CN114695589A - 光检测器 - Google Patents

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Abstract

光检测器(1A)具备：第1导电型的半导体基底部(2)，其具有第1面(2a)以及第2面(2b)，并且设置有从第2面(2b)突出的凸部(7)；第1金属电极层(4)，其设置于半导体基底部(2)的第1面(2a)或第2面(2b)；第2导电型的半导体层(第2半导体层5)，其具有：覆盖半导体基底部(2)的第2面(2b)的第1部分(11)、和覆盖凸部(7)的侧面(7b)的第2部分(12)；以及第2金属电极层(6)，其以夹着凸部(7)以及第2半导体层(5)的第2部分(12)的方式，紧贴于第2半导体层(5)设置。通过凸部(7)、第2半导体层(5)的第2部分(12)、以及夹着它们的第2金属电极层(6、6)，来形成MIM谐振器(13)。

Description

光检测器
技术领域
本发明涉及光检测器。
背景技术
目前，已知有一种利用在金属层和半导体层的界面的表面等离子体激元(surfaceplasmon)的光检测器。例如，日本专利第5952108号公报中所记载的光检测器具备：具有第1金属层、层叠在第1金属层上的半导体层、和层叠在半导体层上的第2金属层的层叠结构体。该层叠结构体构成所谓的金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal:MIM)谐振器，作为I层的半导体层由导电型为p型的半导体层和导电型为n型的半导体层的层叠体构成。
发明内容
在上述那样的光检测器中，必须以纳米级的程度来形成半导体层的厚度。因此，从提高光检测器的制造成品率的观点出发，优选实施用于更可靠地防止半导体基底部和金属电极层之间的短路的措施。另外，从提高光检测器的制造成品率的观点出发，也需要使作为受光区域的半导体的耗尽层位置的控制容易化的措施。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种光检测器，通过防止半导体基底部与金属电极层之间的短路以及使半导体中的耗尽层位置的控制容易化，来实现制造成品率的提高。
本发明的一个侧面的光检测器具备：半导体基底部，其由第1导电型的半导体构成，具有第1面以及与第1面相对的第2面，并且设置有从第2面突出的凸部；第1金属电极层，其设置于半导体基底部的第1面或第2面；半导体层，其由第2导电型的半导体构成，具有：覆盖半导体基底部的第2面的第1部分、和覆盖凸部的侧面的第2部分；以及第2金属电极层，其以夹着凸部以及半导体层的所述第2部分的方式，紧贴半导体层设置，通过凸部、半导体层的第2部分、以及夹着它们的第2金属电极层，来形成MIM谐振器，MIM谐振器的谐振器长度为，通过具有比半导体基底部以及半导体层的吸收端波长更长的波长的入射光来激发表面等离子体激元，且通过表面等离子体激元的谐振而形成的电场来激发声子的长度。
在该光检测器中，通过半导体层的第1部分覆盖半导体基底部的第2面，能够使该第1部分具有防止半导体基底部与第2金属电极层之间的短路的功能。根据这种结构，由于能够省略在设置有凸部的半导体基底部的第2面另外形成绝缘层的工序，因此，可以实现制造工序的简化。另外，在该光检测器中，半导体层的第2部分覆盖从半导体基底部的第2面突出的凸部的侧面，并且以夹着凸部以及半导体层的第2部分的方式设置有第2金属电极层，由此形成MIM谐振器。作为受光区域的半导体的耗尽层从凸部与半导体层之间的界面朝向凸部的中心侧形成，通过调整凸部以及半导体层的载波浓度，能够容易地控制耗尽层位置。根据以上所述，在该光检测器中，能够实现制造成品率的提高。
在半导体层中，也可以为，第2部分的厚度小于第1部分的厚度。在这种情况下，在由MIM谐振器产生的电场中，能够在耗尽层的范围内较大地形成电场梯度陡的区域。因此，能够提高入射光的光电转换效率，并且能够提高检测的响应性。
也可以为，半导体层具有覆盖凸部的顶面的第3部分，第2金属电极层具有覆盖半导体层的第3部分的电极部分。在这种结构中，不需要在第2半导体层上形成第2金属电极层后的剥离。因此，能够实现制造工序的进一步简化。
也可以为，在凸部的顶面设置有跨该顶面和半导体层的第2部分的绝缘层，第2金属电极层具有覆盖绝缘层，并且将夹着凸部以及半导体层的第2部分的部分彼此连接的电极部分。在这种情况下，与在凸部的顶面设置有半导体层的方式相比，能够提高由表面等离子体激元的谐振而形成的电场的利用效率。另外，例如，通过将用于半导体基底部蚀刻的掩模保留作为绝缘层，也能够避免制造工序的复杂化。
也可以为，在将表面等离子体激元的波长设为λp的情况下，凸部距半导体层的第1部分的高度H满足2/8λp＜H＜5/8λp。凸部的高度H与MIM谐振器的谐振器长度相对应。通过将高度H设定为上述范围，能够抑制入射光的反射。因此，能够使入射光的大部分作为近场光的分量，并且能够实现在凸部的电场的形成效率的提高。
也可以为，凸部沿半导体基底部的第2面的面内方向以一定的间隔设置有多个，在将等离子体激元的波长设为λp的情况下，从一个凸部的侧面至相邻的凸部的同侧面的间距P满足9/10λp＜P＜11/10λp。在这种情况下，利用在相邻的MIM谐振器间的干涉光化，能够实现电场的形成效率的提高。
附图说明
图1(a)是示出第1实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，(b)是其俯视图。
图2(a)是示出图1所示的光检测器的制造工序的概略的截面图，(b)是示出其后续工序的概略的截面图。
图3(a)是示出图2(b)的后续工序的概略的截面图，(b)是示出其后续工序的概略的截面图。
图4(a)是示出第2实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，
(b)是其俯视图。
图5(a)是示出第3实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，
(b)是其俯视图。
图6(a)是示出第4实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，
(b)是其俯视图。
图7(a)～(c)是示出变形例的光检测器的结构的俯视图。
图8是示出变形例的光检测器的结构的概略的截面图。
图9是示出实施方式和比较例的光检测器的分光灵敏度的波长特性的图表。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明的一方面的光检测器的优选实施方式进行详细的说明。
[第1实施方式]
图1(a)是示出第1实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，图1(b)是其俯视图。如该图所示，光检测器1A具备：半导体基底部2、第1半导体层3、第1金属电极层4、第2半导体层(半导体层)5和第2金属电极层6。在本实施方式中，为了方便起见，将第1金属电极层4侧规定为光检测器1A的背面侧，将第2金属电极层6侧规定为光检测器1A的表面侧。光检测器1A是入射光I从表面侧(第2金属电极层6侧)入射的表面入射型光检测器。
在光检测器1A中，在波长比半导体的吸收端波长(具有超过带隙的能量的光的波长)更长的光作为入射光I入射的情况下，通过该入射光I激发表面等离子体激元(plasmon)，并且通过由该表面等离子体激元的谐振而形成的电场来激发声子。因此，在光检测器1A中，除了入射光I的光子能量之外，还可以利用由于声子的多阶段激发而产生的光子振动能量，来使半导体内的电子迁移成为可能。在光检测器1A中，将半导体内产生的光吸收作为光电子取出到外部，从而实现比半导体的吸收端波长更长的波长的光检测。此处，假定作为检测对象的入射光I的波长为1250nm的情况，举例示出光检测器1A的各构成要素的尺寸等。
半导体基底部2例如由导电型为n型的Si构成的半导体而构成。半导体基底部2是在俯视图中为矩形的基板，具有第1面2a以及与第1面2a相对的第2面2b。此处，第1面2a是朝向光检测器1A的背面侧的面，第2面2b是朝向光检测器1A的表面侧的面。半导体基底部2的厚度(从第1面2a到第2面2b的厚度)例如为50μm。
第1半导体层3由导电型为n+型的Si构成的半导体构成。第1半导体层3跨半导体基底部2的第1面2a侧的整面设置。例如在通过半导体基底部2的掺杂来形成第1半导体层3的情况下，第1半导体层3的厚度为1μm程度。此外，例如使用具有厚度为50μm的n-型外延生长层的足够厚度的n+型基板，为了提高该基板的透过率，也可以采用将n+型基板研磨至50μm厚度的方法。在这种情况下，能够得到厚度为50μm的半导体基底部2和厚度为50μm的第1半导体层3。
半导体基底部2具有从第2面2b突出的凸部7。凸部7的两侧分别为凹部8。即，在半导体基底部2的第2面2b，设置有由凸部7和凹部8的细微的凹凸结构。在本实施方式中，如图1(b)所示，凸部7在俯视图中呈矩形形状，并且沿半导体基底部2的第2面2b的面内方向的一个方向直线状地延伸。在图1(b)的例子中，凸部7从半导体基底部2的第2面2b的一端延伸至另一端。凸部7距第2面2b的高度Ha大于凸部7的宽度W。作为一例，凸部7的高度Ha为160nm，凸部7的宽度W为70nm。凸部7的高度Ha与凸部7的宽度W的关系不限于此，凸部7的高度Ha也可以成为与凸部7的宽度W相等，凸部7的高度Ha也可以成为比凸部7的宽度W小。
凸部7具有：位于突出方向的前端的顶面7a、和在宽度W方向上彼此相对的一对侧面7b、7b。顶面7a是与半导体基底部2的第2面2b平行的矩形形状的面，侧面7b是与半导体基底部2的第2面2b正交的矩形形状的面。位于凸部7的两侧的凹部8的底面由半导体基底部2的第2面划定，凹部8的内侧面由凸部7的侧面7b划定。
第1金属电极层4是作为光检测器1A的阳极而发挥功能的金属电极层。第1金属电极层4例如由铝(Al)、钛(Ti)、铟(In)、镍(Ni)、铂(Pt)、金(Au)等金属形成。第1金属电极层4也可以是包含这些金属的化合物材料。第1金属电极层4紧贴于第1半导体层3的整面，并且在与第1半导体层3之间形成欧姆接触。第1金属电极层4的厚度例如为100nm。第1金属电极层4不限于单层，也可以由多层构成。
第2半导体层5例如由导电型为P+型Si构成的半导体而构成。第2半导体层5的载流子浓度高于半导体基底部2(凸部7)的载流子浓度。第2半导体层5具有：覆盖半导体基底部2的第2面2b的第1部分11、和覆盖凸部7的侧面7b的第2部分12。第1部分11以及第2部分12均位于凹部8。第1部分11以在凹部8的底面覆盖半导体基底部2的第2面2b的整面的方式设置。第2部分12以在凹部8的内侧面覆盖凸部7的侧面7b的整面的方式设置。在第1部分11与半导体基底部2的第2面2b的界面以及第2部分12与凸部7的侧面7b的界面，分别形成有半导体的pn结。
在图1(a)的例子中，第1部分11的厚度T1以及第2部分12的厚度T2彼此相等。作为一例，第1部分11的厚度T1以及第2部分12的厚度T2为40nm。凸部7的顶面7a未被第2半导体层5覆盖，在从表面侧观察光检测器1A的俯视图中，如图1(b)所示，覆盖一个侧面7b的第2部分12和覆盖另一个侧面7b的第2部分12与顶面7a一起，从半导体基底部2的第2面2b的一端延伸至另一端。
第2金属电极层6是作为光检测器1A的阴极而发挥作用的金属电极层。第2金属电极层6例如由金(Au)、铝(Al)、铂(Pt)、钛(Ti)、铟(In)、镍(Ni)等金属形成。第2金属电极层6也可以是包含这些金属的化合物材料。第2金属电极层6填平凸部7两侧的凹部8中的各个，并且以夹着凸部7以及第2半导体层5的第2部分12的方式设置。第2金属电极层6在凹部8的底面侧紧贴于第2半导体层5的第1部分11，并且在凹部8的内侧面侧紧贴于第2半导体层5的第2部分12，在与第2半导体层5之间形成欧姆接触。第2金属电极层6不限于单层，也可以由多层构成。
在图1(a)的例子中，第2金属电极层6的高度K与凸部7距第2半导体层5的第1部分11的高度H(＝Ha-T1)一致。作为一例，第2金属电极层6的高度K以及凸部7距第1部分11的高度H为120nm。由此，第2金属电极层6的顶面与凸部7的顶面7a齐平。另外，凸部7的顶面7a与顶面7a的两侧的第2部分12、12成为从第2金属电极层6露出的状态(参照图1(b))。
如图1(a)所示，凸部7、第2半导体层5的第2部分12以及夹着它们的第2金属电极层6、6构成金属绝缘体金属(Metal-Insulator-Metal)谐振器(以下称为“MIM谐振器”)13。MIM谐振器13的接合方向A是第2金属电极层6-第2半导体层5的第2部分12-凸部7-第2半导体层5的第2部分12-第2金属电极层6排列的方向，与半导体基底部2的第2面2b的面内方向一致。
MIM谐振器13的谐振器长度L由紧贴于凸部7的侧面7b的第2半导体层5的第2部分12以及第2金属电极层6的紧贴宽度来规定。在图1(a)的例子中，MIM谐振器13的谐振器长度L与凸部7距第2半导体层5的第1部分11的高度H一致。另外，MIM谐振器13的谐振器长度L也与第2金属电极层6的高度K一致。谐振器长度L是由具有比半导体层的吸收端波长更长的波长的入射光I激发表面等离子体激元，并且通过由表面等离子体激元的谐振形成的电场而激发声子的长度。
在表面等离子体激元的波长为λp的情况下，MIM谐振器13的谐振器长度L、即，优选为，凸部7距第2半导体层5的第1部分11的高度H满足2/8λp＜H＜5/8λp。将入射光I的波长设为λ0，半导体基底部2的介电常数设为εd，第2金属电极层6的介电常数设为εm的情况下，表面等离子体激元的波长λp能够根据λp＝λ0×((εm+εd)/(εm-εd))1/2求出。在入射光的波长λ0为1250nm的情况下，表面等离子体激元的波长λp估计约为340nm。在这种情况下，凸部7距第1分11的高度H优选为85nm～213nm的范围。
在图1(a)的例子中，凸部7距第1部分11的高度H为120nm，与波长1250nm的光的谐振对应。此时，通过MIM谐振器13而产生于凸部7附近的电场，在凸部7的宽度方向的两侧为最大，在凸部7的宽度方向的中心附近为零。因此，产生于凸部7附近的电场在凸部7的宽度W程度的窄区域从最大到零急剧地变化。
作为一例，在将第2半导体层5的载流子浓度设为1×1018cm-3以上，将凸部7的载波浓度设为1×1017cm-3以下时，能够从由第2半导体层5的第2部分12与凸部7的侧面7b的pn结的界面向凸部7的宽度方向的中心侧跨110nm以上形成耗尽层。由此，能够使耗尽层位于电场急剧地变化的区域，并且能够高效地产生入射光I的光电转换。在本实施方式中，通过入射光I的光电转换而获得的光电流从凸部7的宽度方向的中心侧流向凸部7的两侧的第2金属电极层6、6中的各个。
另外，在将第2部分12的厚度T2设为100nm以下，将凸部7的宽度和夹着凸部7的第2部分12的宽度合计的宽度(＝W+2×T2)设为250nm以下时，能够充分提高通过MIM谐振器13而产生于凸部7附近的电场，并且能够容易地使耗尽层位于电场急剧地变化的区域。
在制造上述光检测器1A的情况下，首先，如图2(a)所示，准备半导体基底部2，在半导体基底部2的一个面，将与凸部7的形成位置相对应的抗蚀层15图案化。例如，在抗蚀层15的图案化中可以使用电子射线描绘装置。接着，蚀刻半导体基底部2的一个面侧。由此，如图2(b)所示，在形成抗蚀层15的部分形成凸部7，在未形成抗蚀层15的部分形成夹着凸部7的凹部8、8。作为抗蚀剂材料，可以使用在电子射线描绘中通常使用的材料，例如，非化学放大型正型电子射线抗蚀剂或聚甲基丙烯酸甲酯树脂等。作为蚀刻方法，例如可以列举使用六氟化硫(SF6)和八氟环丁烷(C4F8)的干蚀刻。
接着，在半导体基底部2的一个面侧进行掺杂，其后，除去抗蚀层15。将掺杂剂注入凹部8的底面部分以及凸部7的侧面部分，如图3(a)所示，在该注入部分形成第2半导体层5。即，形成覆盖半导体基底部2的第2面2b的第2半导体层5的第1部分11和覆盖凸部7的侧面7b的第2半导体层5的第2部分12。作为掺杂剂，可以列举例如硼(B)、镓(Ga)、铝(Al)、磷(P)、砷(As)等。
在形成第2半导体层5之后，实施用于掺杂剂的活性化的退火。在实施退火之后，通过蒸镀在第2半导体层5上形成第2金属电极层6。然后，剥离(lift off)或蚀刻第2金属电极层6，如图3(b)所示，使凸部7的顶面7a以及第2半导体层5的第2部分12从第2金属电极层6露出。然后，通过在半导体基底部2的第1面2a侧进行掺杂，从而形成第1半导体层3，通过蒸镀在第1半导体层3上形成第1金属电极层4，从而获得图1(a)以及图1(b)所示的光检测器1A。此外，第1半导体层3以及第1金属电极层4的形成也可以在图2(a)所示的抗蚀层15的形成前实施。
如以上说明那样，在光检测器1A中，通过第2半导体层5的第1部分11覆盖半导体基底部2的第2面2b，能够使该第1部分11具有防止半导体基底部2和第2金属电极层6之间的短路的功能。根据这种结构，可以省略在设置有凸部7的半导体基底部2的第2面2b另外形成绝缘层的工序，因此可以实现制造工序的简化。此外，在光检测器1A中，第2半导体层5的第2部分12覆盖从半导体基底部2的第2面2b突出的凸部7的侧面7b，而且，通过以夹着凸部7以及第2半导体层5的第2部分12的方式来设置第2金属电极层6、6，可以形成MIM谐振器13。
在MIM谐振器13中，作为受光区域的半导体的耗尽层从凸部7和第2半导体层5的第2部分12之间的界面朝向凸部7的中心侧形成，通过调整凸部7以及第2半导体层5的载流子浓度，能够容易地控制耗尽层位置。例如，即使在与入射光I的谐振相对应而改变凸部7距第1部分11的高度H的情况下，通过调整第2半导体层5的载波浓度，也能够容易地进行由MIM谐振器13产生的电场的位置和耗尽层位置的对准。如上所述，在光检测器1A中，能够实现制造成品率的提高。
此外，在光检测器1A中，在将表面等离子体激元的波长设为λp的情况下，凸部7距第2半导体层5的第1部分11的高度H满足2/8λp＜H＜5/8λp。凸部7的高度H与MIM谐振器13的谐振器长度L相对应。通过将高度H设定为上述范围，能够抑制入射光I的反射。因此，可以使入射光I的大部分作为近场光的分量，并且可以实现在凸部7的电场的形成效率的提高。
[第2实施方式]
图4(a)是示出第2实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，图4(b)是其俯视图。如该图所示，第2实施方式的光检测器1B与第1实施方式的不同之处在于，在第2半导体层5，第2部分12的厚度T2小于第1部分11的厚度T1这一点。
在这种光检测器1B中，与第1实施方式同样，也能够通过防止半导体基底部2和第2金属电极层6之间的短路以及使半导体中的耗尽层位置的控制容易化，来实现制造成品率的提高。另外，在光检测器1B中，通过第2部分12的厚度T2小于第1部分11的厚度T1，在由MIM谐振器13产生的电场中，能够在耗尽层的范围内较大地形成电场梯度陡的区域。由此，能够提高入射光I的光电转换效率，另外，能够提高检测的响应性。从在耗尽层的范围内较大地形成电场梯度陡的区域的观点出发，优选为，第2部分12的厚度T2是第1部分11的厚度T1的一半以下。例如，在第1部分11的厚度T1为40nm的情况下，优选为，第2部分12的厚度T2为20nm或20nm以下。
另外，在光检测器1B中，与第1实施方式相比，在第2金属电极层6、6的间隔相等的情况下，通过缩小第2部分12的厚度T2，能够增大凸部7的宽度W。因此，在由MIM谐振器13产生的电场中，可以在耗尽层的范围内更大地形成电场梯度陡的区域。另一方面，在光检测器1B中，由于将第1部分11的厚度T1保留得较厚，耗尽层远离第2金属电极层6与第2半导体层5的第1部分11的界面，因此，能够抑制由于界面态(interface state)而产生的泄漏电流。上述结构例如通过从沿着凸部7的突出方向的方向维持方向性地进行，从而能够实现形成第2半导体层5时的掺杂剂的注入。
[第3实施方式]
图5(a)是示出第3实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，图5(b)是其俯视图。如该图所示，第3实施方式的光检测器1C与第1实施方式不同在于，半导体基底部2的凸部7以及第2半导体层5埋入第2金属电极层6这一点。
更具体而言，在光检测器1C中，第2半导体层5具有覆盖凸部7的顶面7a的第3部分21。第3部分21跨凸部7的顶面7a的整体设置，连结覆盖凸部7的一个侧面7b的第2部分12和覆盖凸部7的另一个侧面7b的第2部分12。在图5(a)的示例中，第3部分21的厚度T3例如与第1部分11的厚度T1以及第2部分12的厚度T2一致。在光检测器1C中，如第2实施方式那样，第2部分12的厚度T2也可以小于第1部分11的厚度T1。第3部分21的厚度T3也可以小于第1部分11的厚度T1或第2部分12的厚度T2。
另外，在光检测器1C中，第2金属电极层6具有覆盖第2半导体层5的第3部分21的电极部分22。电极部分22跨第2半导体层5的第3部分21的整面设置，并且在光检测器1C的表面侧连结位于凸部7的一个侧面7b侧的电极部分和位于凸部7的另一个侧面7b侧的电极部分。电极部分22的厚度没有特别地限制，在图5(a)的例子中，电极部分22的厚度与第2半导体层5的第3部分21的厚度T3一致。
在这种光检测器1C中，与第1实施方式同样，也能够通过防止半导体基底部2与第2金属电极层6之间的短路以及使半导体中的耗尽层位置的控制容易化，来实现制造成品率的提高。在这种结构中，不需要在第2半导体层5上形成第2金属电极层6后的剥离。因此，能够实现制造工序进一步简化。
在光检测器1C中，由于凸部7未从表面侧露出，因此，优选用作入射光I从背面侧(第1金属电极层4侧)入射的背面入射型光检测器。在这种情况下，在光检测器1C中，为了从背面侧观察时第1金属电极层4不与凸部7重叠，优选在第1金属电极层4设置开口部25。在将光检测器1C作为背面入射型的情况下，为了防止光的透过，优选将电极部分22的厚度设定为30nm以上。
[第4实施方式]
图6(a)是示出第4实施方式的光检测器的结构的概略的截面图，图6(b)是其俯视图。如该图所示，第4实施方式的光检测器1D与第3实施方式的不同之处在于，覆盖凸部7的顶面7a的层不是第2半导体层5的第3部分21，而是绝缘层27这一点。
具体而言，在光检测器1D中，在凸部7的顶面7a设置有：绝缘层27，跨该顶面7a、覆盖凸部7的一个侧面7b的第2部分12和覆盖凸部7的另一个侧面7b的第2部分12设置。另外，第2金属电极层6具有覆盖绝缘层27的电极部分22。电极部分22跨绝缘层27的整面设置，并且在光检测器1D的表面侧连结位于凸部7的一个侧面7b侧的电极部分和位于凸部7的另一个侧面7b侧的电极部分。
在这种光检测器1D中，与第1实施方式同样，也能够通过防止半导体基底部2与第2金属电极层6之间的短路以及使半导体中的耗尽层位置的控制容易化，来实现制造成品率的提高。另外，与第3实施方式同样，由于不需要形成第2金属电极层6后的剥离，因此，可以实现制造工序的进一步简化。在光检测器1D中，与在凸部7的顶面7a设置有第2半导体层5的方式相比，能够提高由表面等离子体激元的谐振形成的电场的利用效率。另外，例如，通过将用于半导体基底部2的蚀刻的抗蚀层15(参照图2(a)以及图2(b))保留作为绝缘层27，也能够避免制造工序的复杂化。
在光检测器1D中，由于凸部7未从表面侧露出，因此，也优选作为入射光I从背面侧(第1金属电极层4侧)入射的背面入射型光检测器。在光检测器1D中，为了从背面侧观察时第1金属电极层4不与凸部7重叠，也优选在第1金属电极层4设置开口部25。
[变形例]
本公开发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，凸部7沿半导体基底部2的第2面2b的面内方向的一个方向直线状地延伸，但是凸部7也可以如图7(a)所示，呈截面为正方形状。在这种情况下，能够检测偏光方向彼此正交的入射光I。即，在这种结构中，能够检测偏光方向沿着凸部7的一条边的长度W1方向的入射光I、以及偏光方向沿着与一条边正交的边的长度W2方向的入射光I。凸部7的截面形状不限定于正方形，也可以是圆形等其他形状。
另外，半导体基底部2的第2面2b侧的由凸部7以及凹部8的细微的凹凸结构也可以为周期性的结构。在这种情况下，如图7(b)所示，沿半导体基底部2的第2面2b的面内方向的一个方向直线状地延伸的多个凸部7也可以在与延伸方向正交的方向上以一定的间隔排列。另外，如图7(c)所示，截面为正方形状的多个凸部7也可以在第2面2b的面内方向上以一定的间隔格子状地排列。
在如图7(b)及图7(c)所示以一定的间隔排列凸部7的情况下，在将表面等离子体激元的波长设为λp时，优选为，从一个凸部7的侧面7b至相邻的凸部7的同侧面7b的间距P(参照图8)满足9/10λp＜P＜11/10λp。在凸部7的间距P满足上述范围的情况下，能够利用在相邻的MIM谐振器13、13间的光干涉化，实现电场的形成效率的提高。作为一例，凸部7的间距P是350nm。
在上述实施方式中，举例示出了第1金属电极层4位于光检测器的背面侧，第2金属电极层位于光检测器1的表面侧的结构，金属电极层的结构不限定于此。例如，也可以使半导体基底部2的第2面2b的一部分从第2半导体层5以及第2金属电极层6露出，在该露出部分形成与第1半导体层3同样的半导体层，在该半导体层上配置第1金属电极层4。另外，例如，还可以设为以下的结构，使半导体基底部2的第2面2b的一部分从第2半导体层5以及第2金属电极层6露出，在俯视图中在不与第2金属电极层6重叠的位置，将贯穿第1半导体层3并到达半导体基底部2的贯通部分设置于半导体基底部2的第1面2a侧的第1金属电极层4。
在上述实施方式中，半导体基底部2的导电型为n，第1半导体层3的导电型为n+，第2半导体层5的导电型为P+，这些导电型也可以反转。在使导电型反转的情况下，半导体基底部2的导电型为p，第1半导体层3的导电型为P+，第2半导体层5的导电型为n+。
[实施例]
图9是示出实施例以及比较例的光检测器的分光灵敏度特性的图表。该图的图表为，在具有与图5(a)及5(b)所示的光检测器1A相同结构的样本(实施例)、和在半导体基底部2的第2面2b未设置凸部7并在第2面2b平坦地层叠第2半导体层5和第2金属电极层6的样品(比较例)中，比较各自的分光灵敏度的波长特性的图表。图表的横轴是波长，纵轴是分光灵敏度(将比较例的分光灵敏度设为1的标准化值)。
如该图所示，在作为Si的吸收带的波长为1000nm以下的范围内，在实施例中，通过MIM谐振器而产生于凸部附近的电场不充分，没有看到相对于比较例的分光灵敏度的有意义的差异。在波长比1000nm长的一侧，由于相当于Si的吸收体的边缘(edge)，因此，Si的吸收急剧地下降，Si相对于入射光几乎变得透明。在该波长范围，在实施例中，通过由MIM谐振器在凸部附近产生电场，并且使耗尽层位于该电场急剧地变化的区域，从而能够高效地实施入射光I的光电转换。根据图9的结果能够确认，在波长1050nm～1200nm的范围，实施例的分光灵敏度是比较例的约1.3倍，并且能够获得良好的分光灵敏度。

Claims (6)

1.一种光检测器，其特征在于，
具备：
半导体基底部，其由第1导电型的半导体构成，具有第1面以及与所述第1面相对的第2面，并且设置有从所述第2面突出的凸部；
第1金属电极层，其设置于所述半导体基底部的所述第1面或所述第2面；
半导体层，其由第2导电型的半导体构成，具有：覆盖所述半导体基底部的所述第2面的第1部分、和覆盖所述凸部的侧面的第2部分；以及
第2金属电极层，其以夹着所述凸部以及所述半导体层的所述第2部分的方式，紧贴于所述半导体层设置，
通过所述凸部、所述半导体层的所述第2部分、以及夹着它们的所述第2金属电极层，来形成MIM谐振器，
所述MIM谐振器的谐振器长度为，通过具有比所述半导体基底部以及所述半导体层的吸收端波长更长的波长的入射光来激发表面等离子体激元，且通过由所述表面等离子体激元的谐振而形成的电场来激发声子的长度。
2.根据利要求1所述的光检测器，其特征在于，
在所述半导体层，所述第2部分的厚度小于所述第1部分的厚度。
3.根据利要求1或2所述的光检测器，其特征在于，
所述半导体层具有覆盖所述凸部的顶面的第3部分，
所述第2金属电极层具有：电极部分，其覆盖所述半导体层的所述第3部分，并且将夹着所述凸部以及所述半导体层的所述第2部分的部分彼此连接。
4.根据利要求1或2所述的光检测器，其特征在于，
在所述凸部的顶面设置有跨该顶面和所述半导体层的所述第2部分的绝缘层，
所述第2金属电极层具有覆盖所述绝缘层的电极部分。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光检测器，其特征在于，
在将所述表面等离子体激元的波长设为λp的情况下，所述凸部距所述半导体层的所述第1部分的高度H满足2/8λp＜H＜5/8λp。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光检测器，其特征在于，
所述凸部沿所述半导体基底部的所述第2面的面内方向以一定的间隔设置有多个，
在将表面等离子体激元的波长设为λp的情况下，从一个凸部的侧面至相邻的凸部的同侧面的间距P满足9/10λp＜P＜11/10λp。
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