回路を使用中の振動衝撃によって導波回路が割れてしまう問題が避けることもできる。より薄く、価格の安いＳｉ基板などを選択可能となり、より低い周波数側のテラヘルツ波領域用の導波回路も実現可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、テラヘルツ帯の電磁波を導波する導波路およびそれを用いた集積回路に関する。

テラヘルツ波は、電波（マイクロ波）と光の中間領域にある電磁波であって、明確な定義はないが、周波数がおおよそ０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の電磁波として知られている。電波や光と比べれば充分な利用には至っていない未開拓な電磁波とも言われている。テラヘルツ波を用いると、樹脂材料、医薬品、生体などの有機物の定量分析や透過画像撮影が可能であり、さまざまな分野でテラヘルツ波の応用が盛んになってきている。しかしながら、現在のテラヘルツ波の応用システムでは、透過率や透過率スペクトル、すなわちテラヘルツ波の強度計測をベースにしたものに止まっている。テラヘルツ波のコヒーレンシー（可干渉性）を生かした誘電率の高精度な計測や、干渉を用いた高感度な透過イメージ取得には未だ至っていない。

テラヘルツ波の利用に関するこのような状況は、テラヘルツ波の生成・検出そのものが難しく、近年になってようやくテラヘルツ波の生成・検出が実現されたばかりである事情がある。このように、テラヘルツ波の利用は未成熟な段階ではあるが、特定の分野においては、例えば透過画像撮影装置が実用化されていることを考えれば、テラヘルツ波の社会的なニーズはかなり高いものであると見ることができる。テラヘルツ波の応用研究は今後さらに大きく発展していくと考えられる。

現時点のテラヘルツ波を利用する大半の計測器には、テラヘルツ光源と検出器との間に被検査物体を置くような簡単な構成のものが多い。さらにより複雑な構成を持つ様々な発展型システムも期待されている。例えば、スイッチを用いてテラヘルツ波のビーム光路を切り替えて複数点を短時間で連続して計測したり、広帯域テラヘルツ波の中から特定の周波数のみを選択してサンプルに照射したりする構成が注目されている。

このようなテラヘルツ波の発展型システムへの応用をさらに促すためには、フィルタリングや方路切り替えなど、テラヘルツ波そのものを操作する基盤技術をさらに充実させる必要がある。同じ電磁波でも、光やマイクロ波の領域では、導波路／導波管技術により波長（周波数）フィルタ、スイッチなどの機能が小型高性能で既に実現され、しかも１つの基板上に複数個分の機能が集積化されているケースもある。１つの基板上への集積化技術は、単に小型、低コストで量産性に優れているなどのメリットだけでなく、例えば被計測光および参照光の光路長を安定に保って振動の影響を全く受けない干渉型の計測系を実現できるなど、特性の飛躍的な向上にも役立つ。

G. Chattopadhyay, et al., "Submillimeter-Wave 90° polarization Twists for Integrated Waveguide Circuits"., The IEEE Microwave and Wireless Components Letters., vol. 20 no. 1, pp. 592-594 (2010) C. A. Leal-Sevillano, et al., "Silicon Micromachined Canonical E-Plane and H-Plane Bandpass Filters at the Terahertz Band"., The IEEE Microwave and Wireless Components Letters., vol. 23 no. 6, pp. 288-290 (2013) Y. Miura, et al., "A 60GHz Double-layer Waveguide Slot Array with more than 32dBi and 80% Efficiency over 5GHz Bandwidth Fabricated by Diffusion Bonding of Laminated Thin Metal Plates"., IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, pp. 1-4 (2010)

しかしながら、テラヘルツ波を利用する導波回路を面基板上に形成した集積化回路の実現に向けた取り組みは進んでいない。その主な理由には、テラヘルツ波の波長の値自体に起因する制限がある。先にも述べたように、テラヘルツ波はおおよそ０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の電磁波と言われているので、典型的な周波数を１ＴＨｚとした場合、その空間波長は３００μｍとなる。このテラヘルツ波の波長に合わせて、マイクロ波と同様のシングルモードの中空導波管を作製する場合、管内の寸法は２７０μｍ×１３５μｍとなる。このような数１００μｍサイズの中空導波管を機械加工切削によって切削して作ることも不可能ではないが、特殊なエンドミルを用いて高精度に作製する必要がある。当然に複数の導波回路を集積化するのは難しく、量産性も無い（非特許文献１）。

また、半導体産業で用いられているフォトリソグラフィおよびドライエッチングなどの加工法によっても、上記のサイズの中空導波管を作製するのはやはり難しい。フォトリソグラフィおよびエッチング技術は、ミクロンからサブミクロン程度のサイズのパターンの作製において、精度と量産性に非常に優れている。しかしながら、深さ方向に数１００μｍもの加工が必要な深溝の加工には向いておらず、長時間の加工が必要になる（問題１）。また、加工深さに対して十分な厚さを持つ基板を用いない場合、エッチング加工中の熱衝撃やダイシング中の振動衝撃で基板が割れてしまう（問題２）。深溝の加工に関しては、エッチング・モードおよびパッシベーション・モードを交互に繰り返すＢＯＳＨ法が提案されている。この方法によっても、１００μｍ前後の幅および深さを持つ溝の加工には、溝幅における数μｍの誤差や数度の側壁傾斜誤差が発生する（問題３）。結果として、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を利用して作製した導波路型フィルタにおいて、反射減衰量が１０ｄＢ劣化したり、中心周波数が２〜３割も設計値からずれてしまったりなどの、集積化を難しくする特性上の問題が報告されている（非特許文献２）。

テラヘルツ波よりもやや周波数の低いミリ波領域の先行例として、厚さ０．３ｍｍ程度の金属板を加工し、これを数層重ねて貼り合わせることによって中空導波を作製した報告もある（非特許文献３）。しかし、この貼合わせによる作製方法をテラヘルツ波領域の導波路に適用するには、基板材料に特殊な性能を持ったものが必要になり、高価であって量産性に欠けることになる。基板の入手性や量産技術の蓄積を考えれば、テラヘルツ波においても、一般の集積回路に利用されているシリコンウェファ基板などを利用できるのが好ましい。上述の貼合わせによる作製方法では、集積化する導波回路を内包できる程度の面積を持ち（条件１）、通常のシリコン基板（例えば５００μｍ）よりも１桁から１桁以上薄く（条件２）、さらには、機械加工および貼合わせ作業に耐え得る強度・剛性（条件３）を持った特殊な金属板が必要となる。高い剛性をもつ金属は種類が限られることから、貼合わせ法によるテラヘルツ波用の中空導波路が実現できたとしても、結局高価なものになってしまう。

上述のように、量産に適したテラヘルツ波用の導波路作製技術はまだ存在していないのが現状である。特に、上で検討した１ＴＨｚよりも低い周波数のテラヘルツ波領域では、導波路の短辺が数１００μｍ程度にまでさらに長くなるため、導波路を形成するときの加工深さの問題はより深刻であって、テラヘルツ波用の集積回路を実現するときの大きな障害となっている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、テラヘルツ波導波路を含む集積回路を、低コストで量産性良く実現できる導波回路を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、導波回路パターンの溝が形成された第１の基板と、前記導波回路パターンと対称な形状を有する、対応する導波回路パターンの溝が形成された第２の基板であって、前記第１の基板上の前記導波回路パターンの溝と、前記対応する導波回路パターンの溝とが対向するように、前記第１の基板と重ね合わせられ、前記対向する２つの溝によって中空構造の導波路が形成される、第２の基板とを備え、少なくとも、前記第１の基板および前記第２の基板上に形成された前記中空構造の導波路の表面に金属膜が形成されていることを特徴とする導波回路である。

上述の第１の基板上の導波路パターンと、第２の基板上の対応する導波路パターンは、鏡面対称な形状を持つ。尚、ここで言う鏡面対称とは、２つのパターンの間の対称線上に鏡を置いたときに、一方のパターンが、鏡の中に写される他方のパターンの鏡像と一致する関係にあることを意味する。

請求項２に記載の発明は、請求項１の導波回路であって、前記第１の基板上の前記導波回路パターンの溝の深さと、前記第２の基板上の前記対応する導波回路パターンの溝の深さが概ね等しく、前記溝の深さ方向は、前記中空導波路の短辺方向であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の導波回路であって、前記中空構造の導波路は、テラヘルツ波領域の信号を伝搬可能なサイズを持ち、前記第１の基板および前記第２の基板はシリコン基板であって、前記溝はフォトリソグラフィおよびドライエッチング法によって形成されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの導波回路であって、重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の前記中空構造の導波路において、前記導波回路の内部の導波路幅よりも徐々に広がる開口部構造を備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの導波回路であって、重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の、前記中空導構造の導波路の端部において、前記端部の開口部に隣接して、外部からの入力信号または外部への出力信号の反射光を前記基板の外部に反射・散乱する傾斜壁構造を持つことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの導波回路であって、重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の、前記中空構造の導波路の端部において、前記端部の開口部に隣接して、前記中空構造の導波路の断面構造に対応する前記導波回路の動作波長の４分の１となる奥行き長さ持ち前記中空構造の導波路の方向に沿って伸びた１つ以上の空洞をさらに備えたことを特徴とする。

本発明のテラヘルツ波導波回路によれば、従来技術と比べて、導波路などの構造の加工誤差を半分に抑制し、その結果、フィルタの中心波長ズレや、反射減衰量の増加を抑制することができる導波回路を実現する。さらに加工中の熱衝撃や導波回路使用中の振動衝撃による導波回路の破損を避けることができるので、より薄く価格の安い基板を選択可能となる。導波路サイズがさらに大きい、より低い周波数側のテラヘルツ波領域用の導波回路も実現可能となる。

図１は、本発明の実施例１のテラヘルツ波導波回路の構成を示す図である。 図２は、本発明の導波回路を構成する２つの基板のより詳細な構造を示した図である。 図３は、本発明の実施例２のテラヘルツ波導波回路の構成を示す図である。

本発明のテラヘルツ波導波回路によれば、２枚の基板を貼り合わせて中空構造の導波路を形成することにより、形成が必要な溝の深さが半分で済む。そのため溝を形成時の加工ズレ量を半分に抑制できる。その結果、中空構造の導波路を利用して作製されたフィルタの中心波長ズレを半分に抑制し、反射減衰量を抑制した導波回路を実現できる。さらには溝を加工中の熱衝撃や導波回路を使用中の振動衝撃によって導波回路が割れてしまう問題が避けることができる。より薄く、価格の安い基板を選択可能となり、より低周波数側のテラヘルツ波領域用の導波回路を実現可能となる。以下の説明では、光と電波の中間的領域にあるテラヘルツ波を伝搬させるため、中空構造の導波路を含む回路を「導波回路」と呼んでいるが、「導波路回路」と同じ意味で使用している。

以下、図面を参照しながら本発明のテラヘルツ波導波回路の実施例を詳細に説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１のテラヘルツ波導波回路の構成を示す図である。図１の（ａ）は、導波回路１０の全体を見た斜視図であり、図１の（ｂ）は、Ａ−Ａ´線を通る導波路断面を見た図である。図１の（ａ）に示す様に導波路１は中空導波路であり、その大きさ（内寸）は横２８０μm、高さ１４０μmである。導波回路１０で使用するテラヘルツ波の周波数を１ＴＨｚと想定してこの値とした。使用する周波数に応じて導波路の断面サイズを変化させる必要があるのは、マイクロ波の導波管と同様である。図１の（ｂ）の断面図からわかるように、中空構造の導波路１は、下部基板２上に形成された第１の溝と、上部基板３上に形成された対応する第２の溝を対向させて重ね合わせることによって実現している。下部基板２および上部基板３が対向して重ね合わされる面上には、金属膜４が形成されている。金属膜４の詳細な構成については、後述する。

したがって、本発明のテラヘルツ波導波回路は、導波回路パターンの溝（５ａ）が形成された第１の基板（２）と、前記導波回路パターンと対称な形状を有する、対応する導波回路パターンの溝（５ｂ）が形成された第２の基板（３）であって、前記第１の基板上の前記導波回路パターンの溝と、前記対応する導波回路パターンの溝とが対向するように、前記第１の基板と重ね合わせられ、前記対向する２つの溝によって中空構造の導波路が形成される、第２の基板とを備え、少なくとも、前記第１の基板および前記第２の基板上に形成された前記中空構造の導波路の表面に金属膜（４）が形成されているものとして実施できる。

上述の第１の基板２上の導波路パターンと、第２の基板３上の対応する導波路パターンは、鏡面対称な形状を持つ。尚、ここで言う鏡面対称とは、２つのパターンの間の対称線上に鏡を置いたときに、一方のパターンが、鏡の中に写される他方のパターンの鏡像と一致する関係にあることを意味している。例えば、図２（ｃ）の基板２と図２（ｄ）の基板３との間の中間に鏡を置いて、基板２を写したとき、基板３のパターンが、基板２のパターンの鏡像になっている関係にある。

図２は、本発明の導波回路を構成する２つの基板のより詳細な構造を示した図である。図２の（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ下部基板２、上部基板３の溝が形成される面を見た図であり、図２の（ａ）、（ｂ）は、下部基板２のＡ−Ａ´線、上部基板３のＢ−Ｂ´線を含む断面図である。図２の（ｃ）、（ｄ）を見ればわかるように、２つの基板２、３の中間に折り返し線を仮想して、左右を合わせて対向させれば、２つの基板面上の溝５ａ、５ｂの各パターンは完全に重なり、鏡面対称の導波回路パターンとなる。溝５ａ、５ｂの深さはいずれも７０μｍであり、２枚の基板２、３を貼り合わせることによって、中空部の基板厚さ方向（短辺方向）の高さを１４０μｍとした。

したがって、本発明のテラヘルツ波導波回路では、第１の基板上の導波回路パターンの溝の深さと、第２の基板上の前記対応する導波回路パターンの溝の深さが概ね等しく、前記溝の深さ方向は、前記中空導波路の短辺方向となる。図２の構成では、２つの基板における溝５ａ、５ｂの深さを同じものとして説明したが、極端に差異が無い限りは、他の必要性から、溝の深さが異なっていても良い。

２つの基板２、３の材料は半導体産業で一般に用いられているシリコンを採用し、基板厚さは価格が低廉な５２５μｍのものを選択した。深さ７０μｍの溝５ａ、５ｂの形成には、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いた。使用したエッチング条件では、深さ７０μｍの溝を加工するのには約３．５時間のエッチング時間が必要であった。本発明の導波回路の構成によれば、従来技術で１枚の基板上の深溝を一気に形成する場合と比べて、形成する溝の深さが半分で済む。このため、チャンバーの清掃などの前処理時間を含めても１日内に加工を終了する工程を実現することが可能となり、実際の製造プロセス上の工程管理が簡単となった。フォトリソグラフィを利用するためには、２つの基板に対して、鏡面対称の関係にある２枚のフォトマスクが必要となる。ＣＡＤ等を利用して、第１の基板のための１枚（下部基板２）のフォトマスクのパターン設計を行えば、第２の基板のためのもう１枚（上部基板３）のフォトマスクについては、ＣＡＤの電子データ上でパターンを反転すれば良く、実際の設計工程上での手間やコストの増加はない。

また、２つの基板２、３の溝５ａ、５ｂの部分を含む基板面上には、金属膜４として金を蒸着した。中空導波路／導波管の内壁を金属とすることによって電磁波を中空内に閉じ込める機能に加え、金属膜４は、下部基板２と上部基板３とを熱圧着する際の接着層としても機能する。図１、図２に示した実施例１では、基板面上の全面に金属膜を蒸着した構成としたが、金属の材料コストを削減したい場合には溝５ａ、５ｂの内部および溝５ａ、５ｂの近傍のみに金を蒸着して、残りの基板面上の部分では、接着剤を用いて２枚の基板の貼り合わせても良い。

本実施例においては、簡単のため基板面上にＵ字型の導波路が１本だけある導波回路パターンとなっているが、これだけに限られない。本発明の２つの基板面上に鏡面対称に形成された対応する導波回路パターンの溝を重ね合わせて構成された中空導波路を持つ本発明の導波回路を用い、多数の導波路からなる導波回路パターンを持つ、例えばマッハツェンダー干渉計型やアレイ導波路回折格子型の周波数フィルタなどの様々なテラヘルツ波導波回路を実現できるのは言うまでもない。

また図１の（ａ）の斜視図には描いていないが、例えば、図２の（ｃ）、（ｄ）に示した基板端面６ａ、６ｂには、金属膜が施されることが望ましい。テラヘルツ波は、導波路の一方の入り口、例えば、図２の（ｃ）、（ｄ）における上辺の端面６ａ、６ｂの開口部から入力される。基板材料が高抵抗シリコンの場合、テラヘルツ波の吸収が低く、導波路入口以外の部分からテラヘルツ波が侵入したときに基板内をテラヘルツ波が伝搬してしまうのを防止するためである。

上述のように、２つの基板面上に鏡面対称に形成された対応する導波回路パターンの溝を重ね合わせて構成される本発明の導波回路によれば、従来技術のように一度に深い溝を形成する場合と比べて、加工が必要な溝の深さが半分で済む。したがって、深い溝を形成するために必要なエッチング時間が半分で済む。さらに、溝の深さが半分で済むため、エッチング加工中の熱衝撃やダイシング中の振動衝撃で割れてしまう可能性を抑えるとともに、より薄い基板を使用することも可能となる。さらには、ＢＯＳＨ法などを用いてエッチングをした場合に依然として生じていた、溝幅における数μｍの誤差や数度の側壁傾斜誤差を半減させることができる。

溝加工と溝の側面補強を交互に行うＢＯＳＨ法などの深堀りエッチング技術では、溝のエッチング加工が進んでいくときのマスクギャップの誤差や、側壁傾斜角度に起因して生じる溝幅の誤差などは、概ね加工する溝の深さに比例する。したがって、溝の深さを半分にできれば、片方の基板の溝で生じる最大誤差を半分にできる。２つの基板を重ね合わせて得られる導波路の幅の最大誤差も概ね半分に抑えることができる。

本実施例では、基本的な導波回路の構造および作製方法に焦点を当てて説明してきたが、次の実施例では、導波回路内に導入するテラヘルツ波信号の反射の影響を減らす構造を提示する。

［実施例２］
図３は、本発明の実施例２のテラヘルツ波導波回路の構成を示す図である。図３の（ａ）〜（ｃ）はいずれも、導波回路の導波路入口の近傍に信号発生器への信号反射防止構造を設けた導波回路を示す。いずれの図も、２枚の基板の内の１枚について、導波路の溝を形成した面上で、基板周辺部の導波路入り口の近傍における導波回路パターンを示している。一般に信号発生器から発生するテラヘルツ波は球面上に広がるので、導波回路内へ入力する前にレンズ（例えば、高密度ポリエチレンレンズ）を用いて波面が平らなコリメート波（以下ビームと呼ぶ）とする。図３の（ａ）を参照すると、ビーム２５の直径（強度が中心ピークのｅ²分の１に減少する幅を言う）が導波路２１の幅と一致していない場合、テラヘルツ波の電力の一部が基板の開口部から内部の導波路２１に入らず基板端面２０で反射してしまう。ビームの入力する位置がずれた場合も同様に反射が生じる。このような反射ビームは、図示してない信号発生器へ戻ることになる。この戻りビームは信号発生器の動作上の不安定要因となり望ましくないため、導波路入口付近に信号発生器への反射を防止する構造を設ける必要がある。上述の導波路入力側の場合と同様に、テラヘルツ波導波回路の出力側においても、後段のデバイスからの戻り信号（ビーム）は、導波回路の動作に影響を与える可能性がある。

図３の（ａ）は、信号反射防止の構造の第１の構成例であって、導波路入口付近の導波路開口部２２の幅を導波回路内部の導波路２１の幅Ｗと比べてテーパ状に広げ、ビーム２５の直径よりも確実に導波路の開口部２２の幅を大きくした構造を持つ。具体的には、実施例１の１ＴＨｚのテラヘルツ波の場合、２つの基板の開口部２２の深さを導波路と同じ７０μｍとして、開口部２２の最大幅を１５００μｍ、テーパ状に幅が変化している部分の導波路方向長さを１３００μｍとすることができる。テーパ部分２２の形状を最適に設定して、反射減衰量が最小となるように各寸法を決定できる。開口部２２の深さを７０μｍ以上にしても良い。

開口部２２の形状は、基板周辺部に向かって広がるテーパ状だけに限られず、信号発生器からのテラヘルツ波を導波路２１内へ導くことができるものであれば良い。したがって、本発明の導波回路において、重ね合わされた第１の基板２および第２の基板３の端面近傍の、中空構造の導波路において、前記導波回路の内部の導波路幅よりも徐々に広がる開口部構造（２２）を有することが好ましい。

図３の（ｂ）は、信号反射防止の構造の第２の構成例であって、導波路入口付近に導波路開口部の範囲からはみ出して入力されたテラヘルツ波を信号発生器から外れた方向に散乱・反射させて信号発生器へは戻さない反射壁構造２３ａ、２３ｂを設けた構造を持つ。導波路入口付近に設置した斜めの壁２３ａおよび２３ｂによって、入射テラヘルツ波信号のビーム２５のはみ出した部分を、左右斜め方向への散乱信号２９ａ、２９ｂとして跳ね除けることができる。散乱信号の方向はビーム２５の到来方向から外れているため、信号発生器へ戻ることはなく信号発生器の動作を不安定にすることはない。

より具体的には、反射壁構造２３ａ、２３ｂの傾斜角度は、導波路の方向から４０°程度斜めの構造とすることができる。形成する導波路の開口角を考慮して、戻りビームのレベルを下げる傾斜角度を決定すれば良い。したがって、本発明の導波回路において、重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の、前記中空導構造の導波路の端部において、前記端部の開口部に隣接して、外部からの入力信号または外部への出力信号の反射光を前記基板の外部に反射・散乱する傾斜壁構造（２３ａ、２３ｂ）を持つこともできる。

図３の（ｃ）は、信号反射防止の構造の第３の構成例であって、導波路入口付近の開口部の両側に、基板端面に沿って１つ以上の空洞２４ａ〜２４ｆを設けた構造を持つ。これらの空洞２４ａ〜２４ｆの各々は、導波路２１の形成された方向と同じ方向に、動作波長の４分の１となる長さＤを持っている。信号発生器からのビーム２５の一部は、開口部脇の基板の端面で反射波２７として戻るが、空洞内に導かれたビームは、空洞の奥で反射して、反射ビーム２８は空洞内を往復するうちに反射波２７よりも１／２波長だけ長い伝搬距離を進むことになる。２つの反射波２７、２８間の位相は１８０度ずれており、相互に逆相の関係となって干渉して消失するため、反射波は信号発生器には戻らない。したがって、使用するテラヘルツ波の周波数（波長）に合わせて、空洞の長さＤを決定すれば良い。また、１／２波長と云う極めて短い距離ではあるが、上記の空洞２４ａ〜２４ｆに導かれたビームは空洞内を伝搬する必要があるので、空洞の幅は、導波路と同程度（七割）以上の幅があることが望ましい。空洞の数は、反射ビームの発生状況に応じて、両脇に１個ずつでも良いし、２個以上を配置しても良い。

具体的には、導波路と空洞との識別も考慮に入れて空洞２４ａ〜２４ｆの幅を２５０μｍ、隣り合う空洞同士の距離を２０μｍ、繰り返し距離を２７０μｍとした。したがって、本発明の導波回路において、重ね合わされた第１の基板および第２の基板の端面近傍の、中空構造の導波路の端部において、前記端部の開口部に隣接して、前記中空構造の導波路の断面構造に対応する前記導波回路の動作波長の４分の１となる奥行き長さ持ち前記中空構造の導波路の方向に沿って伸びた１つ以上の空洞（２４ａ〜２４ｆ）をさらに備えることもできる。

実施例２の信号発生器への反射防止構造を実施例１のテラヘルツ波導波回路と併用することで、導波回路の入口または出口におけるテラヘルツ波の反射を防止できる。このため、反射減衰量特性を含めた特性の良い導波回路の実現が可能となる。上述の導波回路の信号の入り口側の反射防止構造として説明をしたが、既に述べたように同様の構造を導波路出口側にも設けるのが望ましい。テラヘルツ波の導波回路は、テラヘルツ波をさらに操作する後段のデバイスなどに接続されることが多い。このため、導波回路の出力側にも反射防止構造がないと、テラヘルツ検出器などの後段にあるデバイスと導波路出口端面の間をテラヘルツ波が往復し、定在波が発生する可能性があるからである。

図３の各図に示した実施例２の各反射防止構造は、実施例１で説明した２つの基板内部の中空導波路と同様に、２つの基板の面上にそれぞれ対応する鏡面対称のパターンを形成して、２つの基板を対向させて重ね合わせることで、中空導波路と同時に形成することができる。したがって、実施例１と同様に、加工が必要な反射防止構造の各部分の深さが半分で済む。深い溝などを形成するために必要なエッチング時間が半分で済み、エッチング加工中の熱衝撃やダイシング中の振動衝撃で基板が割れてしまう可能性も低くなる。より薄い基板を使用することも可能となり、ＢＯＳＨ法などを用いてエッチングをした場合に生じていた、溝幅の数μｍに及ぶ誤差や数度の側壁傾斜誤差も半減させることができる。

以上述べたように本発明のテラヘルツ波導波回路によって、従来技術と比べて、導波路などの構造の加工誤差を半分に抑えることができる。その結果、フィルタの中心波長ズレや、反射減衰量の増加を抑制した導波回路を実現する。導波路の加工中または使用中の基板破損を避け、より薄く価格の安い基板を選択可能となる。集積化と量産性に優れたテラヘルツ波導波回路の構成を提供して、さらに高度なテラヘルツ波の応用に役立つことができる。

本発明は、一般的に電磁波の干渉を利用した計測、分析システムなどに利用できる。特に、通信システムや定量分析システム、透過画像撮影システムなどに利用できる。

１、２１ 導波路
２、３ 基板
４、４ａ、４ｂ 金属膜
５ａ、５ｂ 溝
１０ 導波回路
２０ 基板端面
２２ 開口部
２３ａ、２３ｂ 反射壁
２４ａ〜２４ｆ 空洞
２５ 入力ビーム
２７、２８、２９ａ、２９ｂ 反射ビーム

Claims (6)

1. 導波回路パターンの溝（５ａ）が形成された第１の基板（２）と、
   前記導波回路パターンと対称な形状を有する、対応する導波回路パターンの溝（５ｂ）が形成された第２の基板（３）であって、前記第１の基板上の前記導波回路パターンの溝と、前記対応する導波回路パターンの溝とが対向するように、前記第１の基板と重ね合わせられ、前記対向する２つの溝によって中空構造の導波路が形成される、第２の基板と
   を備え、
   少なくとも、前記第１の基板および前記第２の基板上に形成された前記中空構造の導波路の表面に金属膜（４）が形成されていることを特徴とする導波回路。
2. 前記第１の基板上の前記導波回路パターンの溝の深さと、前記第２の基板上の前記対応する導波回路パターンの溝の深さが概ね等しく、前記溝の深さ方向は、前記中空導波路の短辺方向であることを特徴とする請求項１に記載の導波回路。
3. 前記中空構造の導波路は、テラヘルツ波領域の信号を伝搬可能なサイズを持ち、前記第１の基板および前記第２の基板はシリコン基板であって、前記溝はフォトリソグラフィおよびドライエッチング法によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の導波回路。
4. 重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の、前記中空構造の導波路において、前記導波回路の内部の導波路幅よりも徐々に広がる開口部構造（２２）をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の導波回路。
5. 重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の、前記中空導構造の導波路の端部において、前記端部の開口部に隣接して、外部からの入力信号または外部への出力信号の反射光を前記基板の外部に反射・散乱する傾斜壁構造（２３ａ、２３ｂ）を持つことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の導波回路。
6. 重ね合わされた前記第１の基板および前記第２の基板の端面近傍の、前記中空構造の導波路の端部において、前記端部の開口部に隣接して、前記中空構造の導波路の断面構造に対応する前記導波回路の動作波長の４分の１となる奥行き長さ持ち前記中空構造の導波路の方向に沿って伸びた１つ以上の空洞（２４ａ〜２４ｆ）をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の導波回路。