JP2010067676A - 光検出素子及び光検出方法、撮像素子及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低電圧で作動し、厚さあたりの光増幅率を向上させることにより厚みを薄くすることが可能となる光検出素子及び光検出方法、撮像素子及び撮像方法を提供する。
【解決手段】光増幅部と光電変換部からなる光検出素子であって、
前記光増幅部が光滞留構造とゲイン媒質からなり、該光滞留構造とゲイン媒質が近接して配置されている構成とする。
その際、前記光滞留構造を、プラズモン共鳴体、導波モード共鳴体、ウィスパリングギャラリーモード共鳴体、等で構成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光検出素子及び光検出方法、撮像素子及び撮像方法に関する。

２次元の撮像素子として、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサが用いられている。
近年、撮像素子の多画素化が進行し、これらの撮像素子の単位画素サイズは２μｍ程度、画素の受光開口のサイズは１μｍ程度にまで微細化している。
画素の微細化によってフォトダイオードに入射するフォトンの数が低下し、Ｓ／Ｎの悪化が問題視されている。
この問題を解決するためには、損失を低減して効率を向上させる方法と、入射光を増幅して信号強度を向上させることが考えられる。

従来、電子増幅型光検出器として、アバランシェフォトダイオードやイメージインテンシファイア、フォトマルが用いられたものが知られている。
また、特許文献１では、希土類によるファイバアンプと同様の原理による光増幅型イメージセンサが提案されている。
特開平０７−２４５７３１号公報

上記した従来の電子増幅型光検出器は、いずれも電子なだれ増倍を利用したものであり、高電圧が必要とされるものであった。そのため、小型の民生用機器への搭載等に制約があった。
また、上記した特許文献１の光増幅型イメージセンサでは、１０倍のゲインを得るために、光がゲイン媒質中を１ｃｍもの長い距離通過することが必要であると見積もられており、一層の薄型化が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑み、低電圧で作動し、厚さあたりの光増幅率を向上させることにより厚みを薄くすることが可能となる光検出素子及び光検出方法、撮像素子及び撮像方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、つぎのように構成した光検出素子及び光検出方法、撮像素子及び撮像方法を提供するものである。
本発明の光検出素子は、光増幅部と光電変換部とを備えた光検出素子であって、
前記光増幅部が、ゲイン媒質と光滞留構造とを有し、前記ゲイン媒質と前記光滞留構造が近接して配置されていることを特徴とする。光滞留構造とは、光を局在させたり減速させるような光を空間的に留めおくことを実現する構造の総称である。
また、本発明の光検出素子は、前記光滞留構造が、プラズモン共鳴体で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記光滞留構造が、導波モード共鳴体で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記光滞留構造が、ウィスパリングギャラリーモード共鳴体で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記ゲイン媒質が、量子井戸構造で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記ゲイン媒質が、量子ドットで構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記ゲイン媒質が、Ｙｂが添加されたＳｉＯ₂で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記導波モード共鳴体で構成されている光滞留構造が、前記ゲイン媒質を兼ねていることを特徴とする。
また、本発明の光検出素子は、前記ウィスパリングギャラリーモード共鳴体で構成されている光滞留構造が、前記ゲイン媒質を兼ねていることを特徴とする。また、本発明の光検出素子は、前記ゲイン媒質が、反転分布の状態がとられていることを特徴とする。
また、本発明の光検出方法は、上記したいずれかに記載の光検出素子を用い、光検出を行う光検出方法であって、
前記ゲイン媒質に、予め反転分布を形成しておく工程と、
前記光滞留構造に入射光を入射させる工程と、
前記光滞留構造に入射した入射光を、前記ゲイン媒質における反転分布の近傍に滞留させる工程と、
前記反転分布の誘導放射による増幅光を光電変換する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光検出方法は、前記反転分布が、光ポンピングによって形成されることを特徴とする。
また、本発明の光検出方法は、前記光ポンピングが、近接場光によるエネルギー移動によることを特徴とする。
また、本発明の光検出方法は、前記反転分布が、電流注入によって形成されることを特徴とする。
また、本発明の光検出方法は、前記反転分布が、放電によって形成されることを特徴とする。
また、本発明の撮像素子は、上記したいずれかに記載の光検出素子を、２次元面内に複数配列してなることを特徴とする。
また、本発明の撮像方法は、上記した撮像素子を用い、該撮像素子から得られる電気信号に基づいて２次元の画像を得ることを特徴とする。

本発明によれば、低電圧で作動し、厚さあたりの光増幅率を向上させることにより厚みを薄くすることが可能となる光検出素子及び光検出方法、撮像素子及び撮像方法を実現することができる。

本発明の実施形態における光検出素子について説明する。
本実施形態の光検出素子は、光増幅型光検出素子を構成するに際し、入射光とゲイン媒質の相互作用する確率を増大させることにより、薄いゲイン媒質であっても充分な増倍率を実現するようにしたものである。
つまり、光増幅部のゲイン媒質の近傍に、光共鳴構造体である光滞留構造を設けることで、厚さあたりの光増幅率を向上させ、増幅された光を光電変換するように構成される。
なお、ここでの光滞留構造とは、光を空間的に局在させることのできる構造である。
その詳細を説明する前に、まず、従来における増幅型の光検出素子について説明しておく。
増幅型の光検出素子として、光電変換後の電子を増倍するものと、光電変換前に光の状態でフォトンの増倍を行うものがある。
前者は光電変換された電子をなだれ増倍するものであり、フォトマル、イメージインテンシファイア、アバランシェフォトダイオードなどがあるが、いずれも電子なだれ形成のために高電圧を必要とする。
これは、低電圧では電子が充分な加速を受けられないために増倍率が低下するからである。

後者の光の状態でフォトンの増倍を行うものに、ファイバアンプがあり、励起された希土類元素の誘導放出を利用している。
フォトンの増倍は、反転分布を形成したゲイン媒質中に光を入射させることにより行われる。このフォトンの増倍を行うためには高電圧を必要としない。
長さ方向に均質なファイバアンプのゲインＧは、次の（式１）で表すことができる。

Ｇ＝κＮσ_sＬ （式１）

ただし、
ｋ：励起光強度や元素によって決まる比例係数、
Ｎ：イオン数密度、
σ_s：誘導放出断面積、
Ｌ：長さ
である。

Ｎｔとσ_sの値だけでなく、Ｌの値も大きくとることで充分なゲインを実現している。
電流注入可能な半導体ゲイン媒質の場合も同様に、一回の通過で大きな増倍率を得るためには、光がゲイン媒質中を長い距離通過する必要がある。

これに対して、本実施形態の光検出素子においては、光増幅部が、ゲイン媒質と光滞留構造とを有し、光滞留構造の近傍に前記ゲイン媒質が配置されている。より具体的にはゲイン媒質の近傍に空間的に光を局在させ得る光共鳴構造体として、光共鳴構造体である光滞留部を設けることで、薄いゲイン媒質であっても充分な増倍率が実現される。
このような本実施形態の構成によれば、入射光とゲイン媒質の相互作用する確率を増大させることにより、薄いゲイン媒質であっても充分な増倍率を実現することができ、増倍された光を光電変換し、信号を出力することが可能となる。

つぎに、本実施形態の光増幅型光検出素子における更に具体的な構造と動作について説明する。
図１に、本実施形態の光増幅型光検出素子の構造を説明する概念図を示す。
図１において、１０１は入射光、１０２はゲイン媒質、１０３は光滞留構造、１０４は誘導放出光、１０５は光電変換部である。
エネルギーバンドまたはサブバンドのギャップが入射光１０１の波長と同等であるようなゲイン媒質１０２において、光ポンピングや電流注入、放電などの方法によって、予め反転分布の状態を形成しておく。
光ポンピングの場合、近接場光によるエネルギー移動によってポンピングすることで、励起光が光電変換されてノイズ成分となることを抑制することができる。また、ゲイン媒質の近傍に光滞留構造１０３を形成しておく。
この光滞留構造は、光を空間的に局在させることができる構造体であればよく、プラズモン共鳴体や導波モード共鳴体、ウィスパリングギャラリーモード共鳴体、等により構成することができる。

ここで、入射光が光滞留構造に入射すると、光が構造によって空間的に局在させられる。
この状態は、深さ方向への光の速度が低下している状態だと解釈することもできる。
この、光の速度が低下している領域近傍にゲイン媒質を配置することで、光とゲイン媒質とが相互作用する確率が局在度に応じて高まる。
つまり、薄いゲイン媒質であったとしても、光が局在しているために、あたかも厚いゲイン媒質が存在しているかの如き状態が得られる。
入射光が光滞留機構に入射し、空間的に局在している状態でゲイン媒質と相互作用することによって誘導放射を生じる。
誘導放出光１０４は光電変換部１０５に入射し、電子、正孔対を光電変換部の内部で発生させ、信号出力する。

なお、上記した特許文献１では色分解を行うために、１つの実施例ではゲイン媒質の波長依存性を利用しているが、その場合には異なる元素を用意する必要があった。
また、他の実施例ではゲイン媒質の前にカラーフィルタを配置しており、作成工程の増加や低背化の障害となる可能性があった。
これに対して、本実施形態のようにゲイン媒質の近傍に空間的に光を局在させることができる光滞留部を設けた場合には、この光滞留構造の波長依存性によって、異なる元素を用意することや、カラーフィルタを配置することなく、色分解をすることが可能となる。
また、本実施の形態においては、上記した光検出素子を用いて、２次元面内に複数配列して撮像素子を構成することができる。
また、上記した撮像素子を用い、該撮像素子から得られる電気信号に基づいて２次元の画像を得る撮像方法を実現することができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用して構成した光増幅型光検出素子として、量子井戸構造からなるゲイン媒質に電流注入するようにした構成例について説明する。
図２に、本実施例の光増幅型光検出素子の構成例を説明する図を示す。
図２において、２０１は入射光、２０２はＡｇドット、２０３は保護膜、２０４はゲイン媒質、２０５は絶縁膜、２０６は電極、２０７は誘導放出光、２０８は反射構造、２０９はフォトダイオードである。

本実施例において、光検出器に入射した入射光２０１は、Ａｇドット２０２に入射する。
Ａｇドット上には、必要に応じてＳｉＯ₂などの保護膜２０３を形成してもよい。
Ａｇドットはその形状と周囲の誘電率によって決まる特定の波長帯域の光とプラズモン共鳴を起こす。
プラズモン共鳴とは、電磁波と電子波が結合した状態であり、入射光はＡｇドットの周囲に局在し、電場増強が生じる。
この状態は光がＡｇドットの近傍で滞留している状態だと解釈することもでき、この現象を本発明の光滞留のメカニズムとして用いる。

光が局在している領域の近傍に、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造からなるゲイン媒質２０４を配置する。
Ａｇドットとゲイン媒質の間は必要に応じて絶縁膜２０５によって絶縁されていても良い。
ゲイン媒質は電極２０６からの電流注入で反転分布の形成が可能であり、Ａｇドットの周囲の近接場光によって誘導放出光２０７を生じる。
横方向へ誘導放出された光は、屈折率境界や金属などの反射構造２０８により反射され、Ｓｉからなるフォトダイオード２０９に入射する。
反射構造の形状を工夫することで、入射側への誘導放出光のもれを防ぐことが可能になる。
フォトダイオードに入射した光は光電変換され、増幅された信号を出力する。

Ａｇドットは形状と周囲の誘電率によって共鳴波長が変化するために、ドット形状を変化させることで分光感度を調整でき、カラー撮像の際にも複数のカラーフィルタ材料を用意する必要がない。
金属ドットによるプラズモン共鳴においては、金属ドットは自身のサイズよりも長い波長の光と共鳴的な相互作用が可能である。
そのような金属ドットを密に配列させた場合、光の波長サイズ程度以下のピッチでの配列が可能になる。
なお、入射面上には、必要に応じてマイクロレンズを配置してもよい。

［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用して構成した光増幅型光検出素子として、量子ドットからなるゲイン媒質に電流注入するようにした構成例について説明する。
図３に、本実施例の光増幅型光検出素子の構成例を説明する図を示す。
図３において、３０１は入射光、３０２はＡｇドット、３０３は保護膜、３０４はゲイン媒質、３０５は絶縁膜、３０６は電極、３０７は誘導放出光、３０８は反射構造、３０９はフォトダイオードである。

本実施例において、光検出器に入射した入射光３０１は、Ａｇドット３０２に入射する。
Ａｇドット上には、必要に応じてＳｉＯ₂などの保護膜３０３を形成してもよい。Ａｇドットはその形状と周囲の誘電率によって決まる特定の波長帯域の光とプラズモン共鳴を起こす。
プラズモン共鳴とは、電磁波と電子波が結合した状態であり、入射光はＡｇドットの周囲に局在し、電場増強が生じる。
この状態は光がＡｇドットの近傍で滞留している状態だと解釈することもでき、この現象を本発明の光滞留のメカニズムとして用いる。

光が局在している領域の近傍にＧｓＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドットからなるゲイン媒質３０４を配置する。
Ａｇドットとゲイン媒質の間は必要に応じて絶縁膜３０５によって絶縁されていても良い。
ゲイン媒質は電極３０６からの電流注入で反転分布の形成が可能であり、Ａｇドットの周囲の近接場光によって誘導放出光３０７を生じる。
横方向へ誘導放出された光は、屈折率境界や金属などの反射構造３０８により反射され、Ｓｉからなるフォトダイオード３０９に入射する。
反射構造の形状を工夫することで、入射側への誘導放出光のもれを防ぐことが可能になる。フォトダイオードに入射した光は光電変換され、増幅された信号を出力する。

Ａｇドットは形状と周囲の誘電率によって共鳴波長が変化するために、ドット形状を変化させることで分光感度を調整でき、カラー撮像の際にも複数のカラーフィルタ材料を用意する必要がない。
金属ドットによるプラズモン共鳴においては、金属ドットは自身のサイズよりも長い波長の光と共鳴的な相互作用が可能である。
そのような金属ドットを密に配列させた場合、光の波長サイズ程度以下のピッチでの配列が可能になる。
なお、入射面上には、必要に応じてマイクロレンズを配置してもよい。

［実施例３］
実施例３においては、本発明を適用して構成した光増幅型光検出素子として、Ｙｂが添加されたＳｉＯ₂からなるゲイン媒質を用いた構成例について説明する。
図４に、本実施例の光増幅型光検出素子の構成例を説明する図を示す。
図４において、４０１はＡｇドット、４０２は入射光、４０３はゲイン媒質、４０４は絶縁膜、４０５は導波層、４０６はＬＥＤ、４０７は誘導放出光、４０８は反射構造、４０９はフォトダイオードである。

本実施例において、Ａｇドット４０１はドットサイズと周囲の誘電率によって決まる特定の波長帯域の光とプラズモン共鳴を起こす。
プラズモン共鳴とは、電磁波と電子波が結合した状態であり、入射光４０２はＡｇドットの周囲に局在し、電場増強が生じる。
この状態は光がＡｇドットの近傍で滞留している状態だと解釈することもでき、この現象を本発明の光滞留のメカニズムとして用いる。

光が局在している領域の近傍にＹｂが添加されたＳｉＯ₂からなるゲイン媒質４０３を配置する。
必要に応じてＡｇドットとゲイン媒質の間に絶縁膜４０４を配置してもよい。
ゲイン媒質の直上には導波層４０５があり、Ａｇドットは導波層に埋め込まれている。
導波層の面内には、ＬＥＤ４０６による励起光が導波されている。
Ａｇドットは、例えば長方形ドットのように２つの共鳴波長をもつ形状であれば、入射光だけでなく励起光も近接場光として近傍で増強させることができる。
入射光４０２がＡｇドットに入射すると、Ａｇドットの周囲の入射光による近接場光によってゲイン媒質は誘導放出光４０７を生じる。
横方向へ誘導放出された光は、屈折率境界や金属などの反射構造４０８により反射され、Ｓｉからなるフォトダイオード４０９に入射する。反射構造の形状を工夫することで、入射側への誘導放出光のもれを防ぐことが可能になる。フォトダイオードに入射した光は光電変換され、増幅された信号を出力する。

Ａｇドットは形状と周囲の誘電率によって共鳴波長が変化するために、ドット形状を変化させることで分光感度を調整でき、カラー撮像の際にも複数のカラーフィルタ材料を用意する必要がない。
金属ドットによるプラズモン共鳴においては、金属ドットは自身のサイズよりも長い波長の光と共鳴的な相互作用が可能である。そのような金属ドットを密に配列させた場合、光の波長サイズ程度以下のピッチでの配列が可能になる。
なお、入射面上には、必要に応じてマイクロレンズを配置してもよい。

［実施例４］
実施例４においては、本発明を適用して構成した光増幅型光検出素子として、光滞留構造を構成する導波モード共鳴構造がゲイン媒質を兼ねている構成例について説明する。
図５に、本実施例の光増幅型光検出素子の構成例を説明する図を示す。
図５において、５０１は入射光、５０２は導波モード共鳴構造、５０３はゲイン媒質、５０４は電極、５０５は誘導放出光、５０６は反射構造、５０７はフォトダイオードである。

本実施例において、光検出器に入射した入射光５０１は、導波モード共鳴構造５０２に入射する。
導波モード共鳴は２次元面内に波長程度の大きさの屈折率の周期構造が存在する場合に、面の法線方向から入射した光が回折されて、面内で共鳴するものである。
導波モード共鳴が生じている状態では、光は導波モード共鳴体近傍に局在しており、光が導波モード共鳴体近傍で滞留している状態だと解釈することもできる。

本実施例では、導波モード共鳴体自身をＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造で作成し、光滞留構造が光増幅部であるゲイン媒質を兼ねている構造である。
ゲイン媒質５０３は電極５０４からの電流注入によって反転分布が形成されており、入射光が導波モード共鳴体すなわちゲイン媒質に入射すると、導波モード共鳴による局在光によって誘導放射を生じる。
誘導放射光５０５は導波モード共鳴体すなわちゲイン媒質の２次元平面に対して法線方向だけでなく、端面からも出射する場合がある。
このため、屈折率境界や金属などの反射構造５０６によって反射し、Ｓｉからなるフォトダイオード５０７に入射する。フォトダイオードに入射した光は光電変換され、増幅された信号を出力する。

本実施例に示すような、導波モード共鳴構造がゲイン媒質を兼ねている場合は、導波モード共鳴によって局在された光の強度の強い領域にゲイン媒質が存在することになり、高い増倍率が得られることが期待される。
導波モード共鳴構造は、その構造によって共鳴波長が変化するために、構造を変化させることで分光感度を調整でき、カラー撮像の際にも複数のカラーフィルタ材料を用意する必要がない。
なお、入射面上には、必要に応じてマイクロレンズを配置してもよい。

［実施例５］
実施例５においては、本発明を適用して構成した光増幅型光検出素子として、光滞留構造を構成するウィスパリングギャラリーモード共鳴構造がゲイン媒質を兼ねている構成例について説明する。
図６に、本実施例の光増幅型光検出素子の構成例を説明する図を示す。
図６において、６０１は入射光、６０２はウィスパリングギャラリーモード共鳴構造、６０３はゲイン媒質、６０４は電極、６０５は誘導放出光、６０６は反射構造である。

本実施例において、光検出器に入射した入射光６０１は、ウィスパリングギャラリーモード共鳴構造６０２に入射する。
ウィスパリングギャラリーモード共鳴は、波長の数倍〜数十倍程度の大きさの屈折率の境界からなる構造が存在する場合に、入射した構造の内部に光が閉じ込められるものである。
ウィスパリングギャラリーモード共鳴が生じている状態では、光はウィスパリングギャラリーモード共鳴体内部に局在しており、光がウィスパリングギャラリーモード共鳴体近傍で滞留している状態だと解釈することもできる。

本実施例では、ウィスパリングギャラリーモード共鳴体自身をＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造で作成し、光滞留構造が光増幅部であるゲイン媒質を兼ねている構造である。
ゲイン媒質６０３は電極６０４からの電流注入によって反転分布が形成されており、入射光がウィスパリングギャラリーモード共鳴体すなわちゲイン媒質に入射すると、ウィスパリングギャラリーモード共鳴による局在光によって誘導放射を生じる。
誘導放射光６０５はウィスパリングギャラリーモード共鳴体すなわちゲイン媒質の入射光の入射方向だけでなく、側面からも出射する場合があるため、屈折率境界や金属などの反射構造６０６によって反射し、Ｓｉからなるフォトダイオード６０７に入射する。
下層の電極によって反射光がケラれてしまう場合には、反射光の光路上の電極の面積を狭めておけばよい。フォトダイオードに入射した光は光電変換され、増幅された信号を出力する。

本実施例に示すような、ウィスパリングギャラリーモード共鳴構造がゲイン媒質を兼ねている場合は、ウィスパリングギャラリーモード共鳴によって局在された光の強度の強い領域にゲイン媒質が存在することになり、高い増倍率が得られることが期待される。
ウィスパリングモード共鳴構造は、その構造によって共鳴波長が変化するために、構造を変化させることで分光感度を調整でき、カラー撮像の際にも複数のカラーフィルタ材料を用意する必要がない。
なお、入射面上には、必要に応じてマイクロレンズを配置してもよい。

本発明の実施形態における光増幅型光検出素子の構造を説明する概念図である。 本発明の実施例１における光増幅型光検出素子の構成例を説明する図 である。 本発明の実施例２における光増幅型光検出素子の構成例を説明する図である。 本発明の実施例３における光増幅型光検出素子の構成例を説明する図である。 本発明の実施例４における光増幅型光検出素子の構成例を説明する図である。 本発明の実施例５における光増幅型光検出素子の構成例を説明する図である。

符号の説明

１０１：入射光
１０２：ゲイン媒質
１０３：光滞留構造
１０４：誘導放出光
１０５：光電変換部
２０１：入射光
２０２：Ａｇドット
２０３：保護膜
２０４：ゲイン媒質
２０５：絶縁膜
２０６：電極
２０７：誘導放出光
２０８：反射構造
２０９：フォトダイオード
３０１：入射光
３０２：Ａｇドット
３０３：保護膜
３０４：ゲイン媒質
３０５：絶縁膜
３０６：電極
３０７：誘導放出光
３０８：反射構造
３０９：フォトダイオード
４０１：Ａｇドット
４０２：入射光
４０３：ゲイン媒質
４０４：絶縁膜
４０５：導波層
４０６：ＬＥＤ
４０７：誘導放出光
４０８：反射構造
４０９：フォトダイオード
５０１：入射光
５０２：導波モード共鳴構造
５０３：ゲイン媒質
５０４：電極
５０５：誘導放出光
５０６：反射構造
５０７：フォトダイオード
６０１：入射光
６０２：ウィスパリングギャラリーモード共鳴構造
６０３：ゲイン媒質
６０４：電極
６０５：誘導放出光
６０６：反射構造

Claims (17)

1. 光増幅部と光電変換部からなる光検出素子であって、
   前記光増幅部が光滞留構造とゲイン媒質からなり、該光滞留構造とゲイン媒質が近接して配置されていることを特徴とする光検出素子。
2. 前記光滞留構造が、プラズモン共鳴体であることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
3. 前記光滞留構造が、導波モード共鳴体であることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
4. 前記光滞留構造が、ウィスパリングギャラリーモード共鳴体であることを特徴とする請求項１に記載の光検出素子。
5. 前記ゲイン媒質が、量子井戸構造で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出素子。
6. 前記ゲイン媒質が、量子ドットで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出素子。
7. 前記ゲイン媒質が、Ｙｂが添加されたＳｉＯ₂で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出素子。
8. 前記導波モード共鳴体で構成されている光滞留構造が、前記ゲイン媒質を兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の光検出素子。
9. 前記ウィスパリングギャラリーモード共鳴体で構成されている光滞留構造が、前記ゲイン媒質を兼ねていることを特徴とする請求項４に記載の光検出素子。
10. 前記ゲイン媒質は、反転分布の状態がとられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出素子。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出素子を用い、光検出を行う光検出方法であって、
    前記ゲイン媒質に、予め反転分布を形成しておく工程と、
    前記光滞留構造に入射光を入射させる工程と、
    前記光滞留構造に入射した入射光を、前記ゲイン媒質における反転分布の近傍に滞留させる工程と、
    前記反転分布の誘導放射による増幅光を光電変換する工程と、
    を有することを特徴とする光検出方法。
12. 前記反転分布が、光ポンピングによって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の光検出方法。
13. 前記光ポンピングが、近接場光によるエネルギー移動によることを特徴とする請求項１２に記載の光検出方法。
14. 前記反転分布が、電流注入によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の光検出方法。
15. 前記反転分布が、放電によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の光検出方法。
16. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の光検出素子を、２次元面内に複数配列してなることを特徴とする撮像素子。
17. 請求項１６に記載の撮像素子を用い、該撮像素子から得られる電気信号に基づいて２次元の画像を得ることを特徴とする撮像方法。

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