JP4772585B2

JP4772585B2 - 光検出器

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Publication number: JP4772585B2
Application number: JP2006131728A
Authority: JP
Inventors: 実新垣; 徹廣畑; 弘康藤原; 彰樋口
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: US20070262239A1; JP2007303927A; US7557336B2; CN102163628A; CN101071077A

Description

本発明は、光検出器に関するものである。

従来の光検出器の一種として、例えば特許文献１に記載されているように、入射光を複数の波長成分に分光する回折格子素子と、各波長成分の光をコリメータレンズを介して受光する受光素子とを備えたものが知られている。また、回折格子素子の代わりに複数の波長選択フィルタを備えた光検出器も知られている。
特開２００１−１０８５２４号公報

特許文献１の光検出器は、回折格子素子やコリメータレンズを用いるため、装置構成が複雑で大掛かりなものとなる。一方、波長選択フィルタを用いた場合にも、複数の波長選択フィルタを交換するための機構が必要であるため、やはり装置構成が複雑で大掛かりなものとなる。

そこで本発明は、装置構成が簡素で小型な光検出器を提供することを目的とする。

本発明に係る光検出器は、（１）半導体基板と、（２）半導体基板上に形成され、受光面を有するとともに受光量に応じた量の電荷を発生する受光層と、（３）受光層上に絶縁層を介して形成され、当該受光層の受光面に対向する物理的又は光学的な貫通孔を有するとともに表面プラズモン共鳴を発生させる複数のアンテナ層と、を備え、アンテナ層には、前記受光面を露出させる孔を前記絶縁層が有することにより、それぞれ受光層で発生した電荷を電流信号として出力させるための手段が設けられており、複数のアンテナ層の表面には所定の規則に従ったパターンがそれぞれ形成されており、複数のアンテナ層のうち少なくとも２つにおいては、パターンが互いに異なっていることを特徴とする。

本発明に係る光検出器は、表面プラズモン共鳴を発生させるアンテナ層を備えている。このアンテナ層に光（ｈν）が入射すると、入射光（ｈν）に含まれる特定の波長成分の光がアンテナ層の表面プラズモンと結合し、プラズモン共鳴が発生する。表面プラズモン共鳴が発生すると、アンテナ層の貫通孔から強い近接場光が出力される。この近接場光の強度は、表面プラズモンと結合した光の強度に比例し且つこれよりも大きい。アンテナ層の貫通孔から出力された近接場光は、受光面を介して受光層に受光される。受光層は、受光量に応じた量の電荷を発生する。このように、本発明の光検出器によれば、アンテナ層に入射した光（ｈν）に含まれる特定の波長成分の光を検出することができる。また、受光層は近接場光を受光するが、この近接場光は、特定の波長成分の光、すなわち表面プラズモンと結合する光よりも強度が大きい。そのため、特定の波長成分の光を受光層が直接受光した場合と比べて、光検出感度を向上させることができる。

各アンテナ層の表面には、所定の規則に従ってパターンが形成されている。少なくとも２つのアンテナ層において、パターンは互いに異なっている。すなわち、少なくとも２つのアンテナ層は、互いに異なる表面構造を有することとなる。アンテナ層の表面構造に応じて、表面プラズモンと結合する光の波長成分が異なることは、従来から知られている。よって、上記のアンテナ層を備えた本発明の光検出器では、入射した光（ｈν）に含まれる少なくとも２種類の波長成分の光をそれぞれ検出することができる。

このように、本発明の光検出器は、複数の波長成分の光をそれぞれ検出することができる。本発明の光検出器は、半導体基板、受光層、およびアンテナ層を積層してなる一つの素子であるため、回折格子素子や波長選択フィルタ等と受光素子とを別個に備えた光検出器と比べて、非常に小型で装置構成が簡素なものとなる。また、受光層およびアンテナ層をモノリシックに形成することにより、製造工程の簡略化を図ることができる。更に、複数のアンテナ層は、表面プラズモンと結合する光の波長成分を異ならしめるために複数の材料で形成する必要がなく、同一材料で形成することができるため、製造コストを抑制することができる。

また、本発明に係る光検出器では、各アンテナ層は複数の凸部と当該凸部間に位置する凹部とを有しており、凸部および凹部がパターンを形成しており、貫通孔は凹部に設けられていることが好ましい。この場合、凸部の位置等を適宜変えることにより、パターンの形状を変えることができる。

また、本発明に係る光検出器では、各アンテナ層は貫通孔を複数有しており、当該複数の貫通孔がパターンを形成していることが好ましい。この場合、貫通孔の位置等を適宜変えることにより、パターンの形状を変えることができる。

また、本発明に係る光検出器では、凸部は所定の間隔で配置されており、当該所定の間隔が複数のアンテナ層のうち少なくとも２つにおいて互いに異なっていることが好ましい。このように凸部の配置間隔が互いに異なるアンテナ層同士では、表面におけるパターンの形状が確実に異なるので、表面プラズモンと結合する光の波長成分を確実に異なるものとすることができる。よって、複数の波長成分の光をそれぞれ確実に検出することができる。

また、本発明に係る光検出器では、複数の貫通孔は所定の間隔で配置されており、当該所定の間隔が複数のアンテナ層のうち少なくとも２つにおいて互いに異なっていることが好ましい。このように貫通孔の配置間隔が異なる複数のアンテナ層を備えた場合にも、複数の波長成分の光をそれぞれ確実に検出することができる。

また、本発明に係る光検出器では、貫通孔の幅は入射光の波長よりも短いことが好ましい。このように貫通孔の幅を狭くすることにより、近接場光を貫通孔から確実に出力させることができる。

また、本発明に係る光検出器では、受光層は、その両面にバイアス電圧が印加されることが好ましい。この場合、受光層で発生した電荷を電流信号として出力することが可能となる。

本発明によれば、装置構成が簡素で小型な光検出器を提供することができる。

以下、本発明に係る光検出器の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、「上」、「下」等の語は図面に示す状態に基づいており、便宜的なものである。

図１は本発明による光検出器の一実施形態の構成を示す平面図であり、図２は図１に示される光検出器のII−II線断面図である。

図２に示されるように、光検出器１は、半導体基板２と、電極層３と、光吸収層（受光層）４と、ショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃと、第１絶縁層８と、複数（本実施形態では３つ）のアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、第２絶縁層１４とを備えている。

半導体基板２は、ｎ型シリコンからなる基板である。半導体基板２の一方の主面上には電極層３が形成され、半導体基板２の他方の主面上には光吸収層４が形成されている。

光吸収層４はｎ型シリコンを含む単一の層である。光吸収層４は複数（本実施形態では３つ）のメサ状部を有しており、メサ状部の頂部に位置する面は受光面４ａ，４ｂ，４ｃとなっている。光吸収層４を上面から見ると、受光面４ａ，４ｂ，４ｃは略矩形を呈している。受光面４ａ，４ｂ，４ｃはショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃで覆われている。ショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃは非常に薄く、その厚さは、後述するアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの貫通孔１３から出力された光を透過可能な程度となっている。

第１絶縁層８は、光吸収層４の上面のうち、受光面４ａ，４ｂ，４ｃを除く部分を覆っている。第１絶縁層８を介して、光吸収層４上に３つのアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃがアレイ状に形成されている。アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上には、第２絶縁層１４が形成されている。

アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、表面プラズモン共鳴を発生させる層である。アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃは導電性の材料を含んでいる。含まれる導電性の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ等が好ましいが、これ以外であってもよい。アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、複数の凸部１２と、凸部１２間に位置する凹部１５とをそれぞれ有している。凹部１５には、貫通孔１３が設けられている。

アンテナ層１１ａの貫通孔１３は光吸収層４の受光面４ａと、アンテナ層１１ｂの貫通孔１３は光吸収層４の受光面４ｂと、アンテナ層１１ｃの貫通孔１３は光吸収層４の受光面４ｃと、それぞれ対向している。図１に示されるように、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを上面から見ると、各貫通孔１３は略矩形を呈している。なお、各貫通孔１３の短辺の長さ（幅）ｄは、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃに入射する光（ｈν）の波長よりも短くなっている。このように貫通孔１３を狭くすることにより、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃで発生した近接場光（後に詳しく述べる）を貫通孔１３から確実に出力させることができる。なお、本願における貫通孔１３は近接場光を出力させるためのものであるため、物理的な孔に限るものではなく、光学的な孔（光が透過する開口）も含む。

複数の凸部１２は、貫通孔１３と同様に略矩形を呈している。複数の凸部１２および凸部１２間に位置する凹部１５によって、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれの表面には、所定の規則に従ったパターンが形成される。したがって、凸部１２および凹部１５の位置や形状を変えることで、パターンの形状も変わることとなる。本実施形態では、凸部１２の配置間隔を変えることで、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ表面のパターンを互いに異なるものとしている。

より具体的には、図１に示されるように、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおいて、凸部１２は長辺同士が対向するように一次元に配置されている。また、凸部１２は貫通孔１３を中心として対称的に且つ所定の間隔で配置されている。所定の間隔についてより具体的に述べると、例えばアンテナ層１１ａでは、貫通孔１３を挟まずに隣り合う凸部１２間の中心距離はΛａとなっており、貫通孔１３を挟んで隣り合う凸部１２間の中心距離はΛａの2倍の長さとなっている。アンテナ層１１ｂ，１１ｃについても、貫通孔１３を挟まずに隣り合う凸部１２間の中心距離はそれぞれΛｂ，Λｃとなっており、貫通孔１３を挟んで隣り合う凸部１２間の中心距離はそれぞれΛｂ，Λｃの2倍の長さとなっている。以下、これらΛａ，Λｂ，Λｃを周期間隔と呼ぶこととする。

アンテナ層１１ａにおける周期間隔Λａ、アンテナ層１１ｂにおける周期間隔Λｂ、およびアンテナ層１１ｃにおける周期間隔Λｃは、互いに異なる値を有している。周期間隔Λａ，Λｂ，Λｃが異なるため、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの表面には、互いに異なるパターンが形成されることとなる。周期間隔Λａ，Λｂ，Λｃは、検出したい光の波長成分に応じて、適宜設定される。

ここで、周期間隔Λａ，Λｂ，Λｃの値について説明する。波長λ_０（＝２πｃ／ω）の光がアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃのいずれか（以下、アンテナ層１１と呼ぶ）に対して略垂直に入射する場合を考える。この場合、アンテナ層１１で表面プラズモン共鳴を発生させるには、アンテナ層１１の周期間隔Λが以下の式（１）を満たせばよい。

ε_aはアンテナ層１１と接する誘電体の比誘電率であって、真空の場合にはε_a＝１である。ε_metalはアンテナ層１１の比誘電率であって、ε_metal＞０である。よって、以下の式（２）が導き出せる。

式（２）によれば、アンテナ層１１は、光の波長λ_０が周期間隔Λよりも長い場合に表面プラズモン共鳴を発生する。

式（１）に示されるｍを１とし、アンテナ層１１をＡｇ又はＡｌから形成した場合の、周期間隔Λと光の波長λ_０との関係を図３に示す。図３によれば、周期間隔Λ＝１２３４ｎｍのアンテナ層１１は、波長λ_０＝１２４０ｎｍの光で表面プラズモン共鳴を発生する。本実施形態では、アンテナ層１１ａは波長λａの光、アンテナ層１１ｂは波長λｂの光、アンテナ層１１ｃは波長λｃの光で表面プラズモン共鳴を発生するように、周期間隔Λａ，Λｂ，Λｃが設定されることとする。

続いて、光検出器１の製造工程を説明する。まず、図４（ａ）に示されるように、電極層３が一方の主面に形成された半導体基板２を用意する。用意した半導体基板２の他方の主面上に、光吸収層４を積層する。

次に、図４（ｂ）に示されるように、光吸収層４上にフォトレジスト２０を塗布した後、図示しないフォトマスクを用いた露光および現像処理を行い、受光面４ａ，４ｂ，４ｃを形成する領域を覆うように、フォトレジスト２０のパターニングを行う。そして、図４（ｃ）に示されるように、このフォトレジスト２０をマスクとして光吸収層４を熱酸化させ、第１絶縁層８を形成する。第１絶縁層８を形成した後、フォトレジスト２０を除去する。

次に、図４（ｄ）に示されるように、フォトレジスト２２を塗布した後、図示しないフォトマスクを用いた露光および現像処理を行い、凸部１２を形成する領域が開口するように、フォトレジスト２２のパターニングを行う。そして、図４（ｅ）に示されるように、フォトレジスト２０によりマスクされた第１絶縁層８および光吸収層４上に、導電膜２４を蒸着により成膜する。

次に、図５（ａ）に示されるように、導電膜２４のうち、フォトレジスト２０上に成膜された部分をフォトレジスト２０と共にリフトオフ除去する。リフトオフ除去を行った後、図５（ｂ）に示されるように、導電膜２６を蒸着により成膜する。これにより、凸部１２と凹部１５とが形成される。

導電膜２６を成膜した後、図５（ｃ）に示されるように、導電膜２６のうち受光面４ａ，４ｂ，４ｃの上に存在する部分に集束イオンビームを照射して、この部分の導電膜２６を除去する。これにより、貫通孔１３が形成される。図４（ｄ）〜図５（ｃ）の工程を経て、光吸収層４上にアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃが積層されることとなる。

次に、図５（ｄ）に示されるように、光吸収層４の受光面４ａ，４ｂ，４ｃ上にショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃを蒸着により成膜する。ショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃを成膜した後、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に第２絶縁層１４を積層すると、図１及び図２に示した光検出器１が完成する。

続いて、光検出器１の動作について説明する。第２絶縁層１４側から光（ｈν）が入射すると、アンテナ層１１ａの表面プラズモンが、入射光（ｈν）に含まれる波長λａの光と結合する。また、アンテナ層１１ｂの表面プラズモンが入射光（ｈν）に含まれる波長λｂの光と結合し、アンテナ層１１ｃの表面プラズモンが入射光（ｈν）に含まれる波長λｃの光と結合する。その結果、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃにて表面プラズモン共鳴が生じる。

表面プラズモン共鳴が生じると、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃは貫通孔１３から強い近接場光を出力する。アンテナ層１１ａから出力される近接場光の強度は、波長λａの光の強度に比例しており、且つ波長λａの光の強度よりも大きい。アンテナ層１１ｂ，１１ｃから出力される近接場光の強度についても同様であり、それぞれ波長λｂ，λｃの光の強度に比例しており、且つ波長λｂ，λｃの光の強度よりも大きい。アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの下にある光吸収層４は、受光面４ａ，４ｂ，４ｃを介して、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃから出力された近接場光を受光する。光吸収層４は近接場光の強度（受光量）に応じた量の電荷を発生する。

光吸収層４の両面には、外部回路によってバイアス電圧が印加される。これにより、光吸収層４で発生した電荷をショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃから電流信号として取り出すことが可能となる。バイアス電圧は、アンテナ層１１ａと電極層３との間、アンテナ層１１ｂと電極層３との間、およびアンテナ層１１ａと電極層３との間に、順に印加される。

アンテナ層１１ａと電極層３との間にバイアス電圧が印加されると、アンテナ層１１ａからの近接場光によって発生した電荷、すなわち波長λａの光の強度に応じた量の電荷が、ショットキー電極６ａから電流信号として外部に出力される。アンテナ層１１ｂと電極層３との間にバイアス電圧が印加されると、アンテナ層１１ｂからの近接場光によって発生した電荷、すなわち波長λｂの光の強度に応じた量の電荷が、ショットキー電極６ｂから電流信号として外部に出力される。アンテナ層１１ｃと電極層３との間にバイアス電圧が印加されると、アンテナ層１１ｃからの近接場光によって発生した電荷、すなわち波長λｃの光の強度に応じた量の電荷が、ショットキー電極６ｃから電流信号として外部に出力される。

このように、ショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃから電流信号を順に出力させることによって、図６に示されるような測定結果を得ることができる。なお、バイアス電圧を印加する順は、上記したものに限られない。

以上説明したように、本実施形態に係る光検出器１は、半導体基板２、光吸収層４、およびアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層してなる一つの素子である。光検出器１のアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃに光（ｈν）が入射すると、入射光（ｈν）に含まれる特定の波長成分の光がアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの表面プラズモンと結合し、表面プラズモン共鳴が発生する。表面プラズモン共鳴が発生すると、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの貫通孔１３から強い近接場光が出力される。近接場光は、受光面４ａ，４ｂ，４ｃを介して光吸収層４に到達する。光吸収層４は、受光強度に応じた量の電荷を発生する。

アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの表面には、複数の凸部１２と、凸部１２間に位置する凹部１５とによって、所定の規則に従ったパターンが形成されている。パターンはアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃで互いに異なっている。これは、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの周期間隔Λａ，Λｂ，Λｃが互いに異なることによる。表面のパターンが異なるということは表面構造が異なるということであり、よって表面プラズモンと結合する光の波長成分も、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃで互いに異なることとなる。その結果、複数の波長成分（上述した波長λａ，λｂ，λｃ）の光をそれぞれ検出することができる。

光検出器１は一つの素子であるため、回折格子素子や波長選択フィルタ等と受光素子とを別個に備えた光検出器と比べて、非常に小型で装置構成が簡素なものとなる。また、光吸収層４およびアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃをモノリシックに形成することにより、製造工程の簡略化を図ることができる。また、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを同一材料で形成することができるため、製造コストを抑制することができる。また、光吸収層４は近接場光を受光するが、この近接場光は、表面プラズモン共鳴を発生させる特定の波長成分の光（上述した波長λａ，λｂ，λｃの光）よりも強度が大きい。そのため、特定の波長成分の光を直接受光した場合と比べて、光検出感度を向上させることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態における光吸収層４は、単一の層であるとしたが、光吸収層は積層構造を有していても良いし、ヘテロ構造層を有していても良い。また、本実施形態における光吸収層４はｎ型シリコンを含むとしたが、Ge，SiC，ダイヤモンド半導体といったｎ型シリコン以外の半導体を含むとしてもよいし、GaAs，GaP，InP，InAs，InSb，GaN，AlN，InNなどのIII−V族化合物半導体およびこれらの混晶を含むとしてもよいし、ZnO，ZnSe，ZnS，CdSe，CdS，HgCd，HgTeなどのII−VI族化合物半導体およびこれらの混晶、あるいは有機半導体などを含むとしてもよい。これらは、検出したい光の波長成分や光検出器としての用途に応じて、適宜選択される。

また、本実施形態における光吸収層４は、半導体基板２の上に形成されるとしたが、ガラス、サファイアといった絶縁性を有する透明基板の上に形成されるとしても良い。

また、本実施形態の光検出器１は、光吸収層４の受光面４ａ，４ｂ，４ｃ上にショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃを形成したいわゆるショットキー型となっているが、ＰＮ接合型や光導電型であってもよい。ＰＮ接合型や光導電型とした場合には、ショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃを設けずに、受光面４ａ，４ｂ，４ｃを露出させてもよい。

また、本実施形態における電極層３は、半導体基板２の一方の主面上に形成されるとしたが、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃとともに半導体基板２の他方の主面上に形成するとしてもよい。この場合、光検出器１はプレーナ型構造を呈することとなる。

また、本実施形態におけるアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの凸部１２および凹部１５は、図２に示されるように第２絶縁層１４側に形成されていても良いし、図７（ａ）に示されるように第１絶縁層８側に形成されていても良い。

また、本実施形態のアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃは半導体基板２の他方の主面上に形成されていたが、図７（ｂ）に示されるように、半導体基板２の一方の主面上にも形成されるとしても良い。また、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃの周囲には、ブラッグ反射層が形成されるとしても良い。また、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、図８に示されるように一体的に形成されるとしてもよい。

また、本実施形態の光検出器１は３つのアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを備えるとしたが、アンテナ層の数はこれに限られない。表面のパターンが異なるアンテナ層をより多く備えた場合には、より多くの波長成分の光を検出することが可能となる。また、表面のパターンが同一のアンテナ層を複数備えた場合には各アンテナ層からの出力を重畳することによって、微小な光を検出することが可能となる。

また、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ表面のパターンは、本実施形態のものに限られない。例えば、図９（ａ）に示されるように、略矩形状の凸部１２を等間隔で一次元配列し、凸部１２間に位置する凹部１５それぞれに略矩形状の貫通孔１３を設けることにより形成されるパターンであってもよい。また、図９（ｂ）に示されるように、略円形状の貫通孔１３を中心とし、その周囲に略円形状の凸部１２を等間隔で二次元配列することにより形成されるパターンであってもよいし、図９（ｃ）に示されるように、略円形状の貫通孔１３と略円形状の凸部１２とを交互に且つ等間隔で二次元配列することにより形成されるパターンであってもよい。また、図１０（ａ）に示されるように、貫通孔１３と複数の凸部１２とで構成されるダーツの的（ブルズアイとも呼ばれる）状の模様を、所定の間隔で２次元配列することにより形成されるパターンであっても良い。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）を略矩形状に変形したものである。

また、本実施形態の光検出器１において、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ表面のパターンは、複数の凸部１２および凸部１２間に位置する凹部１５によって形成されるとした。これを、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ表面のパターンは複数の貫通孔１３によって形成されるとしてもよい。図１０（ｃ）に示されるように、貫通孔１３を等間隔（所定の間隔）で二次元配列することによりアンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ表面のパターンを形成した場合には、貫通孔１３の位置や配置間隔を変えることで、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれにおけるパターンの形状を変えることができる。なお、図９および図１０に示された変形例においては、各貫通孔１３の下に光吸収層４の受光面が形成されていることとする。

また、本実施形態の光検出器１では、アンテナ層１１ａ，１１ｂ，１１ｃと電極層３との間に外部回路によってバイアス電圧を順に印加するとしたが、この外部回路の代わりに、バイアス電圧を順次印加するためのシフトレジスタ回路等を光検出器１に備えてもよい。また、本実施形態の光検出器１は、電流電圧変換回路を更に備えるとしてもよい。この場合、ショットキー電極６ａ，６ｂ，６ｃを介して出力された電流信号を、電圧信号に変換して外部に出力することができる。また、本実施形態の光検出器１は、温度変化等による感度特性の変動を校正するための回路を更に備えるとしてもよい。

本発明による光検出器の一実施形態の構成を示す平面図である。図１に示される光検出器のII−II線断面図である。光の波長とアンテナ層の周期間隔との関係を示す表である。図１に示される光検出器の製造工程を示す断面図である。図４の後続の工程を示す断面図である。図１に示される光検出器による測定結果を示す図である。本発明による光検出器の変形例を示す図である。アンテナ層の変形例を示す図である。アンテナ層の変形例を示す図である。アンテナ層の変形例を示す図である。

符号の説明

１・・・光検出器、２・・・半導体基板、３・・・電極層、４・・・光吸収層、４ａ，４ｂ，４ｃ・・・受光面、６ａ，６ｂ，６ｃ・・・ショットキー電極、８・・・第１絶縁層、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・アンテナ層、１２・・・凸部、１３・・・貫通孔、１４・・・第２絶縁層、１５・・・凹部、Λａ，Λｂ，Λｃ・・・周期間隔。

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、受光面を有するとともに受光量に応じた量の電荷を発生する受光層と、
前記受光層上に絶縁層を介して形成され、当該受光層の受光面に対向する物理的又は光学的な貫通孔を有するとともに表面プラズモン共鳴を発生させる複数のアンテナ層と、
を備え、
前記アンテナ層には、前記受光面を露出させる孔を前記絶縁層が有することにより、それぞれ前記受光層で発生した電荷を電流信号として出力させるための手段が設けられており、
前記複数のアンテナ層の表面には所定の規則に従ったパターンがそれぞれ形成されており、
前記複数のアンテナ層のうち少なくとも２つにおいては、前記パターンが互いに異なっていることを特徴とする光検出器。
前記各アンテナ層は複数の凸部と当該凸部間に位置する凹部とを有しており、前記凸部および前記凹部が前記パターンを形成しており、前記貫通孔は前記凹部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光検出器。
前記各アンテナ層は前記貫通孔を複数有しており、当該複数の貫通孔が前記パターンを形成していることを特徴とする請求項１記載の光検出器。
前記凸部は所定の間隔で配置されており、当該所定の間隔が前記複数のアンテナ層のうち少なくとも２つにおいて互いに異なっていることを特徴とする請求項２記載の光検出器。
前記貫通孔は所定の間隔で配置されており、当該所定の間隔が前記複数のアンテナ層のうち少なくとも２つにおいて互いに異なっていることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
前記貫通孔の幅は前記入射光の波長よりも短いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出器。
前記受光層は、その両面にバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光検出器。