JP4964935B2 - 半導体光素子および半導体光装置 - Google Patents
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Description
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる熱型赤外センサ素子の上面図であり、図2は、図1のA−Aにおける熱型赤外センサ素子の断面図である。
電磁波で表面プラズモンを励起するためには、電磁波の位相速度が表面プラズモンの位相速度と一致しなければならない。この時、電磁波が境界面で全反射する時に発生するエバネッセント波が用いられる。
入射光の波数ベクトルを
逆格子ベクトルを
とすると、
なお、以下の記載や特許請求の範囲の記載では、これらの文言を特に区別せず、単に「表面プラズモン」または「表面結合波」と呼ぶこととする。
図5は、本発明の実施の形態2にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターン(凹部)を示す。凹部10は平面が円形であり、他は図3の構造と同じである。ここでは、a=bの真円としているが、aとbが異なる楕円でも良い。楕円の場合は、特定の偏光に対してのみ表面プラズモンが強調されるため、特定の偏光についてのみ検出を行う場合に利用できる。
図7は、本発明の実施の形態3にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの断面図である。実施の形態1、2では、凹部11の断面は矩形であったが(例えば、図2参照)、本実施の形態3では、角部の無い丸みを帯びた形状となっている。つまり、断面において、凹部11の最底面と最表面の、それぞれの頂点を結ぶ連続面(内壁)が曲面となっている。好ましくは、曲面がサイン(sin)カーブとなる。なお、吸収傘10を上方からから見た場合、凹部11は図1や図5のように矩形や円形となっている。
図8は、本発明の実施の形態4にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図であり、図1に示す熱型赤外センサ素子100をアレイ状に配置したものである。ここでは、説明を簡単にするために2行2列の合計4個の熱型赤外センサ素子からなる熱型赤外センサ素子アレイを示しているが、配置される熱型赤外センサ素子の個数に制限は無い。これらの熱型赤外センサ素子アレイは、外部の走査回路(図示せず)等により各行、各列の熱型赤外センサ素子を選択して、各素子が検出した情報を時系列に取り出す方式としてもよい。また、並列に読み出す方式であってもよい。
図9は、本発明の実施の形態5にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。図9の熱型赤外センサ素子アレイでは、熱型赤外センサ素子の吸収傘10に形成したパターンがそれぞれ異なり、図6に示したa=b=c=0.5μm(吸収傘A13)、1.0μm(吸収傘B14)、1.5μm(吸収傘C15)のパターンをそれぞれ形成した3つの熱型赤外センサ素子を組み合わせた構造となっている。これらの熱型赤外センサ素子は、それぞれ異なる波長において強い吸収ピークを有している。
図11に、本発明の実施の形態6にかかる熱型赤外センサ素子の温度検知部4の断面図を示す。温度検知部4は、温度検知部4は検知膜5と薄膜金属配線6を含む。検知膜5は、例えばダイオードであり、シリコンからなる。薄膜金属配線6は、例えば厚みが100nmのチタン合金の膜からなる。検知膜5が出力した電気信号は、薄膜金属配線6を介して検出回路(図示せず)により取り出される。薄膜金属配線6と検知膜5の間の電気的接続は、必要に応じて上下方向に延在する導電体(図示せず)を介して行っても良い。
Claims (9)
- 温度検知部と、該温度検知部に熱的に接続された吸収傘とを含み、該吸収傘に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収傘が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。 - 温度検知部と、該温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、該吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。 - 上記吸収傘または上記吸収膜は、金属膜の単層構造、または金属膜と誘電体膜の多層構造であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光素子。
- 上記吸収傘または上記吸収膜の凹部は、平面が円形、楕円形、正方形、または長方形であり、断面が矩形であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光素子。
- 上記吸収傘または上記吸収膜の凹部の内壁は、曲面から形成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光素子。
- 上記吸収傘または上記吸収膜の凹部は一定の周期で配置され、その周期は上記特定波長と同程度であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光素子。
- 請求項1〜6のいずれかに記載された複数の半導体光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする半導体光装置。
- 第1の特定波長の表面波をする誘起する第1の半導体光素子と、該第1の特定波長とは異なる第2の特定波長の表面波をする誘起する第2の半導体光素子とを、アレイ状に配置したことを特徴とする請求項7に記載の半導体光装置。
- 上記第1の半導体光素子の凹部の周期と、上記第2の半導体光素子の凹部の周期とが、異なることを特徴とする請求項7または8に記載の半導体光装置。
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