JP7101905B1 - 電磁波検出器、及び電磁波検出器アレイ - Google Patents

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Abstract

電磁波検出器（１００）は、半導体層（１）と、半導体層上に配置されており、開口部（６）が形成されている絶縁層（５）と、開口部上から絶縁層上にまで延在しており、開口部に面する絶縁層の周縁部（５Ａ）と接している接続部を含み、かつ半導体層と電気的に接続されている二次元材料層（２）と、絶縁層上に配置されており、かつ二次元材料層と電気的に接続されている第１電極部（３）と、半導体層と電気的に接続されている第２電極部（４）と、半導体層と二次元材料層の接続部との間に配置されており、半導体層および二次元材料層の各々と電気的に接続されているユニポーラ障壁層（７）とを備える。

Description

本開示は、電磁波検出器、電磁波検出器アレイ、および電磁波検出器の製造方法に関する。
従来、次世代の電磁波検出器に用いられる電磁波検出層の材料として、二次元材料層の一例である移動度が極めて高いグラフェンが知られている。さらに、次世代の電磁波検出器として、単層または複数層のグラフェンを電界効果トランジスタのチャネルに適用したグラフェン電界効果トランジスタを用いた電磁波検出器が知られている。
米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号明細書（特許文献１）に記載された検出器では、グラフェン電界効果トランジスタの暗電流を低減するために、シリコン基板の表面を覆う絶縁膜に形成された開口部内において、開口部を覆うように形成されたグラフェンがシリコン基板と直に接している。この検出器では、ｎ型またはｐ型の不純物が十分に注入されたグラフェンとｐ型またはｎ型の不純物が注入されたシリコン基板との界面にショットキー障壁が形成されることで、電流の整流作用が生じる。
国際公開第２０２１／００２０７０号（特許文献２）に記載された検出器では、二次元材料層が半導体層の表面を覆う絶縁膜に形成された開口部上から絶縁膜上にまで延在しており、さらに開口部内に位置する二次元材料層の直下の半導体層にｐｎ接合が形成されている。半導体層は第１導電型の第１半導体部分と第２導電型の第２半導体部分とを有し、両部分がｐｎ接合している。特許文献２の検出器では、ｐｎ接合が形成されていることにより、電流の整流作用が生じる。さらに、特許文献２の検出器では、ｐｎ接合がフォトダイオードとして機能することで、電磁波が該ｐｎ接合界面に照射された時に絶縁膜を介してグラフェンに擬似的にゲート電圧が印加された状態となり、二次元材料層の導電率が変調され、結果的に二次元材料層において光電流が増幅する。
米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号 国際公開第２０２１／００２０７０号
グラフェンなどの二次元材料の状態密度は、周囲の電荷に応じて敏感に変化する。例えば、二次元材料層に吸着した水分、または二次元材料層上に形成された保護膜が有する固定電荷などの影響によって、二次元材料層とシリコン基板との電気的接合状態は変化しやすい。そのため、特許文献１に記載の検出器では、ショットキー障壁高さが十分に確保できない場合があり、その結果、グラフェンで熱励起された電子が放出（熱電子放出）されてショットキー障壁を超えてシリコン基板に注入される場合がある。
また、特許文献２に記載の検出器では、例えば第１半導体部分の導電型がｐ型でありかつ二次元材料層および第２半導体部分の各導電型がｎ型である場合、図２１に示されるようなｎｐｎ型のダイオード構造が形成される。この場合、光などの電磁波が半導体層に照射されると、ｐｎ接合の空乏層にて生じた正孔は二次元材料層を経て第１電極部から光電流として取り出されるが、ｎ型の二次元材料層とｐ型の第１半導体部分との接合界面に形成される障壁によって正孔の取り出しが妨げられる。一方で、正孔の取り出し効率を高めるために、ｎ型の二次元材料層とｐ型の第１半導体部分とのｐｎ接合に印加される負の電圧を増加させると、ｎ型の二次元材料層にて熱励起された電子がｐ型の半導体層に流入しやすくなり、暗電流が増加する。
本開示の主たる目的は、光キャリアの取り出しを妨げることなく、従来の検出器と比べて暗電流を低減できる電磁波検出器、電磁波検出器アレイ、および電磁波検出器の製造方法を提供することにある。
本開示に係る電磁波検出器は、半導体層と、半導体層上に配置されており、開口部が形成されている絶縁層と、開口部上から絶縁層上にまで延在しており、開口部に面する絶縁層の周縁部と接している接続部を含み、かつ半導体層と電気的に接続されている二次元材料層と、絶縁層上に配置されており、かつ二次元材料層と電気的に接続されている第１電極部と、半導体層と電気的に接続されている第２電極部と、半導体層と二次元材料層の接続部との間に配置されており、半導体層および二次元材料層の各々と電気的に接続されているユニポーラ障壁層とを備える。
本開示に係る電磁波検出器の製造方法は、半導体層を準備する工程と、半導体層上にユニポーラ障壁層を形成する工程と、半導体層およびユニポーラ障壁層上に絶縁層を成膜する工程と、半導体層に接する第２電極部を形成する工程と、絶縁層上に第１電極部を形成する工程と、ユニポーラ障壁層上に配置されている絶縁層の一部を除去することにより、絶縁層にユニポーラ障壁層を露出させる開口部を形成する工程と、ユニポーラ障壁層上から、絶縁層上を経て、第１電極部にまで延在する二次元材料層を形成する工程とを備える。
本開示によれば、光キャリアの取り出しを妨げることなく、従来の検出器と比べて暗電流を低減できる電磁波検出器、電磁波検出器アレイ、および電磁波検出器の製造方法を提供できる。
実施の形態１に係る電磁波検出器を示す平面図である。 図１中の線分ＩＩ－ＩＩから視た断面図である。 図２中の線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の変形例のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１に係る電磁波検出器の変形例のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の変形例のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。 実施の形態２に係る電磁波検出器を示す断面図である。 図８中の線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。 実施の形態２に係る電磁波検出器の変形例のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。 実施の形態３に係る電磁波検出器を示す平面図である。 図１１中の線分ＸＩＩ－ＸＩＩから視た断面図である。 実施の形態４に係る電磁波検出器の変形例を示す断面図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器を示す断面図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器の変形例を示す断面図である。 実施の形態６に係る電磁波検出器を示す断面図である。 実施の形態６に係る電磁波検出器の変形例を示す断面図である。 実施の形態７に係る電磁波検出器を示す断面図である。 実施の形態８に係る電磁波検出器アレイを示す平面図である。 実施の形態８に係る電磁波検出器アレイの変形例を示す平面図である。 半導体層がｐ型の第１半導体部分とｎ型の第２半導体部分とを有し、ｎ型の二次元材料層が第１半導体部分に接していることにより、ｎｐｎ型のダイオード構造を有する検出器のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。図面は、模式的なものであり、機能又は構造を概念的に説明するものである。また、以下に説明する実施の形態により本開示が限定されるものではない。特記する場合を除いて、電磁波検出器の基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、上述のように同一又はこれに相当するものである。これは明細書の全文において共通する。
本実施の形態に係る電磁波検出器が検出対象とする波長帯域は、特に制限されない。本実施の形態に係る電磁波検出器は、例えば、可視光、赤外光、近赤外光、紫外光、Ｘ線、テラヘルツ（ＴＨｚ）波、又はマイクロ波などの電磁波を検出する検出器である。なお、本発明の実施の形態において、これらの光及び電波を総称して電磁波と記載する。また、本実施の形態に係る電磁波検出器が検出対象とする波長帯域内の任意の波長を、検出波長とよぶ。
また、本実施の形態では、二次元材料層の一例であるグラフェンとしてｐ型グラフェン又はｎ型グラフェンの用語が用いられているが、真性状態のグラフェンよりも正孔が多いものをｐ型、電子が多いものをｎ型と呼ぶ。
また、本実施の形態では、二次元材料層の一例であるグラフェンに接する部材の材料について、ｎ型又はｐ型の用語が用いられているが、これらの用語は、例えば、ｎ型であれば電子供与性を有する材料、ｐ型であれば電子求引性を有する材料を示す。また、分子全体において電荷に偏りが見られ、電子が支配的となるものをｎ型、正孔が支配的となるものをｐ型と呼ぶ。これらの接触層の材料は、有機物及び無機物のいずれか一方又はそれらの混合物を用いることができる。
また、本実施の形態において、二次元材料層を構成する材料は、原子が二次元面内に単層で配列され得る任意の材料であればよいが、例えばグラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド（ＴＭＤ：Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）、黒リン（Ｂｌａｃｋ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）、シリセン（シリコン原子による二次元ハニカム構造）、およびゲルマネン（ゲルマニウム原子による二次元ハニカム構造）からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいればよい。遷移金属ダイカルコゲナイドとしては、例えば二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、二セレン化タングステン（ＷＳｅ２）等が挙げられる。上記材料の少なくともいずれかにより構成されている二次元材料層は、後述するグラフェンにより構成されている二次元材料層と基本的に同様の効果を奏する。
また、本実施の形態に係る電磁波検出器の動作時において、トンネル電流が生じない層を絶縁層とよび、トンネル電流が生じ得る層をトンネル層とよぶ。
実施の形態１．
＜電磁波検出器１００の構成＞
図１および図２に示されるように、実施の形態１に係る電磁波検出器１００は、半導体層１、二次元材料層２、第１電極部３、第２電極部４、絶縁層５、およびユニポーラ障壁層７を主に備える。
半導体層１は、第１面１Ａおよび第２面１Ｂを有する。第２面１Ｂは、第１面１Ａとは反対側に位置している。第１面１Ａおよび第２面１Ｂは、例えば平面である。二次元材料層２、第１電極部３、絶縁層５、およびユニポーラ障壁層７は、半導体層１の第１面１Ａ上に配置されている。第２電極部４は、半導体層１の第２面１Ｂ上に配置されている。以下では、第１面１Ａおよび第２面１Ｂと直交する方向を上下方向とし、上下方向において第２面１Ｂから第１面１Ａに向かう方向を上方とし、その反対側を下方とする。電磁波検出器１００は、例えば半導体層１に対して上方から入射する電磁波を検出する。
半導体層１は、上述した電磁波の中から予め定められた検出波長に感度を有する。半導体層１は、ｎ型またはｐ型の導電型を有しており、半導体層１に予め定められた検出波長の電磁波が入射したときに半導体層１内に光キャリアが生じるように設けられている。半導体層１を構成する半導体材料は、感度を有すべき検出波長に応じて任意に選択され得る。
半導体層１を構成する半導体材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ＩＩＩ－Ｖ族半導体またはＩＩ－Ｖ族半導体などの化合物半導体、水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、鉛セレン（ＰｂＳｅ）、鉛硫黄（ＰｂＳ）、カドミウム硫黄（ＣｄＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、およびヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）からなる群から選択される少なくとも１つを含む。半導体層１は、例えば上記群から選択された２以上の半導体材料からなる量子井戸又は量子ドットを含む基板であってもよいし、ＴｙｐｅＩＩ超格子を含む基板であってもよいし、又はそれらを組み合わせた基板であってもよい。
ユニポーラ障壁層７は、半導体層１の第１面１Ａ上に配置されている。ユニポーラ障壁層７は、第１面１Ａと接しており、半導体層１と電気的に接続されている。ユニポーラ障壁層７は、例えば第１面１Ａの全体を覆うように配置されている。ユニポーラ障壁層７は、後述する絶縁層５から露出している部分７１と、絶縁層５に覆われている部分７２とを有する。
ユニポーラ障壁層７は、検出波長の電磁波が半導体層１に入射したときに半導体層１にて生じた光キャリア（電子正孔対）のうち半導体層１の少数キャリアであるキャリア（例えば半導体層１の導電型がｎ型の場合には正孔）が半導体層１から二次元材料層２に流入することを妨げず、二次元材料層２において熱励起により生じたキャリアであって半導体層１の多数キャリアであるキャリア（例えば半導体層１の導電型がｎ型の場合には電子）が二次元材料層２から半導体層１に流入することを妨げる物性を有する。
ユニポーラ障壁層７を構成する材料およびユニポーラ障壁層７の厚みは、ユニポーラ障壁層７が上記物性を有するように選択される。
ユニポーラ障壁層７が接している半導体層１の導電型がｎ型である場合、ユニポーラ障壁層７を構成する材料は、半導体層１を構成する材料と比べて、電子親和力およびイオン化ポテンシャルが小さく、かつバンドギャップが大きい材料である。ユニポーラ障壁層７を構成する材料は、例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ）および酸化マンガン（ＭｎＯ）の少なくともいずれかを含む。
ユニポーラ障壁層７が接している半導体層１の導電型がｐ型である場合、ユニポーラ障壁層７を構成する材料は、半導体層１を構成する材料と比べて、電子親和力およびイオン化ポテンシャルが大きく、かつバンドギャップが大きい材料である。ユニポーラ障壁層７を構成する材料は、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および酸化チタン（ＴｉＯ2）の少なくともいずれかを含む。
ユニポーラ障壁層７は、絶縁層５よりも薄いことが好ましい。ユニポーラ障壁層７の厚みは、例えば１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
絶縁層５は、ユニポーラ障壁層７上に配置されている。絶縁層５には、ユニポーラ障壁層７の部分７１を露出する開口部６が形成されている。平面視における開口部６の形状は、任意の形状であればよいが、例えば矩形状または円形状である。開口部６の内部には、例えば、ユニポーラ障壁層７の部分７１のみが露出している。半導体層１は絶縁層５の開口部６から露出していない。絶縁層５は、ユニポーラ障壁層７の部分７２を覆っている。
絶縁層５は、開口部６に面している周縁部５Ａを有する。周縁部５Ａは、例えば開口部６に面している絶縁層５の側面の下方端部である。ユニポーラ障壁層７は、絶縁層５の周縁部５Ａと接している接続部２Ａを含む。言い換えると、ユニポーラ障壁層７は、半導体層１と絶縁層５の周縁部５Ａとの間を隔てるように配置されている。絶縁層５の側面は、ユニポーラ障壁層７と接している絶縁層５の下面に対して鋭角をなすように傾斜している。
絶縁層５を構成する材料および絶縁層５の厚みは、トンネル電流が半導体層１と第１電極部３との間に生じることを防止するように選択される。
絶縁層５を構成する材料は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、およびボロンナイトライド（ＢＮ）からなる群から選択される少なくとも１つを含む。
第１電極部３は、絶縁層５上において、開口部６から離れた位置に配置されている。第１電極部３は、二次元材料層２と電気的に接続されている。第２電極部４は、半導体層１に接している。第２電極部４は、例えば半導体層１の第２面１Ｂに接している。好ましくは、第２電極部４は、半導体層１とオーミック接合している。
図２に示されるように、第１電極部３および第２電極部４は、電源回路に電気的に接続されている。電源回路は、第１電極部３および第２電極部４の間に電圧を印加する電源２０と、第１電極部３および第２電極部４の間に流れる電流を測定する電流計２１とを含む。
第１電極部３を構成する材料は任意の導電体であればよいが、好ましくは二次元材料層２とオーミック接合する材料である。第２電極部４を構成する材料は任意の導電体であればよいが、好ましくは半導体層１とオーミック接合する材料である。第１電極部３および第２電極部４を構成する材料は、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される少なくとも１つを含む。第１電極部３と絶縁層５との間には、第１電極部３と絶縁層５との密着性を高める図示しない密着層が形成されていてもよい。第２電極部４と半導体層１との間には、第２電極部４と半導体層１との密着性を高める図示しない密着層が形成されていてもよい。密着層を構成する材料は、例えばクロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）等の金属材料を含む。
二次元材料層２は、開口部６上から絶縁層５上にまで延在している。二次元材料層２は、開口部６においてユニポーラ障壁層７の部分７１と接している。二次元材料層２は、絶縁層５上において第１電極部３と接している。二次元材料層２は、ユニポーラ障壁層７および第１電極部３の各々と電気的に接続されている。好ましくは、二次元材料層２は、ユニポーラ障壁層７とオーミック接合している。二次元材料層２は、半導体層１と接していない。二次元材料層２は、ユニポーラ障壁層７を介して、半導体層１と電気的に接続されている。
二次元材料層２は、例えば、ユニポーラ障壁層７のみを介して半導体層１と電気的に接続されている領域と、ユニポーラ障壁層７および絶縁層５を介して半導体層１と電気的に接続されている領域とを有している。前者の領域は、絶縁層５の周縁部５Ａよりも開口部６の内側に形成されている。後者の領域は、絶縁層５の上記側面の一部上に形成されている。二次元材料層２の後者の領域は、絶縁層５の下面と側面との間を流れるトンネル電流によって、ユニポーラ障壁層７と電気的に接続されている。
二次元材料層２は、例えば単層グラフェンまたは多層グラフェンである。二次元材料層２は、例えばグラフェンナノリボンを含んでもよい。二次元材料層２は、複数の単層グラフェンからなる乱層積層グラフェンを含んでもよい。上述のように、二次元材料層２を構成する材料は、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド、黒リン、シリセン、およびゲルマネンからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。また、二次元材料層２は、上記群から選択される２以上の材料が組み合わされたヘテロ積層構造を有していてもよい。
二次元材料層２は、例えばｐ型またはｎ型の導電型を有する。半導体層１の導電型がｎ型である場合、二次元材料層２の導電型は例えばｐ型である。半導体層１の導電型がｐ型である場合、二次元材料層２の導電型は例えばｎ型である。なお、半導体層１の導電型がｎ型である場合、二次元材料層２の導電型はｎ型であってもよい。半導体層１の導電型がｐ型である場合、二次元材料層２の導電型はｐ型であってもよい。
二次元材料層２上には、図示しない保護膜が形成されていてもよい。このような保護膜を構成する材料は、例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＮｉＯ、およびＢＮからなる群から選択される少なくとも１つを含む。
電磁波検出器１００では、第２電極部４、半導体層１、ユニポーラ障壁層７、および二次元材料層２が順に積層している第１領域と、第２電極部４、半導体層１、ユニポーラ障壁層７、絶縁層５、および二次元材料層２が順に積層している第２領域と、第２電極部４、半導体層１、ユニポーラ障壁層７、絶縁層５、第１電極部３、および二次元材料層２が順に積層している第３領域とを含む。平面視において、第２領域は、例えば第１領域を挟むように配置されている。平面視において、第３領域は、例えば第１領域および第２領域を挟むように配置されている。
＜電磁波検出器１００の製造方法＞
図５は実施の形態１に係る電磁波検出器１００の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図５を参照しながら、図１および図２に示される電磁波検出器１００の製造方法の一例を説明する。電磁波検出器１００の製造方法は、半導体層１を準備する工程（Ｓ１）、ユニポーラ障壁層７を形成する工程（Ｓ２）、絶縁層５を成膜する工程（Ｓ３）、第２電極部４を形成する工程（Ｓ４）、第１電極部３を形成する工程（Ｓ５）、絶縁層５に開口部６を形成する工程（Ｓ６）、および二次元材料層２を形成する工程（Ｓ７）を主に備える。
まず、工程（Ｓ１）では、第１面１Ａおよび第２面１Ｂを有する半導体層１が準備される。半導体層１は、例えば半導体基板として準備される。上述のように、半導体層１を構成する材料は、予め定められた検出波長に感度を有する半導体材料である。
次に、工程（Ｓ２）が実施される。工程（Ｓ２）では、ユニポーラ障壁層７が半導体層１の第１面１Ａ上に形成される。ユニポーラ障壁層７を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えば蒸着法またはスパッタリング法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
次に、工程（Ｓ３）が実施される。工程（Ｓ３）では、絶縁層５がユニポーラ障壁層７上に成膜される。後の工程（Ｓ６）において、絶縁層５の一部が除去されることにより、開口部６が形成される。絶縁層５を成膜する方法は、特に制限されないが、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法または原子層体積法（（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）である。
なお、絶縁層５の一部が除去される工程（Ｓ６）におけるユニポーラ障壁層７の損傷および汚染を抑制するために、本工程（Ｓ３）の直前にユニポーラ障壁層７と絶縁層５との間にバリア膜を形成してもよい。バリア膜を構成する材料は、工程（Ｓ６）で用いられるエッチャントに対し、絶縁層５を構成する材料よりも高い耐性を持つ材料（エッチング速度が遅い材料）であればよく、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、またはグラフェンである。
次に、工程（Ｓ４）が実施される。工程（Ｓ４）では、第２電極部４が半導体層１の第２面１Ｂ上に形成される。第２電極部４を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えば蒸着法またはスパッタリング法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。なお、上述した第２電極部４と半導体層１との密着性を向上させるための密着層が形成される場合、該密着層は、第２電極部４を形成する前に、半導体層１において第２電極部４と接続される領域に形成されればよい。
次に、工程（Ｓ５）が実施される。工程（Ｓ５）では、第１電極部３が絶縁層５上に形成される。第１電極部３を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えば蒸着法またはスパッタリング法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。なお、上述した第１電極部３と絶縁層５との密着性を向上させるための密着層が形成される場合、該密着層は、第１電極部３を形成する前に、上記絶縁層５上において第１電極部３と接続される領域に形成されればよい。
次に、工程（Ｓ６）が実施される。工程（Ｓ６）では、絶縁層５の一部が除去されることにより、開口部６が形成される。開口部６を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えば写真製版処理、およびエッチング処理を含む。まず、絶縁層５上に写真製版または電子線（ＥＢ）描画によりレジストマスクを形成する。レジストマスクは、絶縁層５が形成されるべき領域を覆うとともに、開口部６が形成されるべき領域を露出するように形成されている。その後、レジストマスクをエッチングマスクとして絶縁層５をエッチングする。エッチングの手法は、フッ酸などを用いたウェットエッチングおよび反応性イオンエッチング法などを用いたドライエッチングのいずれかから任意に選択され得る。エッチング後に、レジストマスクが除去される。このようにして、絶縁層５に開口部６が形成される。開口部６内には、ユニポーラ障壁層７の部分７１が露出する。
次に、工程（Ｓ７）が実施される。工程（Ｓ７）では、絶縁層５およびユニポーラ障壁層７の部分７１の各々の少なくとも一部上に、二次元材料層２が形成される。二次元材料層２を形成する方法は、特に制限されないが、エピタキシャル成長法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
以上の工程（Ｓ１）～（Ｓ７）により、図１および図２に示される電磁波検出器１００が製造される。なお、開口部６を形成する工程（Ｓ６）は、第１電極部３を形成する工程（Ｓ５）よりも前に行われてもよい。つまり、電磁波検出器１００の製造方法では、上記工程（Ｓ１）、上記工程（Ｓ２）、上記工程（Ｓ３）、上記工程（Ｓ４）、上記工程（Ｓ６）、上記工程（Ｓ５）、および上記工程（Ｓ７）が、この記載順に実施されてもよい。
また、電磁波検出器１００の製造方法では、写真製版処理に代えて、電子線（ＥＢ）描画処理が行われてもよい。
＜電磁波検出器１００の動作＞
次に、図２～図４を参照して、実施の形態１に係る電磁波検出器１００の動作について説明する。図３は、図２に示される半導体層１の導電型がｎ型でありかつ二次元材料層２の導電型がｐ型であるときの、線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。図４は、図２に示される半導体層１の導電型がｐ型でありかつ二次元材料層２の導電型がｎ型であるときの、線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
第１電極部３および第２電極部４の間に電源回路（図示せず）が電気的に接続される。電源回路は、第１電極部３および第２電極部４の間に電圧Ｖを印加する電源２０と、電源回路を流れる電流Ｉを測定する電流計２１とを含む。
電圧Ｖの正負は、ユニポーラ障壁層７と半導体層１の接合に逆バイアスが印加されるように、半導体層１の導電型（ドーピング型）に応じて選択される。第１電極部３の電位が第２電極部４の電位よりも高くなるように、電源２０によって両者に印加される電圧を正の電圧とする。第１電極部３の電位が第２電極部４の電位よりも低くなるように、電源２０によって両者に印加される電圧を負の電圧とする。
半導体層１の導電型がｎ型であれば、図２および図３に示されるように、第１電極部３と第２電極部４との間に負の電圧が印加される。これにより、電磁波検出器１００は、検出波長の電磁波を検出可能な状態とされる。この場合、ユニポーラ障壁層７は、ｎ型の半導体層１（１ｎ）とｐ型の二次元材料層２（２ｐ）との間の正孔の流れを妨げないが、半導体層１ｎと二次元材料層２ｐとの間の電子の流れを妨げる電子障壁層７ａとなる。
具体的には、図３に示されるように、ユニポーラ障壁層７は、検出波長の電磁波が照射されていない状態（暗状態）では、二次元材料層２において熱励起された電子が熱電子放出によって半導体層１に流入することを妨げる。図３に示されるように、ユニポーラ障壁層７は、検出波長の電磁波が照射されている状態では、半導体層１ｎにおいて生成された電子正孔対（光キャリア）の正孔が二次元材料層２ｐに流入することを妨げない。検出波長の電磁波が照射されている状態では、半導体層１ｎにおいて生成された電子正孔対のうちの正孔が二次元材料層２ｐ側に引き寄せされる。ユニポーラ障壁層７の価電子帯の頂上のエネルギーＥｖは、半導体層１ｎの価電子帯の頂上のエネルギーＥｖよりも高い。そのため、半導体層１ｎにおいて生じた正孔は、ユニポーラ障壁層７に妨げられることなく、二次元材料層２ｐに注入され、光電流として取り出される。光電流は、電流Ｉの変化として検出される。
半導体層１の導電型がｐ型であれば、図４に示されるように、第１電極部３と第２電極部４との間に正の電圧が印加される。これにより、電磁波検出器１００は、検出波長の電磁波を検出可能な状態とされる。この場合、ユニポーラ障壁層７は、ｐ型の半導体層１（１ｐ）とｎ型の二次元材料層２（２ｎ）との間の電子の流れを妨げないが、半導体層１ｐと二次元材料層２ｎとの間の正孔の流れを妨げる正孔障壁層７ｂとなる。
具体的には、図４に示されるように、ユニポーラ障壁層７は、上記暗状態では、二次元材料層２ｎにおいて電子が熱励起されることにより生じた正孔が半導体層１ｐに流入することを妨げる。ユニポーラ障壁層７は、検出波長の電磁波が照射されている状態では、半導体層１ｐにおいて生成された電子正孔対（光キャリア）の電子が二次元材料層２ｎに流入することを妨げない。検出波長の電磁波が照射されている状態では、半導体層１ｐにおいて生成された電子正孔対のうちの電子が二次元材料層２ｎ側に引き寄せされる。ユニポーラ障壁層７の伝導帯の底のエネルギーＥｃは、半導体層１ｐの伝導帯の底のエネルギーＥｃよりも低い。そのため、半導体層１ｐにおいて生じた電子は、ユニポーラ障壁層７に妨げられることなく、二次元材料層２ｎに注入され、光電流として取り出される。光電流は、電流Ｉの変化として検出される。
＜電磁波検出器１００の効果＞
電磁波検出器１００では、二次元材料層２がユニポーラ障壁層７を介して半導体層１と電気的に接続されている。そのため、上述のように、ユニポーラ障壁層７は、半導体層１の導電型によらず、検出波長の電磁波が照射されている状態では、光キャリアが半導体層１から二次元材料層２に流入することを妨げないが、暗状態では、電子または正孔が二次元材料層２から半導体層１に流入することを抑制する。その結果、電磁波検出器１００では、光キャリアの取り出しが妨げられることなく、暗電流が抑制される。
特に、電磁波検出器１００および特許文献１および特許文献２に記載の検出器の各々に同じ電圧を印加したときに、電磁波検出器１００に生じる暗電流量は、特許文献１および特許文献２に記載の検出器に生じる暗電流量と比べて、少なくなる。その結果、電磁波検出器１００では、特許文献１および特許文献２に記載の検出器と比べて、動作温度を高めることができる。また、電磁波検出器１００では、特許文献１および特許文献２に記載の検出器と比べて、第１電極部３と第２電極部４との間に大きな電圧Ｖを印加できる。この場合、電磁波検出器１００および特許文献１および特許文献２に記載の検出器の各々に波長および強度が同等である電磁波を照射したときに、電磁波検出器１００に生じる光電流量は、特許文献１および特許文献２に記載の検出器に生じる光電流量と比べて、多くなる。
なお、第１電極部３と第２電極部４との間に電圧Ｖが印加されて、電磁波検出器１００が検出波長の電磁波を検出可能な状態にあるとき、開口部６のエッジ部（絶縁層５の周縁部５Ａ）に電界が集中する。これは、二次元材料層２においてユニポーラ障壁層７と接している領域（半導体層１と電気的に接続されている領域）のうち第１電極部３に最も近い部分が開口部６のエッジ部に配置されているためである。電界が集中する開口部６のエッジ部では、熱励起により生じたキャリアが半導体層１に流入しやくなる。電磁波検出器１００では、ユニポーラ障壁層７がエッジ部を含む開口部６の全体に配置されているため、電磁波検出器１００に生じる暗電流量は、ユニポーラ障壁層７が開口部６においてエッジ部よりも内側にのみ配置された検出器に生じる暗電流量と比べて、少なくなる。
また、特許文献１および特許文献２に記載の検出器では、二次元材料層と半導体層とが直に接している。このような構造では、二次元材料層と半導体層との界面に自然酸化膜が形成される場合があった。自然酸化膜は時間経過や外部環境によって膜厚が増加することがある。そのため、電磁波検出器の特性が不安定となったり、二次元材料層が半導体層と電気的に絶縁してしまい電磁波検出器が動作しなくなったりすることがあった。これに対し、電磁波検出器１００では、二次元材料層２と半導体層１とが直に接しておらず、両者の間にユニポーラ障壁層７が配置されている。上述のように、ユニポーラ障壁層７は、比較的安定性が高い酸化物半導体材料により構成され得る。例えば、ユニポーラ障壁層７は、電子障壁層として構成される場合、安定性が高いＮｉＯにより構成され得る。この場合、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との界面およびユニポーラ障壁層７と半導体層１との界面には、自然酸化膜は形成されにくいため、電磁波検出器１００の信頼性は、特許文献１および特許文献２に記載の検出器と比べて、高められる。
＜変形例＞
電磁波検出器１００の半導体層１および二次元材料層２の各導電型の組み合わせは、図３または図４に示される組み合わせに限られない。図３および図４では二次元材料層２の導電型は半導体層１の導電型と異なるが、電磁波検出器１００の二次元材料層２の導電型は半導体層１の導電型と同じであってもよい。
図６は、図２に示される半導体層１および二次元材料層２の各々の導電型がｐ型であるときの、線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。図７は、図２に示される半導体層１および二次元材料層２の各々の導電型がｎ型であるときの、線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
図６に示されるように、半導体層１および二次元材料層２の各々の導電型がｐ型である場合、半導体層１ｐ、ユニポーラ障壁層７、および二次元材料層２ｐのバンド構造は、ｐｎｐ型のダイオード構造となる。
特許文献２に記載の検出器においてもｐｎｐ型のダイオード構造が形成され得るが、この場合にはｐ型の二次元材料層とｎ型の第１半導体部分との接合界面には、比較的大きな障壁が形成される。具体的には、当該接合界面近傍のｎ型の第１半導体部分の伝導帯の底のエネルギーは、ｐ型の第２半導体部分の伝導帯の底のエネルギーと同程度に高くなる。そのため、上記障壁により、第１半導体部分と第２半導体部分とのｐｎ接合界面で生じた電子の取り出しが妨げられる。一方で、電子の取り出し効率を高めるために、ｐ型の二次元材料層とｎ型の第１半導体部分とのｐｎ接合に印加される負の電圧を増加させると、熱励起により生じた正孔がｐ型の二次元材料層からｎ型の半導体層に流入しやすくなり、暗電流が増加する。
これに対し、電磁波検出器１００では、図６に示されるｐｎｐ型のダイオード構造が実現されても、二次元材料層２ｐとユニポーラ障壁層７との界面近傍のユニポーラ障壁層７の伝導帯の底のエネルギーＥｃは、半導体層１ｐの伝導帯の底のエネルギーＥｃよりも十分に低い。そのため、ユニポーラ障壁層７は、半導体層１ｐに生じた電子が二次元材料層２ｐに流入することを妨げない。一方で、ユニポーラ障壁層７は、二次元材料層２ｐにて熱励起により生じた正孔が半導体層１ｐに流入することを妨げる。つまり、ユニポーラ障壁層７は、正孔障壁層として作用し得る。
図７に示されるように、半導体層１および二次元材料層２の各々の導電型がｎ型である場合、半導体層１ｎ、ユニポーラ障壁層７、および二次元材料層２ｎのバンド構造は、ｎｐｎ型のダイオード構造となる。
上述のように、特許文献２に記載の検出器においても図２１に示されるようなｎｐｎ型のダイオード構造が形成され得るが、この場合、ｎ型の二次元材料層とｐ型の第１半導体部分との接合界面には、比較的大きな障壁が形成される。具体的には、当該接合界面近傍のｐ型の第１半導体部分の価電子帯の頂上のエネルギーは、ｎ型の第２半導体部分の価電子帯の頂上のエネルギーと同程度に低くなる。そのため、上記障壁により、第１半導体部分と第２半導体部分とのｐｎ接合界面で生じた正孔の取り出しが妨げられる。一方で、正孔の取り出し効率を高めるために、ｎ型の二次元材料層とｐ型の第１半導体部分とのｐｎ接合に印加される負の電圧を増加させると、ｎ型の二次元材料層にて熱励起された電子がｐ型の半導体層に流入しやすくなり、暗電流が増加する。
これに対し、電磁波検出器１００では、図７に示されるｎｐｎ型のダイオード構造が実現されても、二次元材料層２ｎとユニポーラ障壁層７との界面近傍のユニポーラ障壁層７の価電子帯の頂上のエネルギーＥｖは、半導体層１ｎの価電子帯の頂上のエネルギーＥｖよりも十分に高い。そのため、ユニポーラ障壁層７は、半導体層１ｎに生じた正孔が二次元材料層２ｎに流入することを妨げない。一方で、ユニポーラ障壁層７は、二次元材料層２ｎにて熱励起された電子が半導体層１ｎに流入することを妨げる。つまり、ユニポーラ障壁層７は、電子障壁層として作用し得る。
このように、電磁波検出器１００では、半導体層１および二次元材料層２の各導電型の組み合わせによらず、ユニポーラ障壁層７が電子障壁層または正孔障壁層として作用するため、暗電流を抑制しながらも、光キャリアを効率的に取り出すことができる。
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る電磁波検出器１０１を示す断面図である。図８に示されるように、電磁波検出器１０１は、実施の形態１に係る電磁波検出器１００と基本的に同様の構成を備え同様の効果を奏するが、トンネル層８をさらに備える点で、電磁波検出器１００とは異なる。以下では、電磁波検出器１００とは異なる点を主に説明する。
＜電磁波検出器１０１の構成＞
トンネル層８は、開口部６の内部に配置されている。トンネル層８は、上下方向において二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との間に配置されている。トンネル層８は、二次元材料層２およびユニポーラ障壁層７の各々と接している。トンネル層８は、半導体層１とは接していない。
トンネル層８は、電磁波検出器１０１の動作時において、トンネル電流が生じ得るように設けられている。トンネル層８を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、例えばＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の金属酸化物、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の半導体の酸化物または窒化物、およびＢＮから成る群から選択される少なくとも１つを含む。トンネル層８の厚みは、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
電磁波検出器１０１において、絶縁層５の周縁部５Ａは、例えば開口部６に面する絶縁層５の側面においてトンネル層８と接している部分である。二次元材料層２の接続部２Ａは、絶縁層５の周縁部５Ａに接している。トンネル層８は、二次元材料層２の接続部２Ａとユニポーラ障壁層７との間に配置されている。
二次元材料層２は、トンネル層８を流れるトンネル電流によって、ユニポーラ障壁層７と電気的に接続されている。
電磁波検出器１０１の製造方法は、開口部６を形成する工程（Ｓ６）の後、二次元材料層２を形成する工程（Ｓ７）の前に、トンネル層８を形成する工程をさらに備える点で、電磁波検出器１００の製造方法とは異なる。トンネル層８を形成する工程において、トンネル層８を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えばＡＬＤ法、真空蒸着法、またはスパッタリング法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
＜電磁波検出器１０１の効果＞
図９は、図８に示される半導体層１の導電型がｎ型でありかつ二次元材料層２の導電型がｐ型であるときの、線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。図１０は、図８に示される半導体層１の導電型がｎ型でありかつ二次元材料層２の導電型がｎ型であるときの、線分Ａ－Ｂにおけるバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
いずれの場合も、仮に二次元材料層２において熱励起された電子がトンネル層８を通過したとしても、ユニポーラ障壁層７は、当該熱電子が半導体層１ｎに流入することを妨げる。一方、ユニポーラ障壁層７は、検出波長の電磁波が半導体層１ｎに入射したときに半導体層１ｎにて生じた正孔が半導体層１ｎからトンネル層８に流入することを妨げない。これにより、半導体層１ｎにて生じた正孔は、トンネル層８を通過して二次元材料層２に流入する。
電磁波検出器１０１では、電磁波検出器１００と同様に、半導体層１の導電型がｐ型でありかつ二次元材料層２の導電型がｎ型またはｐ型であってもよい。仮に二次元材料層２において熱励起により生じた正孔がトンネル層８を通過したとしても、ユニポーラ障壁層７は、当該正孔が半導体層１ｐに流入することを妨げる。一方、ユニポーラ障壁層７は、検出波長の電磁波が半導体層１ｐに入射したときに半導体層１ｐにて生じた電子が半導体層１ｐからトンネル層８に流入することを妨げない。これにより、半導体層１ｐにて生じた電子は、トンネル層８を通過して二次元材料層２に流入する。
つまり、電磁波検出器１０１のユニポーラ障壁層７は、電磁波検出器１００のユニポーラ障壁層７と同様に作用し得る。
また、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との間にトンネル層８が配置されていない電磁波検出器１００では、検出波長の電磁波が半導体層１に入射したときに半導体層１ｎから二次元材料層２に流入する光キャリアは、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との界面を通過するため、当該界面に存在する欠陥または異物などにより、散乱または電子もしくは正孔と再結合するおそれがある。この場合、光キャリアのライフタイムおよび移動度の少なくともいずれかが低下し、光キャリアの取り出し効率が低下するおそれがある。
これに対し、電磁波検出器１０１では、光キャリアが二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との間をトンネル電流として流れるため、光キャリアは二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との界面での散乱または再結合の影響を受けない。具体的には、二次元材料層２とトンネル層８との界面、トンネル層８の内部、およびユニポーラ障壁層７とトンネル層８との界面に存在する欠陥または異物の密度は、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との界面に存在する欠陥または異物の密度よりも、低く抑えられ得る。そのため、電磁波検出器１０１では、電磁波検出器１００と比べて、光キャリアのライフタイムおよび移動度が低下しにくく、光キャリアの取り出し効率が低下しにくい。その結果、電磁波検出器１０１に生じる光電流量は、電磁波検出器１００に生じる光電流量と比べて、多くなる。
より具体的には、一般的に、ユニポーラ障壁層７の膜質は、トンネル層８（絶縁膜）の膜質ほど高くない。そのため、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７とが直接接触している場合、両者の界面には比較的多くの欠陥準位（界面準位）が形成される。この場合、欠陥準位を介して二次元材料層２からユニポーラ障壁層７へ注入される電子の量（暗電流）が比較的多くなる。この電子が光キャリア（正孔）と再結合すると、光の取り出し効率が低下する。一方、二次元材料層２とトンネル層８との界面に形成される欠陥準位の数は、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との界面に形成される欠陥準位の数よりも少なくされ得る。そため、二次元材料層２とトンネル層８とが直接接触している電磁波検出器１０１では、二次元材料層２とユニポーラ障壁層７とが直接接触している電磁波検出器１００と比べて、暗電流が低減し、光キャリアの取り出し効率の低下が抑制されている。
実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る電磁波検出器１０２を示す平面図である。図１２は、実施の形態３に係る電磁波検出器１０２を示す断面図である。図１１および図１２に示されるように、電磁波検出器１０２は、実施の形態１に係る電磁波検出器１００と基本的に同様の構成を備え同様の効果を奏するが、ユニポーラ障壁層７が平面視において開口部６の内部に環状に配置されている環状部分７３を有し、かつ二次元材料層２が平面視において環状部分７３よりも内側に位置する半導体層の一部と接している点で、電磁波検出器１００とは異なる。異なる観点から言えば、電磁波検出器１０２では、ユニポーラ障壁層７が開口部６のエッジ部にのみ配置されている点で、電磁波検出器１００とは異なる。以下では、電磁波検出器１００とは異なる点を主に説明する。
＜電磁波検出器１０２の構成＞
電磁波検出器１０２において、絶縁層５の周縁部５Ａは、例えば開口部６に面している絶縁層５の側面の上方端部である。二次元材料層２の接続部２Ａは、絶縁層５の周縁部５Ａと接している。絶縁層５の側面は、例えば第１面１Ａに対して直交している。
ユニポーラ障壁層７の環状部分７３は、第１面１Ａ上に配置されている。環状部分７３は、絶縁層５の周縁部５Ａに沿って配置されている。環状部分７３は、半導体層１および二次元材料層２の各々に接している。
環状部分７３の外周面７Ａは、絶縁層５の側面と接している。環状部分７３の外周面７Ａの上方端部は、絶縁層５の周縁部５Ａおよび二次元材料層２の各々と接している。環状部分７３の外周面７Ａの下方端部は、絶縁層５の側面の下方端部および半導体層１の各々と接している。環状部分７３の内周面７Ｂは、二次元材料層２と接している。環状部分７３の外周面７Ａおよび内周面７Ｂの各下方端部を含む下面は、半導体層１と接している。環状部分７３の外周面７Ａおよび内周面７Ｂの各上方端部を含む上面は、二次元材料層２と接している。
環状部分７３の外周面７Ａは、例えば第１面１Ａに対して直交している面により構成されている。内周面７Ｂは、例えば環状部分７３の下面に対して鋭角をなすように傾斜している傾斜面により構成されている。
二次元材料層２において、環状部分７３の内周面７Ｂよりも内側に配置されている部分は、半導体層１と接している。
電磁波検出器１０２の製造方法は、ユニポーラ障壁層７を形成する工程（Ｓ２）においてユニポーラ障壁層７が環状部分７３を有するように形成される点で、電磁波検出器１００の製造方法とは異なる。
＜電磁波検出器１０２の効果＞
上述した電磁波検出器１００と同様に、電磁波検出器１０２が検出波長の電磁波を検出可能な状態にあるとき、開口部６のエッジ部（絶縁層５の周縁部５Ａ）に電界が集中する。電磁波検出器１０２においても、電磁波検出器１００と同様に、開口部６のエッジ部において二次元材料層２と半導体層１との間にユニポーラ障壁層７が配置されているため、電磁波検出器１０２に生じる暗電流量は、ユニポーラ障壁層７が開口部６においてエッジ部よりも内側にのみ配置された検出器に生じる暗電流量と比べて、少なくなる。
また、半導体層１の導電型がｎ型の場合、検出波長の電磁波が照射されることにより絶縁層５の直下で生成された正孔（光キャリア）は、電界が集中している開口部６のエッジ部に流れ込む。ユニポーラ障壁層７が開口部６のエッジ部を流れる暗電流を抑制しているため、開口部６のエッジ部を流れる正孔は電子と再結合しにくい。そのため、電磁波検出器１０２の光キャリアの取り出し効率は、ユニポーラ障壁層７が開口部６においてエッジ部よりも内側にのみ配置された検出器の光キャリアの取り出し効率と比べて、高められている。
また、電磁波検出器１０２では、ユニポーラ障壁層７が開口部６のエッジ部にのみ配置されており、開口部６のエッジ部以外の部分では二次元材料層２がユニポーラ障壁層７を介さずに半導体層１と直に接している。そのため、電磁波検出器１０２では、ユニポーラ障壁層７が上記電源回路に直列に接続された抵抗成分となって光電流量が低下するおそれがない。
実施の形態４．
図１３は、実施の形態４に係る電磁波検出器１０３を示す断面図である。図１３に示されるように、電磁波検出器１０３は、実施の形態３に係る電磁波検出器１０２と基本的に同様の構成を備え同様の効果を奏するが、ユニポーラ障壁層７が半導体層１に埋め込まれている点で、電磁波検出器１０２とは異なる。以下では、電磁波検出器１０２とは異なる点を主に説明する。
＜電磁波検出器１０３の構成＞
半導体層１には、第１面１Ａに対して凹んでいる凹部１Ｃが形成されている。凹部１Ｃは、平面視において絶縁層５の周縁部５Ａと重なるように環状に形成されている。
ユニポーラ障壁層７の環状部分７３は、凹部１Ｃの内部に配置されている。環状部分７３は、平面視において絶縁層５の周縁部５Ａと重なるように環状に配置されている。環状部分７３の上面は、絶縁層５の周縁部５Ａと接している。環状部分７３の上面は、半導体層１の第１面１Ａと同一の平面を為すように形成されている。
電磁波検出器１０３において、絶縁層５の周縁部５Ａは、例えば開口部６に面する絶縁層５の側面の下方端部である。二次元材料層２の接続部２Ａは、絶縁層５の周縁部５Ａに接している。
二次元材料層２において、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３と接している部分と、半導体層１と接している部分とが、第１面１Ａに沿った方向に並んで配置されている。言い換えると、二次元材料層２は、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３と接している部分と半導体層１と接している部分との間に、段差部分を有していない。
電磁波検出器１０３の製造方法は、半導体層１を準備する工程（Ｓ１）において凹部１Ｃが形成されている半導体層１が準備され、ユニポーラ障壁層７を形成する工程（Ｓ２）においてユニポーラ障壁層７が凹部１Ｃ内に形成される点で、電磁波検出器１００の製造方法とは異なる。工程（Ｓ１）において、凹部１Ｃを形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えば写真製版処理、およびエッチング処理を含む。工程（Ｓ２）では、例えばユニポーラ障壁層７の厚みが凹部１Ｃの深さと等しくなるように、ユニポーラ障壁層７が成膜される。なお、工程（Ｓ２）では、ユニポーラ障壁層７の厚みが凹部１Ｃの深さよりも厚くなるようにユニポーラ障壁層７が成膜された後、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）などによって第１面１Ａ上に形成されたユニポーラ障壁層７を除去してもよい。
＜電磁波検出器１０３の効果＞
電磁波検出器１０２では、二次元材料層２において、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３と接している部分と半導体層１と接している部分とがステップ状に配置されている。言い換えると、電磁波検出器１０２の二次元材料層２は、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３と接している部分と半導体層１と接している部分との間に、段差部分を有する。そのため、電磁波検出器１０２では、段差部分に起因して二次元材料層２での光キャリアの移動度が低下するおそれがある。これに対し、電磁波検出器１０３の二次元材料層２は、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３と接している部分と半導体層１と接している部分との間に段差部分を有していない。そのため、電磁波検出器１０３では、上記段差部分に起因した光キャリアの移動度の低下は生じない。
実施の形態５．
図１４は、実施の形態５に係る電磁波検出器１０４を示す断面図である。図１４に示されるように、電磁波検出器１０４は、実施の形態３に係る電磁波検出器１０２と基本的に同様の構成を備え同様の効果を奏するが、半導体層１が第１導電型を有する第１半導体領域１Ｄと第２導電型を有する第２半導体領域１Ｅとを含む点で、電磁波検出器１０２とは異なる。以下では、電磁波検出器１０２とは異なる点を主に説明する。
＜電磁波検出器１０４の構成＞
第１半導体領域１Ｄの導電型はｎ型である場合、第２半導体領域１Ｅの導電型はｐ型である。第１半導体領域１Ｄの導電型はｐ型である場合、第２半導体領域１Ｅの導電型はｎ型である。第１半導体領域１Ｄは、第２半導体領域１Ｅとｐｎ接合している。第１半導体領域１Ｄと第２半導体領域１Ｅとのｐｎ接合界面は、二次元材料層２の直下に形成されている。第１半導体領域１Ｄと第２半導体領域１Ｅとのｐｎ接合界面は、例えば二次元材料層２と接している。
第１半導体領域１Ｄおよび第２半導体領域１Ｅの各々は、第１面１Ａに表出している。第１半導体領域１Ｄは、第２電極部４、絶縁層５、およびユニポーラ障壁層７の各々と接している。第２半導体領域１Ｅは、二次元材料層２と接している。第２半導体領域１Ｅは、例えばユニポーラ障壁層７と接していない。
平面視において、第２半導体領域１Ｅは、絶縁層５の周縁部５Ａよりも開口部６の内側に形成されている。平面視において、第２半導体領域１Ｅは、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３の内周面７Ｂよりも内側に形成されている。
好ましくは、第１半導体領域１Ｄおよび第２半導体領域１Ｅの各々の不純物濃度は、ｐｎ接合の空乏層幅が比較的広くなるように、設定される。
電磁波検出器１０３の製造方法は、例えば半導体層１を準備する工程（Ｓ１）において第１半導体領域１Ｄおよび第２半導体領域１Ｅが形成されている半導体層１が準備される点で、電磁波検出器１００の製造方法とは異なる。なお、電磁波検出器１０３の製造方法では、ユニポーラ障壁層７および絶縁層５を形成した後に、第１半導体領域１Ｄおよび第２半導体領域１Ｅが形成されてもよい。第１半導体領域１Ｄおよび第２半導体領域１Ｅが形成を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えば第２半導体領域１Ｅが形成されているべき領域が開口した不純物注入用のマスクを形成する工程、該マスクを用いた不純物注入工程、および該マスクを除去する工程とを含む。不純物注入用のマスクを形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えばマスク材の成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
電磁波検出器１０３においても、電圧Ｖの正負は、ユニポーラ障壁層７と半導体層１との接合に逆バイアスが印加されるように、ユニポーラ障壁層７と接している第１半導体領域１Ｄの導電型に応じて選択される。
第１半導体領域１Ｄの導電型がｎ型であれば、図１４に示されるように、第１電極部３と第２電極部４との間に負の電圧が印加される。第１半導体領域１Ｄの導電型がｐ型であれば、第１電極部３と第２電極部４との間に正の電圧が印加される。
＜電磁波検出器１０４の効果＞
電磁波検出器１０４では、二次元材料層２と第１半導体領域１Ｄとの間に第１半導体領域１Ｄと第２半導体領域１Ｅとのｐｎ接合が形成されているため、電磁波検出器１０２と比べて、暗電流が抑制される。
また、電磁波検出器１０４では、第１半導体領域１Ｄと第２半導体領域１Ｅとのｐｎ接合の内蔵電位差が生じるため、当該内蔵電位差が生じない電磁波検出器１０２と比べて光キャリアをより効率的に取り出すことができる。
＜変形例＞
図１５は、電磁波検出器１０４の変形例である電磁波検出器１０５を示す断面図である。図１５に示されるように、電磁波検出器１０５は、半導体層１が第１導電型を有する第１半導体領域１Ｄと第２導電型を有する第２半導体領域１Ｅとを含む点を除き、実施の形態４に係る電磁波検出器１０３と同様の構成を備えている。このような電磁波検出器１０５では、電磁波検出器１０３および電磁波検出器１０４と同様の効果が奏される。
実施の形態６．
図１６は、実施の形態６に係る電磁波検出器１０６を示す断面図である。図１６に示されるように、電磁波検出器１０６は、実施の形態３に係る電磁波検出器１０２と基本的に同様の構成を備え同様の効果を奏するが、トンネル層９を備える点で、電磁波検出器１０２とは異なる。以下では、電磁波検出器１０２とは異なる点を主に説明する。
＜電磁波検出器１０６の構成＞
トンネル層９は、上下方向において半導体層１と二次元材料層２との間に配置されている第１部分９Ａと、上下方向においてユニポーラ障壁層７と二次元材料層２との間に配置されている第２部分９Ｂとを有する。第１部分９Ａは、半導体層１および二次元材料層２の各々と接している。第２部分９Ｂは、二次元材料層２およびユニポーラ障壁層７の各々と接している。
トンネル層９は、電磁波検出器１０６の動作時において、トンネル電流が生じ得るように設けられている。トンネル層９を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、例えば電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、例えばＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の金属酸化物、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の半導体の酸化物または窒化物、およびＢＮから成る群から選択される少なくとも１つを含む。トンネル層９の厚みは、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
二次元材料層２は、トンネル層９を流れるトンネル電流によって、半導体層１およびユニポーラ障壁層７の各々と電気的に接続されている。
電磁波検出器１０６の製造方法は、開口部６を形成する工程（Ｓ６）の後、二次元材料層２を形成する工程（Ｓ７）の前に、トンネル層９を形成する工程をさらに備える点で、電磁波検出器１０２の製造方法とは異なる。トンネル層９を形成する工程において、トンネル層９を形成する方法は、特に制限されるものではないが、例えばＡＬＤ法、真空蒸着法、またはスパッタリング法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
＜電磁波検出器１０６の効果＞
二次元材料層２と半導体層１との間にトンネル層８が配置されていない電磁波検出器１０２では、検出波長の電磁波が半導体層１に入射したときに半導体層１から二次元材料層２に流入する光キャリアは、二次元材料層２と半導体層１との界面に存在する欠陥または異物などにより、散乱または電子もしくは正孔と再結合するおそれがある。この場合、光キャリアのライフタイムおよび移動度の少なくともいずれかが低下し、光キャリアの取り出し効率が低下するおそれがある。
これに対し、電磁波検出器１０６では、光キャリアが二次元材料層２と半導体層１との間、または二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との間をトンネル電流として流れるため、光キャリアは二次元材料層２と半導体層１との界面および二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との界面での散乱または再結合の影響を受けない。そのため、電磁波検出器１０６では、電磁波検出器１０２と比べて、光キャリアのライフタイムおよび移動度が低下しにくく、光キャリアの取り出し効率が低下しにくい。その結果、電磁波検出器１０６に生じる光電流量は、電磁波検出器１０２に生じる光電流量と比べて、多くなる。
＜変形例＞
図１７は、電磁波検出器１０６の変形例である電磁波検出器１０７を示す断面図である。図１７に示されるように、電磁波検出器１０７は、トンネル層９を備える点を除き、実施の形態４に係る電磁波検出器１０３と同様の構成を備えている。このような電磁波検出器１０７では、電磁波検出器１０３および電磁波検出器１０６と同様の効果が奏される。
また、実施の形態６に係る電磁波検出器は、トンネル層９を備える点を除き、実施の形態５に係る電磁波検出器１０４，１０５と同様の構成を備えていてもよい。この場合、トンネル層９の第１部分９Ａは、上下方向において半導体層１の第２半導体領域１Ｅと二次元材料層２との間に配置されている。第１部分９Ａは、第２半導体領域１Ｅおよび二次元材料層２の各々と接している。このような電磁波検出器では、電磁波検出器１０４，１０５および電磁波検出器１０６と同様の効果が奏される。
実施の形態７．
図１８は、実施の形態７に係る電磁波検出器１０８を示す断面図である。図１８に示されるように、電磁波検出器１０８は、実施の形態６に係る電磁波検出器１０６と基本的に同様の構成を備え同様の効果を奏するが、トンネル層９がユニポーラ障壁層７上に配置されておらず、かつバッファ層１０をさらに備える点で、電磁波検出器１０６とは異なる。以下では、電磁波検出器１０６とは異なる点を主に説明する。
トンネル層９は、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３上に配置されておらず、環状部分７３の内側にのみ配置されている。トンネル層９の厚みは、ユニポーラ障壁層７の厚みと同等またはそれよりも薄い。
バッファ層１０は、上下方向において二次元材料層２とユニポーラ障壁層７の環状部分７３との間に配置されている。バッファ層１０は、例えば平面視において環状部分７３と重なるように環状に配置されている。ユニポーラ障壁層７とバッファ層１０との積層体の全体の厚みは、トンネル層９の厚みよりも厚い。バッファ層１０を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよく、例えばＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の金属酸化物、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4等の半導体の酸化物または窒化物、およびＢＮから成る群から選択される少なくとも１つを含む。バッファ層１０を構成する材料は、トンネル層９を構成する材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
これにより、開口部６の内部には、トンネル層９と、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３およびバッファ層１０の積層体とによって、段差部が形成される。ユニポーラ障壁層７の環状部分７３は、当該段差部において表出している。
二次元材料層２は、トンネル層９とユニポーラ障壁層７およびバッファ層１０の積層体により構成される段差部の壁面に沿わずに、該壁面から間隔を空けて配置されている。
環状部分７３の上面は、バッファ層１０の下面と接している。環状部分７３の内周面は、トンネル層８の外周面と接している下方領域と、第１面１Ａに沿って方向において二次元材料層２と間隔を空けて配置されている上方領域とを有する。
トンネル層９の上面は、二次元材料層２と接している内周領域と、上下方向において二次元材料層２と間隔を空けて配置されている外周領域とを有する。トンネル層９の外周面は、環状部分７３の内周面７Ｂに接している。
バッファ層１０は、二次元材料層２に接している上面と、環状部分７３と接している下面と、絶縁層５の側面に接している外周面と、第１面１Ａに沿った方向において二次元材料層２と間隔を空けて配置されている内周面とを有する。
これにより、電磁波検出器１０８では、トンネル層９の上面の外周領域、ユニポーラ障壁層７の内周面の上方領域、バッファ層１０の内周面、および二次元材料層２の下面に囲まれた空隙１１が形成される。空隙１１の内部は、例えば空気または窒素（Ｎ2）ガスで満たされている。空隙１１の内部は、真空であってもよい。
ユニポーラ障壁層７の環状部分７３は、二次元材料層２と直に接していない。二次元材料層２は、空隙１１を介して、ユニポーラ障壁層７の環状部分７３と電気的に接続されている。ユニポーラ障壁層７のうち、環状部分７３の側面の上方端部が、二次元材料層２に最も近い。二次元材料層２とユニポーラ障壁層７との間の最短距離は、環状部分７３の上記上方端部と二次元材料層２との間の距離である。
二次元材料層２と環状部分７３との間の最短距離は、光キャリアの平均自由工程よりも短く、光キャリアが空隙１１を挟んで対向する二次元材料層２と環状部分７３との間を伝導（バリスティック伝導）するように、設定される。二次元材料層２と環状部分７３との間の最短距離は、例えば１０ｎｍ以下である。
電磁波検出器１０８の製造方法は、ユニポーラ障壁層７を形成する工程（Ｓ２）において、ユニポーラ障壁層７およびバッファ層１０を形成する点で、電磁波検出器１０２の製造方法とは異なる。
工程（Ｓ２）では、例えば、ユニポーラ障壁層７およびバッファ層１０が成膜された後、ユニポーラ障壁層７およびバッファ層１０が同一のマスクを用いてエッチングされることにより、ユニポーラ障壁層７およびバッファ層１０が同時に形成される。工程（Ｓ２）において、ユニポーラ障壁層７およびバッファ層１０を成膜する方法は、特に制限されるものではないが、例えばＡＬＤ法、真空蒸着法、またはスパッタリング法による成膜処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
＜電磁波検出器１０８の効果＞
電磁波検出器１０８では、二次元材料層２がユニポーラ障壁層７および空隙１１を介して半導体層１と電気的に接続されている。ユニポーラ障壁層７の上記上方端部と二次元材料層２との間を隔てる空隙１１には、電界が集中する。この電界集中により、ユニポーラ障壁層７の上記上方端部と二次元材料層２との間でバリスティック伝導が生じる。検出波長の電磁波が照射されている状態では、半導体層１で生じた光キャリアは、ユニポーラ障壁層７に蓄積され、さらにユニポーラ障壁層７から二次元材料層２にバリスティック伝導する。一方で、暗状態では、熱励起により生じたキャリアが空隙１１をバリスティック伝導してユニポーラ障壁層７に達しても、ユニポーラ障壁層７は、当該キャリアが二次元材料層２から半導体層１に流入することを抑制する。
例えば、検出波長の電磁波がｐ型の半導体層１に照射されると、絶縁層５の直下に生じた電子は正孔障壁層として構成されたユニポーラ障壁層７に蓄積され、さらにユニポーラ障壁層７から二次元材料層２にバリスティック伝導する。一方で、暗状態では、熱励起により生じた正孔が空隙１１をバリスティック伝導してユニポーラ障壁層７に達しても、ユニポーラ障壁層７は、当該正孔が二次元材料層２から半導体層１に流入することを抑制する。
つまり、電磁波検出器１０８のユニポーラ障壁層７は、電磁波検出器１００のユニポーラ障壁層７と同様に作用する。
さらに、電磁波検出器１０８では、ユニポーラ障壁層７と二次元材料層２とが接していないため、光キャリアは両者の界面で散乱されることなく、二次元材料層２に流入し得る。そのため、電磁波検出器１０８の光キャリアの取り出し効率は、電磁波検出器１００の光キャリアの取り出し効率と比べて、高くなる。
実施の形態８．
図１９は実施の形態８に係る電磁波検出器アレイ２００を示す図である。図１９に示されるように、電磁波検出器アレイ２００は複数の検出素子を備える。各検出素子は互いに同じ構成を備えており、実施の形態１～７に係る電磁波検出器のいずれかにより構成されている。例えば、電磁波検出器アレイ２００は実施の形態１に係る複数の電磁波検出器１００Ａを備えている。
電磁波検出器アレイ２００では、複数の電磁波検出器１００Ａの各々の検出波長は等しい。図１９に示されるように、電磁波検出器アレイ２００では、複数の電磁波検出器１００Ａが二次元方向にアレイ状に配置されている。言い換えると、複数の電磁波検出器１００Ａは、第１方向および第１方向と交差する第２方向に並んで配置されている。図１９に示される電磁波検出器アレイ２００では、４つの電磁波検出器１００Ａが、２×２のアレイ状に配置されている。ただし、配置される電磁波検出器１００Ａの数はこれに限定されない。たとえば、複数の電磁波検出器１００Ａを３以上×３以上のアレイ状に配置してもよい。
なお、図１９に示される電磁波検出器アレイ２００では、複数の電磁波検出器１００Ａが二次元に周期的に配列されているが、複数の電磁波検出器１００Ａは１つの方向に沿って周期的に配列されていてもよい。また、複数の電磁波検出器１００Ａの各々の間隔は等間隔であってもよいし、異なる間隔であってもよい。
また、複数の電磁波検出器１００Ａをアレイ状に配置する際は、それぞれの電磁波検出器１００Ａが分離出来てさえいれば、第２電極部４は共通電極としてもよい。第２電極部４を共通電極とすることで、各電磁波検出器１００Ａにおいて第２電極部４が独立している構成よりも、画素の配線を少なくすることが出来る。この結果、電磁波検出器アレイを高解像度化することが可能となる。
このように複数の電磁波検出器１００Ａを備える電磁波検出器アレイ２００は、アレイ状に複数の電磁波検出器１００Ａを配列することで画像センサ、ライセンサ、または物体の位置を判別する位置センサとしても使用できる。
＜変形例＞
電磁波検出器アレイ２００は、実施の形態１～７のうちのいずれか一つの実施形態に係る電磁波検出器を複数備えていてもよいし、実施の形態１～７のうちの２以上の実施形態に係る電磁波検出器を複数備えていてもよい。
図２０に示される電磁波検出器アレイ２０１は、図１９に示される電磁波検出器アレイ２００と基本的に同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、複数の電磁波検出器として種類の異なる電磁波検出器を備えている点で、図１９に示される電磁波検出器アレイと異なる。すなわち、図２０に示される電磁波検出器アレイ２０１では、互いに異なる種類の電磁波検出器がアレイ状（マトリックス状）に配置されている。
図２０に示される電磁波検出器アレイ２０１では、実施の形態１～７のいずれかに係る、種類の異なる電磁波検出器を、一次元又は二次元のアレイ状に配置することで、画像センサ、ライセンサ、または物体の位置を判別する位置センサとしても使用できる。
また、電磁波検出器アレイ２０１に含まれる各電磁波検出器は、例えば互いに検出波長が異なる電磁波検出器であってもよい。具体的には、各電磁波検出器は実施の形態１～７のいずれかに係る電磁波検出器であって、互いに異なる検出波長選択性を有する電磁波検出器として準備されていてもよい。この場合、電磁波検出器アレイは、少なくとも２つ以上の異なる波長の電磁波を検出することができる。
このように異なる検出波長を有する複数の電磁波検出器をアレイ状に配置することにより、可視光域で用いるイメージセンサと同様に、たとえば紫外光、赤外光、テラヘルツ波、電波の波長域などの任意の波長域において、電磁波の波長を識別できる。この結果、たとえば波長の相違を色の相違として示した、カラー化した画像を得ることができる。
また、電磁波検出器アレイ２００は、電磁波検出器１００Ａからの信号を読み出すように構成された図示しない読み出し回路を含んでいてもよい。電磁波検出器１００Ａは、読み出し回路の上に配置されてもよい。読み出し回路の読み出し形式は、可視イメージセンサの一般的な読み出し回路を使用可能であり、例えば、ＣＴＩＡ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）型である。読み出し回路は、他の読み出し形式であってもよい。
また、電磁波検出器アレイ２００は、電磁波検出器１００Ａと読み出し回路とを電気的に接続するバンプを含んでいてもよい。電磁波検出器１００Ａと読み出し回路がバンプによって接続される構造は、ハイブリッド接合と呼ばれる。ハイブリッド接合は、量子型赤外線センサにおいては一般的な構造である。バンプの材料は例えば、Ｉｎ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕなどの低融点金属が用いられる。
上述した各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。さらに、上記実施の形態は実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
１，１ｎ，１ｐ 半導体層、１Ａ 第１面、１Ｂ 第２面、１Ｃ 凹部、１Ｄ 第１半導体領域、１Ｅ 第２半導体領域、２，２ｎ，２ｐ 二次元材料層、２Ａ 接続部、３ 第１電極部、４ 第２電極部、５ 絶縁層、５Ａ 周縁部、６ 開口部、７ ユニポーラ障壁層、７Ａ 外周面、７Ｂ 内周面、７ａ 電子障壁層、７ｂ 正孔障壁層、８，９ トンネル層、９Ａ 第１部分、９Ｂ 第２部分、１０ バッファ層、１１ 空隙、２０ 電源、２１ 電流計、７１，７２ 部分、７３ 環状部分、１００，１００Ａ，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８ 電磁波検出器、２００，２０１ 電磁波検出器アレイ。

Claims (14)

  1. 半導体層と、
    前記半導体層上に配置されており、開口部が形成されている絶縁層と、
    前記開口部上から前記絶縁層上にまで延在しており、前記開口部に面する前記絶縁層の周縁部と接している接続部を含み、かつ前記半導体層と電気的に接続されている二次元材料層と、
    前記絶縁層上に配置されており、かつ前記二次元材料層と電気的に接続されている第１電極部と、
    前記半導体層と電気的に接続されている第２電極部と、
    前記半導体層と前記二次元材料層の前記接続部との間に配置されており、前記半導体層および前記二次元材料層の各々と電気的に接続されているユニポーラ障壁層とを備え、
    前記ユニポーラ障壁層は、平面視において前記開口部の内部に環状に配置されている環状部分を有し、
    前記二次元材料層は、平面視において前記環状部分よりも内側に位置する前記半導体層の一部と接している、電磁波検出器。
  2. 前記ユニポーラ障壁層は、前記半導体層上に配置されており、
    前記ユニポーラ障壁層は、前記絶縁層の前記周縁部から離れるにつれて厚さが徐々に薄くなるテーパ部を有する、請求項１に記載の電磁波検出器。
  3. 前記ユニポーラ障壁層は、前記半導体層の内部に埋め込まれており、
    前記絶縁層の前記周縁部は、前記ユニポーラ障壁層上に配置されている、請求項１に記載の電磁波検出器。
  4. 半導体層と、
    前記半導体層上に配置されており、開口部が形成されている絶縁層と、
    前記開口部上から前記絶縁層上にまで延在しており、前記開口部に面する前記絶縁層の周縁部と接している接続部を含み、かつ前記半導体層と電気的に接続されている二次元材料層と、
    前記絶縁層上に配置されており、かつ前記二次元材料層と電気的に接続されている第１電極部と、
    前記半導体層と電気的に接続されている第２電極部と、
    前記半導体層と前記二次元材料層の前記接続部との間に配置されており、前記半導体層および前記二次元材料層の各々と電気的に接続されているユニポーラ障壁層とを備え、
    前記ユニポーラ障壁層は、平面視において前記開口部の内部に環状に配置されている環状部分を有し、
    平面視において前記環状部分よりも内側に位置する前記半導体層の一部と前記二次元材料層との間に配置されている第１部分を有するトンネル層をさらに備え、
    前記二次元材料層は、前記トンネル層を流れるトンネル電流によって、前記半導体層と電気的に接続される、電磁波検出器。
  5. 前記トンネル層は、前記環状部分と前記二次元材料層との間に配置されている第２部分をさらに有する、請求項４に記載の電磁波検出器。
  6. 前記開口部の内部において前記二次元材料層と前記ユニポーラ障壁層の前記環状部分との間に配置されているバッファ層とをさらに備え、
    前記ユニポーラ障壁層の前記環状部分と前記二次元材料層との間には空隙が形成されており、
    前記環状部分と前記二次元材料層との間の最短距離は１０ｎｍ以下である、請求項４に記載の電磁波検出器。
  7. 前記半導体層の導電型は、ｎ型であり、
    前記ユニポーラ障壁層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルは、前記半導体層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルと比べて小さく、
    前記ユニポーラ障壁層のバンドギャップは、前記半導体層のバンドギャップと比べて大きい、請求項１～６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  8. 前記半導体層の導電型は、ｐ型であり、
    前記ユニポーラ障壁層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルは、前記半導体層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルと比べて大きく、
    前記ユニポーラ障壁層のバンドギャップは、前記半導体層のバンドギャップと比べて大きい、請求項１～６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  9. 前記ユニポーラ障壁層を構成する材料は、酸化物半導体である、請求項１～８のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  10. 前記二次元材料層の導電型は前記半導体層の導電型と同じである、請求項１～９のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  11. 前記二次元材料層の導電型は前記半導体層の導電型と異なる、請求項１～９のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  12. 前記半導体層は、前記二次元材料層と接しておりかつ第１導電型を有する第１半導体領域と、前記第２電極部と接しておりかつ前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２半導体領域とを含み、
    前記第１半導体領域は、前記第２半導体領域とｐｎ接合している、請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  13. 前記ユニポーラ障壁層は、前記半導体層の少数キャリアであるキャリアが前記半導体層から前記二次元材料層に流入することを妨げず、前記二次元材料層において熱励起により生じたキャリアであって前記半導体層の多数キャリアであるキャリアが前記二次元材料層から前記半導体層に流入することを妨げる物性を有する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
  14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の電磁波検出器を複数備え、
    前記複数の電磁波検出器は、第１方向および前記第１方向に交差する第２方向の少なくともいずれかに沿って並んで配置されている、電磁波検出器アレイ。
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