JP7374222B2 - 電磁波検出器および電磁波検出器集合体 - Google Patents

Description

本開示は、電磁波検出器および電磁波検出器集合体に関する。

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。グラフェンの吸収率は２．３％と低い。そのため、グラフェンを用いた電磁波検出器における高感度化手法が提案されている。たとえば、米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号明細書では、下記のような構造の検出器が提案されている。すなわち、米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号明細書では、ｎ型半導体層上に２つ以上の誘電体層を設けている。２つの誘電体層上および当該２つの誘電体層の間に位置するｎ型半導体層の表面部分上にグラフェン層を形成している。グラフェン層の両端に接続されたソース・ドレイン電極が誘電体層上に配置されている。ゲート電極はｎ型半導体層と接続されている。

上記検出器では、チャネルとしてのグラフェン層にソース・ドレイン電極を経由して電圧を印加する。この結果、ｎ型半導体層で発生した光キャリアを増幅することで検出器の高感度化を行っている。また、ゲート電極とソース電極またはドレイン電極とに電圧を印加した場合は、グラフェンとｎ型半導体層とのショットキー接続によりＯＦＦ動作を可能としている。

米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号明細書

しかしながら、上述した検出器において、グラフェンにソース・ドレイン電圧を印加した高感度化動作時にはトランジスタ動作をするため、検出器のＯＦＦ動作が困難である。また、ゲート電極とソース電極またはドレイン電極とに電圧を印加したショットキー動作時には、検出器の感度は半導体層の量子効率に依存する。そのため、十分な光キャリアの増幅が出来ず、検出器の高感度化が困難である。このように、従来のグラフェンなどの二次元材料層を用いた検出器では高感度化とＯＦＦ動作とは両立できていなかった。

本開示の主たる目的は、検出感度が高く、かつＯＦＦ動作が可能な、二次元材料層を用いた電磁波検出器および電磁波検出器集合体を提供することを目的とする。

本開示に係る電磁波検出器は、少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、絶縁膜および少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ少なくとも１つの開口部において半導体層と電気的に接続された接続領域を有する二次元材料層と、絶縁膜上に配置され、二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、半導体層上に配置され、二次元材料層の接続領域を経由して第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備える。

本開示によれば、検出感度が高く、かつＯＦＦ動作が可能な、二次元材料層を用いた電磁波検出器および電磁波検出器集合体を提供できる。

実施の形態１に係る電磁波検出器の平面模式図である。 図１中の線分ＩＩ－ＩＩにおける断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の製造方法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第１変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第２変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第３変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第４変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第５変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第５変形例の段差部の配列の一例を示す平面内部模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第５変形例の段差部の配列の他の一例を示す平面内部模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第６変形例を示す平面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第７変形例を示す平面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第８変形例を示す平面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第９変形例を示す平面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第１０変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第１１変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る電磁波検出器の第１２変形例を示す断面模式図である。 実施の形態２に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態２に係る電磁波検出器の平面内部模式図である。 実施の形態２に係る電磁波検出器の変形例を示す断面模式図である。 実施の形態３に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態３に係る電磁波検出器の変形例を示す断面模式図である。 実施の形態４に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器の平面模式図である。 図２４中の線分ＸＸＶ－ＸＸＶにおける断面模式図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器の第１変形例を示す断面模式図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器の第２変形例を示す断面模式図である。 実施の形態５に係る電磁波検出器の第３変形例を示す断面模式図である。 実施の形態６に係る電磁波検出器の平面模式図である。 図２９中の線分ＸＸＸ－ＸＸＸにおける断面模式図である。 実施の形態６に係る電磁波検出器の第１変形例を示す断面模式図である。 実施の形態７に係る電磁波検出器を示す平面模式図である。 図３２の線分ＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩにおける断面模式図である。 実施の形態８に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態９に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態１０に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態１０に係る電磁波検出器の変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１１に係る電磁波検出器の断面模式図である。 実施の形態１２に係る電磁波検出器の平面模式図である。 実施の形態１２に係る電磁波検出器の変形例を示す平面模式図である。

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。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

以下に説明する実施の形態において、図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。

以下に説明する実施の形態では、電磁波検出器について、可視光又は赤外光を検出する場合の構成を用いて説明するが、本開示はこれらに限定されない。以下に説明する実施の形態は、可視光または赤外光に加えて、例えば、Ｘ線、紫外光、近赤外光、テラヘルツ（ＴＨｚ）波、又は、マイクロ波などの電波を検出する検出器としても有効である。なお、本開示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、本開示の実施の形態では、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る場合がある。以下の実施の形態では、真性状態のグラフェンよりも正孔が多いものをｐ型グラフェン、電子が多いものをｎ型グラフェンと呼ぶ。

また、本開示の実施の形態では、二次元材料層の一例であるグラフェンに接触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る場合がある。ここでは、例えば、ｎ型材料とは電子供与性を有する材料、ｐ型材料とは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型と呼ぶ場合もある。これらの材料としては、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、金属表面と光との相互作用である表面プラズモン共鳴現象等のプラズモン共鳴現象、可視光域・近赤外光域以外での金属表面にかかる共鳴という意味での擬似表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象、又は、波長以下の寸法の構造により特定の波長を操作するという意味でのメタマテリアル又はプラズモニックメタマテリアルと呼ばれる現象については、特にこれらを名称により区別せず、現象が及ぼす効果の面からは同等の扱いとする。ここでは、これらの共鳴を、表面プラズモン共鳴、プラズモン共鳴、又は、単に共鳴と呼ぶ。

また、以下に説明する実施の形態では、二次元材料層の材料として、グラフェンを例に説明を行っているが、二次元材料層を構成する材料はグラフェンに限られない。たとえば、二次元材料層の材料としては、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）、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）等の材料を適用することができる。遷移金属ダイカルコゲナイドとしては、たとえば、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＷＳｅ_２等の遷移金属ダイカルコゲナイドが挙げられる。

これらの材料は、グラフェンと類似の構造を有しており、原子を二次元面内に単層で配列することが可能な材料である。したがって、これらの材料を二次元材料層に適用した場合においても、二次元材料層にグラフェンを適用した場合と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態１．
＜電磁波検出器の構成＞
図１は、実施の形態１に係る電磁波検出器の平面模式図である。図２は、図１の線分ＩＢ－ＩＢにおける断面模式図である。図３には、電磁波検出器１００の典型的な電気的接続も示されている。

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は、段差部が形成された半導体層４と、絶縁膜３と、二次元材料層１と、第１電極部２ａと、第２電極部２ｂとを主に備える。

半導体層４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している。すなわち、半導体層４は、第１導電側を有しており、半導体層４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４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４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。

例えば、検出波長の範囲が０．１μｍ以上０．６μｍ以下である場合、リン化ガリウム（ＧａＰ）が半導体層４を構成する半導体材料として選択され得る。検出波長の範囲が０．２μｍ以上１．１μｍ以下である場合、シリコン（Ｓｉ）が上記半導体材料として選択され得る。検出波長の範囲が０．８μｍ以上１．８μｍ以下である場合、ゲルマニウム（Ｇｅ）が上記半導体材料として選択され得る。検出波長の範囲が０．７μｍ以上２．５５μｍ以下である場合、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）が上記半導体材料として選択され得る。検出波長の範囲が１μｍ以上３．１μｍ以下である場合、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）が上記半導体材料として選択され得る。検出波長の範囲が１μｍ以上５．４μｍ以下である場合、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）が上記半導体材料として選択され得る。検出波長の範囲が２μｍ以上１６μｍ以下である場合、水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）が上記半導体材料として選択され得る。

なお、半導体層４を構成する半導体材料は、上記に限られるものではない。半導体層４を構成する材料は、Ｓｉ、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、ＨｇＣｄＴｅ、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）、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、又は、量子井戸又は量子ドットを含む基板、ＴｙｐｅＩＩ超格子などの材料の単体又はそれらを組み合わせた材料であってもよい。半導体層４を構成する材料が上述した半導体材料の組み合わせであれば、該半導体層４を備える電磁波検出器では多波長の検出が可能となる。

半導体層４には、１つの段差部４０が形成されている。段差部４０は、頂部４３の数が底部４１の数よりも少なく、かつ底部４１の全面積が頂部４３の全面積よりも大きい凸部形状を有している。段差部４０は、２つの底部４１、１つの頂部４３、および２つの側部４２を有する。頂部４３は、半導体層４の厚さ方向において、２つの底部４１に対して突出している。２つの側部４２の各々は、底部４１と頂部４３との間に配置されている。図１に示されるように、頂部４３は、例えば長手方向と短手方向とを有している。上記短手方向における頂部４３の両端が、側部４２に接続されている。各側部４２は、上記短手方向における頂部４３の一端と接続されている上端と、上記短手方向における底部４１の一端と接続されている下端とを有している。各底部４１は、側部４２の下端と接続されている上記一端と、上記短手方向において当該一端とは反対側に配置されている他端とを有している。図２に示されるように、２つの底部４１のうち、上記短手方向における一方の底部４１ａの幅は、上記短手方向における他方の底部４１ｂの幅よりも広い。

半導体層４の厚さ方向において段差部４０とは反対側に位置する半導体層４の裏面部４４は、例えば平面として構成されている。

半導体層４は、例えば段差部４０が形成されたシリコン基板に不純物がドープされることにより、準備される。

絶縁膜３は、半導体層４上に配置されている。絶縁膜３には、段差部４０の一部を露出する開口部３ａが設けられている。絶縁膜３は、例えば段差部４０の２つの底部４１および２つの側部４２の全体上、ならびに頂部４３の一部上に配置されている。開口部３ａは、例えば頂部４３の一部を露出している。開口部３ａは、例えば上記短手方向において頂部４３の中央部を露出している。開口部３ａと頂部４３の上記短手方向の一端との間の距離は、開口部３ａと頂部４３の上記短手方向の他端との間の距離と等しい。開口部３ａと頂部４３の上記短手方向の一端との間の距離、および開口部３ａと頂部４３の上記短手方向の他端との間の距離は、例えば上記長手方向において一定である。開口部３ａは、例えば上記長手方向において頂部４３の一端から他端まで延びている。開口部３ａは、例えば長手方向と短手方向とを有している。開口部３ａの長手方向は、例えば頂部４３の上記長手方向と沿っている。開口部３ａの短手方向は、頂部４３の上記短手方向に沿っている。

絶縁膜３を構成する材料は、例えばＮＳＧ（Ｎｏｎｅ－ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ－ｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）等の酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、オルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）、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）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ_３）、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９），ビスマスフェライト（ＢＦＯ：ＢｉＦｅＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、又は、シロキサン系のポリマー材料である。ＢＮは原子配列がグラフェンと似ているため、グラフェンからなる二次元材料層１と接触しても、二次元材料層１の電子移動度に悪影響を与えない。そのため、ＢＮは、二次元材料層１の下に配置される下地膜としての絶縁膜３に好適である。

絶縁膜３の厚さＴは、二次元材料層１および第１電極部２ａが半導体層４と電気的に絶縁されており、かつトンネル電流が二次元材料層１および第１電極部２ａと半導体層４との間に生じることを防止する限りにおいて、特に制限されない。なお、絶縁膜３の厚さＴが薄いほど、絶縁膜３と半導体層４との界面に生じた光キャリアによる二次元材料層１の電界変化の程度が大きくなる。そのため、絶縁膜３の厚さＴは可能な限り薄いことが望ましい。なお、絶縁膜３と半導体層４との界面に生じた光キャリアによって引き起こされる二次元材料層１の電界変化については、光ゲート効果とよび、その詳細は後述する。

第１電極部２ａは、絶縁膜３上に配置されている。第１電極部２ａは開口部３ａから離れた位置に配置されている。好ましくは、第１電極部２ａは、底部４１ａ上に配置されている。第１電極部２ａは、二次元材料層１と電気的に接続されている。

第２電極部２ｂは、半導体層４上に配置されている。第２電極部２ｂは、二次元材料層１の後述する領域１ｃ（接続領域）を経由して第１電極部２ａと電気的に接続されている。第２電極部２ｂは、例えば半導体層４の厚さ方向において段差部４０とは反対側に位置する半導体層４の裏面部４４の全域上に配置されている。この場合、段差部４０側から電磁波検出器に入射された電磁波のうち半導体層４を透過して裏面部４４に達した電磁波が第２電極部２ｂにて反射する。そのため、半導体層４の電磁波の吸収率が高められる。

第１電極部２ａおよび第２電極部２ｂを構成する材料としては、導電体であれば任意の材料を用いることができる。例えば、第１電極部２ａおよび第２電極部２ｂを構成する材料は、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２ａと絶縁膜３との間には、第１電極部２ａと絶縁膜３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２ｂと半導体層４との間には、第２電極部２ｂと半導体層４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。

なお、図２に示される第１電極部２ａは二次元材料層１の下部に形成されているが、第１電極部２ａは二次元材料層１の上部に形成されていてもよい。また、図２に示される第２電極部２ｂは半導体層４の裏面部４４の全域に配置されているが、これに限られるものではない。第２電極部２ｂは、例えば半導体層４の底部４１または側部４２上において絶縁膜３から露出している部分上に配置されて、当該部分と直接接続されていてもよい。第２電極部２ｂが裏面部４４上に配置されていなければ、裏面部４４側から照射された電磁波を検出できる。

二次元材料層１は、絶縁膜３および開口部３ａ上に配置されている。二次元材料層１は、開口部３ａの内部から絶縁膜３上にまで延在する。二次元材料層１は、絶縁膜３上において第１電極部２ａと電気的に接続されており、かつ開口部３ａの内部において半導体層４と電気的に接続されている。二次元材料層１は、例えば一方の底部４１ａの一部、一方の側部４２、頂部４３、他方の側部４２，および他方の底部４１ｂの一部上に配置されている。

異なる観点から言えば、二次元材料層１は、第１電極部２ａと電気的に接続されている領域１ａと、開口部３ａの内部において半導体層４と電気的に接続されている領域１ｃ（開口部３ａの内部に位置する領域）と、半導体層４と絶縁膜３を介して対向している領域１ｂとを有している。領域１ａは、例えば第１電極部２ａと直接接続されている。領域１ｃは、例えば半導体層４と直接接続されている。領域１ａは、底部４１の一部上に配置されている。領域１ｃは、頂部４３の一部上に配置されている。領域１ｂは、頂部４３の残部と２つの側部４２上に配置されている。領域１ｂの一部は、一方の側部４２上に配置されて、領域１ａと領域１ｃとの間を接続している。領域１ｂの他の一部は、他方の側部４２上に配置されている。領域１ｂの他の一部は、絶縁膜３の開口部３ａから見て第１電極部２ａが位置する側と反対側の絶縁膜３の部分上にまで、該領域１ｃから延在している。

二次元材料層１は、例えば、単層のグラフェンである。単層グラフェンは二次元炭素結晶の単原子層である。また、単層グラフェンは六角形状に配置された各連鎖に炭素原子を有している。グラフェンは、従来の電子機器に用いられてきたＳｉ等の半導体材料と比較して高いキャリア移動度を有することから、電磁波検出器１００により、光応答速度を向上させる効果がある。

二次元材料層１は、２層以上のグラフェンの積層体（以下、多層グラフェンとよぶ）であってもよい。多層グラフェン中の各グラフェンの六方格子の格子ベクトルの向きは、一致しなくてもよく、異なっていてもよい。また、多層グラフェン中の各グラフェンの六方格子の格子ベクトルの向きは、完全に一致していてもよい。多層グラフェンでは、グラフェンの層数により、多層グラフェンのバンドギャップの大きさを調整することが可能となる。そのため、多層グラフェンのバンドギャップの大きさを、検出波長に応じて調整することで、二次元材料層１を電磁波吸収層として作用させることができ、さらには光学フィルタを不要とすることができる。これにより、光学部品の点数を低減でき、光学フィルタを通過することによる入射光の損失を低減できる。

二次元材料層１を構成する材料がグラフェンを含む場合、当該グラフェンは、グラフェンシートをナノオーダーの幅で切り出されたナノリボン（以下、グラフェンナノリボンとよぶ）として構成されていてもよい。二次元材料層１は、グラフェンナノリボン単体、複数のグラフェンナノリボンの積層体、またはグラフェンナノリボンが平面上に周期的に並んだ構造体、として構成されていてもよい。

二次元材料層１が周期的に配置されたグラフェンナノリボン（グラフェンメタマテリアル）を含む場合、二次元材料層１においてプラズモン共鳴が発生し、二次元材料層１による電磁波検出感度が向上する。

二次元材料層１を構成する材料がグラフェンを含む場合、当該グラフェンは、不純物がドープされたドープされていないグラフェンであってもよい。また、上記グラフェンは、ｐ型又はｎ型の不純物がドープされたグラフェンであってもよい。

二次元材料層１を構成する材料は、その領域１ａ、領域１ｂ、および領域１ｃの各々において例えば一様である。二次元材料層１を構成する材料は、その領域１ａ、領域１ｂ、および領域１ｃの各々において異なっていてもよい。

領域１ａを構成する材料は、例えば多層グラフェンである。領域１ａには、第１電極部２ａからキャリアがドープされる。例えば、第１電極部２ａの材料が金（Ａｕ）である場合、グラフェンとＡｕとの仕事関数の差から、二次元材料層１の領域１ａには正孔がドープされる。この状態で電磁波検出器を駆動させると、第１電極部２ａから領域１ａにドープされた正孔の影響により、二次元材料層１のチャネル領域内に流れるキャリア移動度が低下し、二次元材料層１と第１電極部２ａとのコンタクト抵抗が増加する。このコンタクト抵抗の増加により、電磁波検出器における電界効果による電子（キャリア）の移動度が低下し、電磁波検出器の性能低下が生じ得る。特に、領域１ａを構成する材料が単層グラフェンである場合、領域１ａを構成する材料が多層グラフェンである場合と比べて、第１電極部２ａから注入されるキャリアのドープ量が大きくなり、その結果電磁波検出器における上記キャリア移動度の低下が顕著となる。そのため、上述したキャリア移動度の低下を抑制して電磁波検出器の性能を向上させる観点から、領域１ａを構成する材料は、単層グラフェンよりも、多層グラフェンであるのが好ましい。

領域１ｂを構成する材料は、例えば単層グラフェンである。領域１ｂは、いわゆるチャネル領域として作用する。単層グラフェン中の電子の移動度は多層グラフェン中の電子の移動度よりも高い。そのため、領域１ｂでの電子の移動度を高めて電磁波検出器の性能を向上させる観点から、領域１ｂを構成する材料は、多層グラフェンよりも、単層グラフェンであるのが好ましい。

つまり、領域１ａを構成する材料を多層グラフェンとし、かつ領域１ｂを構成する材料を単層グラフェンとすることで、領域１ａと第１電極部２ａとのコンタクト抵抗の増加を抑制しながらも、領域１ｂでの電子の移動度を高めることができ、電磁波検出器の性能を向上させることができる。

＜電磁波検出器の製造方法＞
図３は、実施の形態１に係る電磁波検出器の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３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の製造方法を説明する。

まず、図３に示す準備工程（Ｓ１）を実施する。この工程（Ｓ１）では、平坦な半導体基板が準備される。該半導体基板を構成する半導体材料は、予め定められた検出波長に感度を有している半導体材料である。

次に、半導体層段差部形成工程（Ｓ２）を実施する。この工程（Ｓ２）では、まず上記半導体基板において段差部４０の頂部４３が形成されるべき領域上に、保護膜を形成する。保護膜は例えばレジストである。保護膜には、例えば写真製版または電子ビーム（ＥＢ）描画により、底部４１が形成されるべき領域を露出する開口部が形成される。次に、保護膜をエッチングマスクとして、上記半導体基板をエッチングする。エッチングの手法は、酸、アルカリ等の化学溶液を用いるウェットエッチング、およびプラズマ中の反応種を用いるドライエッチングのいずれかから選択され得る。エッチング後に、保護膜が除去される。このようにして、上記半導体基板から、段差部４０を有する半導体層４が形成される。

次に、電極形成工程（Ｓ３）を実施する。この工程（Ｓ３）では、半導体層４の裏面に第２電極部２ｂを形成する。具体的には、半導体層４の段差部４０上に保護膜を形成した後に、金属膜を成膜する。第２電極部２ｂを形成する前に、半導体層４と第２電極部２ｂとの密着性を向上させるために、半導体層４において第２電極部２ｂと接続される領域に、上述した密着層を予め形成しておいてもよい。

次に、絶縁膜形成工程（Ｓ４）を実施する。この工程（Ｓ４）では、半導体層４の段差部４０上に、絶縁膜３を形成する。好ましくは、絶縁膜３は、段差部４０の底部４１、側部４２、および頂部４３の全体と隙間なく密着するように形成される。絶縁膜３の成膜方法は、特に制限されない。半導体層４を構成する材料がＳｉであり、かつ絶縁膜３を構成する材料がＳｉＯ_２である場合には、絶縁膜３は半導体層４表面を熱酸化することにより形成され得る。絶縁膜３の成膜方法は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタリング法であってもよい。

なお、後述する開口部形成工程（Ｓ６）におけるエッチングによる半導体層４の損傷、汚染を抑制するために、本絶縁膜形成工程（Ｓ４）の直前に半導体層４と絶縁膜３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、開口部形成工程（Ｓ６）で用いられるエッチャントに対し、絶縁膜３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（Ａｌ_２Ｏ_３）、またはグラフェンである。

次に、電極形成工程（Ｓ５）を実施する。この工程（Ｓ５）では、絶縁膜３上に第１電極部２ａを形成する。第１電極部２ａを形成する前に、絶縁膜３と第１電極部２ａとの密着性を向上させるために、絶縁膜３において第１電極部２ａと接続される領域に、上述した密着層を予め形成しておいてもよい。

第１電極部２ａの形成方法として、例えば以下のプロセスを用いることができる。まず、絶縁膜３の表面上に写真製版またはＥＢ描画などを用いてレジストマスクを形成する。レジストマスクには、第１電極部２ａが形成されるべき領域に開口部が形成されている。その後、レジストマスク上に、第１電極部２ａとなるべき金属などの膜を形成する。当該膜の形成には、蒸着法やスパッタリング法などを用いることができる。このとき、当該膜はレジストマスクの開口部の内部から当該レジストマスクの上部表面にまで延在するように形成される。その後、レジストマスクを当該膜の一部と共に除去することで、レジストマスクの開口部に配置されていた膜の他の一部が絶縁膜３の表面上に残存し、第１電極部２ａとなる。上述した方法は、一般的にはリフトオフと呼ばれる方法である。

第１電極部２ａの形成方法として、他の方法を用いてもよい。例えば、絶縁膜３の表面上に第１電極部２ａとなるべき金属膜などの膜を先に成膜する。その後、フォトリソグラフィ法によって当該膜上にレジストマスクを形成する。レジストマスクは、第１電極部２ａが形成されるべき領域を覆うように形成される一方、第１電極部２ａが形成されるべき領域以外の領域には形成されない。その後、ウェットエッチングやドライエッチングにより、レジストマスクをマスクとして当該膜を部分的に除去する。この結果、レジストマスク下に膜の一部が残存する。この膜の一部が第１電極部２ａとなる。その後、レジストマスクを除去する。このようにして、第１電極部２ａを形成してもよい。

次に、開口部形成工程（Ｓ６）を実施する。この工程（Ｓ６）では、絶縁膜３に開口部３ａを形成する。具体的には、絶縁膜３上に写真製版またはＥＢ描画によりレジストマスクを形成する。レジストマスクには、絶縁膜３の開口部３ａが形成されるべき領域に開口部が形成されている。その後、レジストマスクをエッチングマスクとして絶縁膜３をエッチングする。エッチングの手法は、上記ウェットエッチングおよび上記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、絶縁膜３に開口部３ａが形成される。上記工程（Ｓ６）は工程（Ｓ５）より先に実施してもよい。

次に、二次元材料層形成工程（Ｓ７）を実施する。この工程（Ｓ７）では、段差部４０上に、二次元材料層１を形成する。二次元材料層１は、第１電極部２ａ、絶縁膜３、および絶縁膜３の開口部３ａの内部において露出する半導体層４の全体を覆うように、形成される。二次元材料層１の形成方法は、特に制限されない。二次元材料層１は、例えばエピタキシャル成長により形成されてもよいし、スクリーン印刷法により形成されてもよい。また、二次元材料層１は、予めＣＶＤ法により成膜された二次元材料膜を段差部４０上に転写して貼り付けることにより形成されてもよいし、機械剥離等により剥離されたフィルム状の二次元材料膜を段差部４０上に転写して貼り付けることにより形成されてもよい。

その後、写真製版またはＥＢ描画により、二次元材料層１の上にレジストマスクを形成する。レジストマスクは、二次元材料層１が形成されるべき領域を覆うとともに、それ以外の領域を露出するように形成される。その後、レジストマスクをマスクとして用いて、二次元材料層１をエッチングする。エッチングの手法は、例えば酸素プラズマによるドライエッチングである。その後、レジストマスクを除去する。これにより、図１および図２に示される二次元材料層１が形成される。

以上の工程（Ｓ１～Ｓ７）により、図１および図３に示される電磁波検出器が製造される。なお、上述した製造方法では第１電極部２ａの上に二次元材料層１を形成したが、絶縁膜３上に予め二次元材料層１を形成し、当該二次元材料層１の一部上に重なるように第１電極部２ａを形成してもよい。ただし、この構造を用いる場合は、第１電極部２ａの形成時に、二次元材料層１に対してプロセスダメージを与えないように注意が必要である。たとえば、二次元材料層１において第１電極部２ａが重ねて形成される領域以外を保護膜などで予め覆った状態で、第１電極部２ａを形成する、といった対応が考えられる。

＜動作原理＞
次に、本実施の形態に係る電磁波検出器の動作原理について説明する。

図２に示すように、第１電極部２ａおよび第２電極部２ｂの間に電源回路（図示せず）が電気的に接続され、第１電極部２ａおよび第２電極部２ｂの間に電圧Ｖが印加される。これにより、電磁波検出器の内部には、第１電極部２ａ、二次元材料層１、半導体層４、および第２電極部２ｂが順に直列に接続された電流経路が形成され、二次元材料層１には電流Ｉが流れる。電源回路には電流計（図示せず）が設置されており、二次元材料層１に流れる電流Ｉをモニターする。このようにして、電磁波検出器は電磁波を検出可能な状態とされる。なお、電圧の正負は半導体層４の導電型（ドーピング型）に応じて選択される。導電型がｐ型であれば第１電極部２ａに正電圧が、導電型がｎ型であれば第１電極部２ａに負電圧が、印加される。

上記状態において、半導体層４が感度を有する波長の電磁波が半導体層４に入射すると、半導体層４の内部において光キャリアが発生する。この時、開口部３ａの近傍の半導体層４に生じた光キャリアは、二次元材料層１の領域１ｃに注入され、領域１ｂおよび領域を通って電流Ｉに変化を生じさせる。以下、電磁波照射に起因して電流Ｉに変化を引き起こす電流成分を光電流とよぶ。

さらに、半導体層４に対して電圧が印加されているため、半導体層４と絶縁膜３との界面に空乏層が形成される。空乏層は、段差部４０の底部４１、側部４２、および頂部４３と絶縁膜３との各界面に広く形成される。半導体層４が感度を有する波長の電磁波が半導体層４に入射すると、空乏層内にも光キャリアが生じる。空乏層において生じた光キャリアは、絶縁膜３を介して二次元材料層１の領域１ｂに電界効果を与える。この結果、二次元材料層１の領域１ｂの抵抗値が変化し、二次元材料層１に流れる電流Ｉが変化する。このように、光照射に由来する電界効果が領域１ｂに与えられることで、二次元材料層１の電気特性が変化する。上述した光ゲート効果は、このようにして引き起こされる。

電流Ｉの変化は、二次元材料層１の領域１ａと電気的に接続された第１電極部２ａを介して検出される。これにより、電磁波検出器に照射された電磁波を検出することができる。

ここで、本実施の形態に係る電磁波検出器は、上述のような二次元材料層１での電流の変化を検出する構成に限定されるわけではなく、例えば、第１電極部２ａと第２電極部２ｂとの間に一定電流を流し、第１電極部２ａと第２電極部２ｂ間の電圧Ｖの変化（つまり二次元材料層１での電圧値の変化）を検出してもよい。

次に、図１および図２に示される電磁波検出器の具体的な動作について説明する。ここでは、二次元材料層１を構成する材料が単層グラフェン、第１電極部２ａおよび第２電極部２ｂを構成する材料がＡｕ、絶縁膜３を構成する材料がＡｌ_２Ｏ_３、半導体層４を構成する材料がｎ型ＩｎＳｂである場合について説明する。

ｎ型ＩｎＳｂは、１μｍ以上５．４μｍ以下の電磁波に感度を有する。そのため、半導体層４に１μｍ以上５．４μｍ以下の電磁波が入射すると、半導体層４内にて光キャリアが発生する。開口部３ａの近傍の半導体層４にて生じた光キャリアは、領域１ｃの単層グラフェンに注入され、電流Ｉに変化を生じさせる。

さらに、半導体層４に対して逆バイアスとなるように、第２電極部２ｂに正電圧を印加、もしくは第１電極部２ａに負電圧を印加することにより、半導体層４中の電子が第２電極部２ｂに引き寄せられ、少数キャリアである正孔が絶縁膜３側に引き寄せられる。その結果、半導体層４と絶縁膜３との界面に空乏層が形成される。空乏層において生じた光キャリアは、上述のように光ゲート効果を生じさせ、領域１ｂを構成する単層グラフェンに電界効果を与え、領域１ｂを構成する単層グラフェンの移動度を変化させる。この電界効果の大きさは、空乏層において生じた光キャリアの量と相関する。つまり、ｎ型ＩｎＳｂに１μｍ以上５．４μｍ以下の電磁波が入射すると、領域１ｃを構成する単層グラフェンにｎ型ＩｎＳｂにて生じた光キャリアが注入されることによって光電流が生じるとともに、領域１ｂを構成する単層グラフェンに光ゲート効果が与えられる。その結果、光電流は領域１ｂにおいて増幅される。

光ゲート効果は、光電変換材料の量子効率を直接的に増強するのではなく、電磁波入射による電流変化を大きくするため、等価的に電磁波入射による差分電流から算出した量子効率は１００％を超えることができる。

そのため、本実施の形態に係る電磁波検出器に上記電磁波が入射されたときの電流Ｉの変化量は、領域１ｂが設けられておらず上記光ゲート効果が奏されない従来の電磁波検出器に上記電磁波が入射したときの電流の変化量よりも大きい。したがって、本実施の形態に係る電磁波検出器は、従来の電磁波検出器と比較して、高感度である。

上述の光ゲート効果は電界効果を受ける二次元材料層１の領域１ｂが広いほど高まり、より高感度の電磁波検出が可能となる。二次元材料層１は単原子層もしくは単分子層で形成されている性質上、電磁波検出器の構造表面に沿った成膜が可能である。本実施の形態に係る電磁波検出器における二次元材料層１は、段差部４０の底部４１、側部４２、および頂部４３上に配置されており、その領域１ｂは側部４２および頂部４３の一部上に配置されている。そのため、図１に示される領域１ｂの占有面積（すなわち平面視における領域１ｂの占有面積）が等しく設けられた、本実施の形態に係る電磁波検出器と二次元材料層１が段差部４０上に配置されていない比較例としての電磁波検出器とを比較したときに、本実施の形態に係る電磁波検出器の領域１ｂは、上記比較例において形成され得る領域１ｂよりも、広い。これにより、本実施の形態に係る電磁波検出器において奏される光ゲート効果は、上記比較例において奏される光ゲート効果と比べて、高められている。その結果、本実施の形態に係る電磁波検出器は上記比較例の電磁波検出器と比べて、検出感度が高い。

異なる観点から言えば、本実施の形態に係る電磁波検出器において特定の検出感度を実現するために必要とされる領域１ｂの上記占有面積は、上記比較例の電磁波検出器において当該特定の検出感度を実現するために必要とされる領域１ｂの上記占有面積よりも小さくなる。したがって、本実施の形態に係る電磁波検出器では、上記比較例の電磁波検出器と比べて、省面積化できる。その結果、本実施の形態に係る電磁波検出器は、電磁波検出器が高密度に配置される画像センサに好適である。

特に、本実施の形態に係る電磁波検出器は、領域１ｂのうち領域１ｃと領域１ａとの間を接続している部分が十分に長くなるように、設けられている。具体的には、領域１ｂは、少なくとも段差部４０上において底部４１ａと頂部４３との間を接続する一方の側部４２の全体上に配置されている。そのため、本実施の形態に係る電磁波検出器において領域１ｂのうち領域１ｃと領域１ａとの間を接続している部分の長さは、領域１ｃが底部４１ａと頂部４３との間を接続する一方の側部４２上に配置されている電磁波検出器のそれと比べて、長くなる。その結果、本実施の形態に係る電磁波検出器では、上記電磁波検出器と比べて、電磁波入射時に開口部３ａにおいて半導体層４から二次元材料層１に注入された光キャリアが、光ゲート効果に伴う二次元材料層１の電界変化の影響を受ける領域が広くなるため、光電流変化の程度が大きくなり、より高感度の電磁波検出が可能となる。

なお、開口部３ａから第１電極部２ａ間の光キャリア経路外の二次元材料層１においても、絶縁膜３を介して電磁波が入射する半導体層４上に設置されている領域があれば、上記光ゲート効果に伴う電界変化の影響を受け、間接的に光キャリアの変調に寄与することから、電磁波検出器の高感度化に有意である。

また、二次元材料層１と半導体層４が開口部３ａにおいて電気的に接続していることから、電圧Ｖを調整することで電流Ｉをゼロにすることができる。つまり、光非照射時には電流Ｉがゼロとなり、光照射時には二次元材料層１に注入された光キャリアに由来する電流のみが上述の光ゲート効果によって変化した後電流Ｉとして検出される。したがって、本実施の形態に係る電磁波検出器ではＯＦＦ動作が可能となる。

二次元材料層１が、たとえば単層グラフェンである場合、二次元材料層１の厚みは原子層１層分と究極的に薄い。また、単層グラフェンにおけるキャリア移動度は従来半導体材料と比較して大きい。そのため、二次元材料層１では、従来の半導体材料と比較して、わずかな電位変化に対して大きな電流変化を生じる。例えば、半導体層４における電界変化によって二次元材料層１へ印加される電位変化に起因する電流変化量は、通常の半導体における電流変化量より大きくなる。具体的には、二次元材料層１における電子の移動度及び厚さなどから算出すると、二次元材料層１での上記電流変化量は、通常の半導体における電流変化量の数百倍～数千倍程度となる。このため、本実施の形態に係る電磁波検出器では、半導体層４で生じる光キャリアのみを検出する電磁波検出器と比べて、より高感度の電磁波検出が可能となる。

本実施の形態に係る電磁波検出器では、光照射に伴い半導体層４で発生する光電流に加えて、二次元材料層１の光電変換効率に起因する光電流も生じる。そのため、本実施の形態に係る電磁波検出器では、電磁波の入射により、上述した半導体層４で生じた電流と、光ゲート効果に伴う電流とに加え、二次元材料層１本来の光電変換効率に起因する光電流も検出できる。

以上のように、本実施の形態である電磁波検出器は、従来の電磁波検出器および上述した比較例の電磁波検出器と比べて検出感度が高く、かつＯＦＦ動作が可能である。さらに、本実施の形態である電磁波検出器では、従来の電磁波検出器および上述した比較例の電磁波検出器と比べて、省面積化が図られる。

＜変形例＞
図４、図５、および図６に示される各電磁波検出器は、基本的には図２に示される電磁波検出器と同様の構成を備えるが、段差部４０と絶縁膜３の開口部３ａとの相対的な位置関係が図２に示される電磁波検出器と異なっている。

（第１変形例）
図４に示される第１変形例に係る電磁波検出器では、段差部４０は、頂部４３の数が底部４１の数よりも多く、かつ底部４１の全面積が頂部４３の全面積よりも小さい凹部形状を有している。１つの段差部４０は、１つの底部４１、２つの頂部４３、および２つの側部４２を有する。底部４１は、半導体層４の厚さ方向において、２つの頂部４３に対して凹んでいる。２つの側部４２の各々は、底部４１と頂部４３との間に配置されている。

絶縁膜３は、例えば段差部４０の２つの頂部４３および２つの側部４２の全体上、ならびに底部４１の一部上に配置されている。開口部３ａは、例えば底部４１の一部を露出している。開口部３ａは、例えば上記短手方向において底部４１の中央部を露出している。開口部３ａと底部４１の上記短手方向の一端との間の距離は、開口部３ａと底部４１の上記短手方向の他端との間の距離と等しい。開口部３ａと底部４１の上記短手方向の一端との間の距離、および開口部３ａと底部４１の上記短手方向の他端との間の距離は、例えば上記長手方向において一定である。開口部３ａは、例えば上記長手方向において底部４１の一端から他端まで延びている。開口部３ａは、例えば長手方向と短手方向とを有している。開口部３ａの長手方向は、例えば底部４１の上記長手方向と沿っている。開口部３ａの短手方向は、底部４１の上記短手方向に沿っている。

第１電極部２ａは、２つの頂部４３のうち、上記短手方向における一方の頂部４３ａ上に配置されている。二次元材料層１は、例えば一方の頂部４３ａの一部、一方の側部４２、底部４１、他方の側部４２，および他方の頂部４３ｂの一部上に配置されている。図４に示される二次元材料層１において、半導体層４と電気的に接続されている領域１ｃは、底部４１上に配置されている。

図４に示される領域１ｃと第２電極部２ｂとの間の距離は、図２に示されるそれと比べて短い。そのため、図４に示される電磁波検出器では、図２に示される電磁波検出器と比べて、第２電極部２ｂにて反射または散乱した電磁波によって半導体層４にて生じた光キャリアのうち、二次元材料層１の領域１ｃに注入されずに失活する光キャリアが少なくなり、光電流が増大する。

（第２変形例）
図５に示される第２変形例に係る電磁波検出器では、絶縁膜３の開口部３ａおよび二次元材料層１の領域１ｃが底部４１ｂ上に配置されている。そのため、二次元材料層１の領域１ｂのうち領域１ａと領域１ｃとを接続する部分が、少なくとも２つの側部の全体および１つの頂部の全体上に配置されている。そのため、図４に示される領域１ｂのうち領域１ｃと領域１ａとの間を接続している部分の長さは、図２に示されるそれと比べて長い。

図５に示される電磁波検出器では、図２に示される電磁波検出器と比べて、電磁波照射時に半導体層４から二次元材料層１に注入された光キャリアが光ゲート効果によって変調される領域が増加して光ゲート効果の寄与が大きくなるため、検出感度が高い。

（第３変形例）
図６に示される第３変形例に係る電磁波検出器では、絶縁膜３の開口部３ａおよび二次元材料層１の領域１ｃが２つの側部４２のうち第１電極部２ａに面していない一方の側部４２上に配置されている。そのため、二次元材料層１の領域１ｂのうち領域１ａと領域１ｃとを接続する部分が、少なくとも１つの側部の全体および１つの頂部の全体上に配置されている。そのため、図６に示される領域１ｂのうち領域１ｃと領域１ａとの間を接続している部分の長さは、図２に示されるそれと比べて長い。

なお、図５に示されるように、絶縁膜３の開口部３ａが底部４１上に配置されている場合には、開口部３ａを正確かつ容易に形成する観点から、底部４１は裏面部４４と平行に設けられているのが好ましい。これに対し、第３変形例に係る電磁波検出器では、一方の側部４２と他方の側部４２とが平行に設けられていれば、底部４１が裏面部４４と平行に設けられていなくても、開口部３ａを正確かつ容易に形成できる。その結果、第３変形例に係る電磁波検出器では、第２変形例に係る電磁波検出器と比べて、平面視したときの面積（画素面積）を小さくすることができる。この結果、複数の電磁波検出器を並べて電磁波検出器集合体としたときに、各電磁波検出器を高密度に配置することができる。

（第４変形例）
図７に示される第４変形例に係る電磁波検出器は、基本的には図２に示される電磁波検出器と同様の構成を備えるが、１つの段差部４０に対して複数の開口部３ａおよび領域１ｃが設けられている点で、図２に示される電磁波検出器と異なっている。

第４変形例に係る電磁波検出器では、図２に示される電磁波検出器と比べて、二次元材料層１と半導体層４の接合面４ａａの面積が大きい。上述のように、二次元材料層１を構成する材料は半導体層４を構成する材料とは異なるため、それらの仕事関数も異なる。これにより、二次元材料層１において半導体層４と接触している領域１ｃにはキャリアがドーピングされるが、領域１ｃへのドーピング量は二次元材料層１と半導体層４との接触領域の数および大きさに大きく影響される。そして、電磁波が入射したときに半導体層４で生じた光キャリアを二次元材料層１への取り出し効率は、領域１ｃへの上記ドーピング量に大きく影響される。

第４変形例に係る電磁波検出器では、開口部３ａの数および各開口面積によって、二次元材料層１と半導体層４との接触領域の数および大きさを調節できる。この結果、第４変形例に係る電磁波検出器では、図２に示される電磁波検出器と比べて、電磁波が入射したときに半導体層４で生じた光キャリアの二次元材料層１への取り出し効率が高められる。また、第４変形例に係る電磁波検出器では、二次元材料層１において光キャリアを伝送する複数の経路が形成されることになるため、製造時または使用時においていずれかの経路にて欠陥または異常が生じた場合にも、歩留まりの低下または故障の発生が抑制されている。

（第５変形例）
図８，９，１０に示される第５変形例に係る電磁波検出器は、基本的には図２に示される電磁波検出器と同様の構成を備えるが、複数の段差部４０が形成されている点で、図２に示される電磁波検出器とは異なる。なお、図９，１０においては複数の段差部４０の形状および配列を説明するために、半導体層４のみを図示している。

複数の段差部４０は、複数の底部４１、複数の側部４２、および複数の頂部４３を有している。絶縁膜３の開口部３ａと第１電極部２ａとの間には、例えば２以上の段差部４０が配置されている。図５に示されるように、絶縁膜３の開口部３ａは、例えば第１電極部２ａから最も離れた段差部４０上に配置される。絶縁膜３の開口部３ａは、例えば第１電極部２ａから最も離れた段差部４０の頂部４３上に配置される。

このようにすれば、第１電極部２ａに接続された領域１ａと開口部３ａ内にて半導体層４に接続された領域１ｃとの間を延展する領域１ｂの長さは、図２および図４～図６に示される各領域１ｂの長さと比べて長くなる。

その結果、図５に示される電磁波検出器では、図２および図４～図６に示される電磁波検出器と比べて、電磁波照射時に半導体層４から二次元材料層１に注入された光キャリアが光ゲート効果によって変調される領域が増加して光ゲート効果の寄与が大きくなるため、検出感度が高い。

また、図９，１０に示されるように、半導体層４において複数の段差部を格子状パターンに形成することによって、半導体層４に入射した電磁波間での回折・干渉が誘発される。格子状パターンの一例では、図９に示されるように、平面形状が同一または互いに異なるように設けられた複数の段差部４０が、互いに直交する２つの方向に等間隔に配置されている。格子状パターンの他の一例では、図１０に示されるように、平面形状が同一または互いに異なるように設けられた各段差部４０が、１つの方向に延在しており、かつ当該１つの方向と直交する他の方向に等間隔に配置されている。

これにより、特定の波長の電磁波のみが、半導体層４を透過しまたは半導体層４に吸収される。さらに、特定波長の電磁波のみが回折の作用を受ける中で強め合い、半導体層４表面上を伝搬する。そのため、第５変形例に係る電磁波検出器では、複数の段差部４０の形状および配列によって、電磁波検出器の検出感度が制御され得る。

さらに、半導体層４の段差部４０において開口部３ａ下に位置する領域以外の他の領域に入射した電磁波の一部は、開口部３ａ下に位置する領域まで伝搬され光キャリアを生成し得る。そのため、複数の段差部４０が図９，１０に示される格子状パターンとして形成されている場合には、複数の段差部４０が図９，１０に示される格子状パターンとして形成されていない場合と比べて、半導体層４から二次元材料層１に注入される光キャリア量が増加し、電磁波光検出器の感度が向上する。

さらに、二次元材料層１の領域１ｂが、回折した電磁波が伝搬する段差部４０の表面上に絶縁膜３を介して配置されている。そのため、当該領域１ｂが回折した電磁波を吸収することにより、光キャリアの生成量が増大する。また、当該領域１ｂに与えられる電界効果も高まる。その結果、複数の段差部４０が図９，１０に示される格子状パターンとして形成されている電磁波検出器の感度は、複数の段差部４０が図９，１０に示される格子状パターンとして形成されていない場合と比べて、高い。

なお、図８では、絶縁膜３に１つの開口部３ａのみが形成されており、該開口部３ａが複数の段差部４０のうち１つの頂部４３上に配置されているが、これに限られるものではない。絶縁膜３には複数の開口部３ａが形成されていてもよく、各開口部３ａは互いに異なる段差部４０上に配置されていてもよい。さらに、各開口部３ａは、各段差部４０の頂部４３、底部４１、および側部４２の少なくともいずれかに配置されていればよい。

（第６変形例、第７変形例、第８変形例、第９変形例）
図１１，１２，１３，１４に示される電磁波検出器は、基本的には図１および２に示される電磁波検出器と同様の構成を備えるが、二次元材料層１のうち開口部３ａの内部において半導体層４と接触している領域１ｃの平面形状が図１に示される電磁波検出器における領域１ｃの平面形状とは異なっている。

図１１～１４に示される領域１ｃと頂部４３との接触領域の面積は、図１および２に示される領域１ｃと頂部４３との接触領域の面積よりも小さい。図１１～図１４に示される電磁波検出器では、領域１ｃと頂部４３との接触領域の面積は、平面視における領域１ａ（電極接続領域）および領域１ｂの占有面積の和よりも小さい。

図１１～１４に示される各領域１ｃは、図１に示される領域１ｃから、少なくとも頂部４３の上記長手方向、言い換えると二次元材料層１の領域１ａ（電極接続領域）、領域１ｂ、および領域１ｃが並んで配列している方向と交差する方向、において間隔を隔てた複数の領域が除去されたものに対応する。図１１～図１３では、当該複数の領域の各平面形状が矩形状である。図１４では、当該複数の領域の各平面形状が三角形状である。

図１１～１４に示される各領域１ｃの各平面形状は、頂部４３の短手方向の中心を通って長手方向に沿って延びる直線に対して対称である。図１１～１４に示される領域１ｃの各平面形状は、頂部４３の長手方向の中心を通って短手方向に沿って延びる直線に対して対称である。

図１１に示される領域１ｃの平面形状は、リボン形状である。図１１に示される二次元材料層１では、頂部４３の上記長手方向における領域１ｃの幅が、当該長手方向における領域１ａおよび領域１ｂの幅よりも狭い。

図１２に示される領域１ｃの平面形状は、櫛型形状（梯子型形状）である。図１２に示される二次元材料層１では、頂部４３の上記長手方向における領域１ｃの幅の総和が、当該長手方向における領域１ａおよび領域１ｂの幅よりも狭い。図１２に示される二次元材料層１では、頂部４３を露出させる複数の開口部が形成されており、複数の開口部は頂部４３の長手方向に並んで配置されている。

図１３に示される領域１ｃの平面形状は、格子形状である。図１３に示される二次元材料層１では、頂部４３を露出させる複数の開口部が形成されており、複数の開口部は頂部４３の長手方向および短手方向の各々に並んで配置されている。図１３に示される二次元材料層１では、頂部４３の上記長手方向における領域１ｃの幅の総和の最小値が、当該長手方向における領域１ａおよび領域１ｂの最小幅よりも狭い。

図１４に示される二次元材料層１では、頂部４３の上記長手方向における領域１ｃの幅は、頂部４３の短手方向において領域１ｂから離れるにつれて徐々に狭くなり、上記短手方向の中心で最も狭い。言い換えると、二次元材料層１の各領域１ａ，１ｂ，１ｃの上記配列方向と交差する方向における領域１ｃの幅は、上記配列方向において領域１ａおよび領域１ｂから離れるにつれて徐々に狭くなっている。二次元材料層１の各領域１ａ，１ｂ，１ｃの上記配列方向と交差する方向における領域１ｃの幅は、例えば上記配列方向における領域１ｃの中心で最も狭い。

図１１～１４では、頂部４３の長手方向における領域１ｃの幅に応じて、二次元材料層１と半導体層４との接触領域の面積が調整される。そのため、図１１～１４に示される電磁波検出器では、二次元材料層１と半導体層４との接触抵抗、ひいては電磁波検出器の抵抗、が調整され得る。図１１～１４に示される電磁波検出器では、図１および２に示される電磁波検出器と比べて、電磁波検出器の特性のばらつきが低減され、また暗電流が低減され得る。

また、図１２～１４に示される領域１ｃの端面の面積の総和は、図１および２に示される領域１ｃの端面の面積の総和と比べて、大きい。領域１ｃの端面は、二次元材料層１の厚さ方向、言い換えると二次元材料層１において原子が二次元的に配列されてなるシートと直交する方向、に沿って延びる面である。言い換えると、図１２～１４の各領域１ｃにおける二次元結晶構造の端面領域は、図１および２の領域１ｃにおける二次元結晶構造の端面領域よりも増えている。そのため、図１２～１４の各二次元材料層１では、図１および２に示される二次元材料層１と比べて、二次元結晶構造の未接合手（ダングリングボンド）の割合が増加する。その結果、電磁波照射によって半導体層４に生じたキャリアが二次元材料層１を経て第１電極部２ａに輸送される際に、図１２～１４の各二次元材料層１では、図１および２の二次元材料層１と比べて、キャリア密度の変化の割合が大きくなり、キャリアの移動度が増加し、電流Ｉの変化量が多くなる。その結果、図１２～１４に示される各電磁波検出器の感度は、図１および２に示される電磁波検出器の感度と比べて、高い。

また、上述した本実施の形態の各変形例において、二次元材料層１の領域１ｃはグラフェンナノリボンであってもよい。グラフェンナノリボンは、その幅に応じて変化するバンドギャップを有する。そのため、グラフェンナノリボンで構成された領域１ｃの上記長手方向の幅に応じて、領域１ｃにおいて光電変換され得る電磁波の波長域を調整でき、例えば他の領域１ａ，１ｂにおいて光電変換され得る電磁波の波長域よりも狭くすることができる。この場合、領域１ｃでの光電変換により生じた光キャリアは、他の領域１ａ，１ｂでの光電変換により生じた光キャリアとは切り分けて検出され得る。また、領域１ｃでの光電変換により生じた光キャリアを検出することで、電磁波検出器の感度が向上する。また、このような電磁波検出器では、グラフェンナノリボンで構成された領域１ｃと半導体層４とがショットキー接合するため、暗電流が低減され、かつショットキー接合部において吸収された電磁波により生成された光キャリアを検出することで感度が向上する。

なお、図１１～図１４に示される領域１ｃは段差部４０の頂部４３上に配置されているが、これに限られるものではない。例えば図４および図５に示される領域１ｃの平面形状が、図１１～図１４のいずれかに示される領域１ｃと同様に形成されていてもよい。

（第１０変形例、第１１変形例、第１２変形例）
図１５，１６，１７に示される電磁波検出器は、基本的には図２に示される電磁波検出器と同様の構成を備えるが、頂部４３の上記長手方向に垂直な断面上での段差部４０の形状がテーパ形状である点で、図２に示される電磁波検出器とは異なる。

底部４１側での２つの側部４２間の間隔が、頂部４３側での２つの側部４２間の間隔と異なっている。図１５に示される第１０変形例では、２つの側部４２間の間隔が、底部４１から頂部４３に向かうにつれて徐々に広がっている。図１６に示される第１１変形例では、２つの側部４２間の間隔が、底部４１から頂部４３に向かうにつれて徐々に狭くなっている。図１７に示される第１２変形例では、２つの側部４２間の間隔が、底部４１から頂部４３に向かうにつれて徐々に狭くなっており、かつ頂部４３が面を成しておらず線状に設けられている。

これらの場合、図２に示されるように頂部４３の上記長手方向に垂直な断面上での段差部４０の形状が矩形状である場合と比べて、開口部３ａと第１電極部２ａとの間を延展する二次元材料層１の領域１ｂを広く設けることができる。この結果、第１０変形例、第１１変形例、および第１２変形例に係る各電磁波検出器では、図２に示される電磁波検出器と比べて、光ゲート効果の寄与が大きくなり、検出感度が高められる。

（その他の変形例）
また、実施の形態１に係る電磁波検出器は、二次元材料層を覆うように配置された図示しない絶縁保護膜をさらに備えていてもよい。絶縁保護膜は、絶縁膜３上において二次元材料層１、半導体層４、第１電極部２ａの周りを覆うように設けられてもよい。絶縁保護膜を構成する材料は、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ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＨｆＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、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。

また、本実施の形態に係る電磁波検出器は、本実施の形態に係る電磁波検出器と同様の構造を有し検出対象となる電磁波から遮蔽された電磁波検出器（図示せず）と併用されて、２つの電磁波検出器の間での出力の差分を検出してもよい。このように差分を検出することにより、環境温度に依存した特性の変化などの影響を抑制できるため、高精度な検出が可能となる。

また、本実施の形態に係る電磁波検出器は、グラフェンを用いた出力増幅回路（図示せず）と一体として構成されていてもよい。すなわち、本実施の形態に係る電磁波検出器の半導体層４上に、グラフェンを用いた出力増幅回路がさらに設けられていてもよい。グラフェンを用いた出力増幅回路では、シリコン系の半導体材料を用いた出力増幅回路に比較して動作が速くなり、高性能な電磁波検出器が実現できる。また、読み出し回路などの周辺回路にグラフェンを用いることにより、高速読み出しや、製造プロセスの簡素化が可能となる。

なお、上述した第１～第１２変形例は、以下に説明する他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態２．
図１８は、実施の形態２に係る電磁波検出器の断面模式図である。図１９は実施の形態２に係る電磁波検出器の平面内部図である。図１８，図１９に示されるように、実施の形態２に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器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、半導体層４が電流遮断構造を含む点で、実施の形態１に係る電磁波検出器とは異なる。なお、図１９においては電流遮断機構の位置を説明するために、絶縁膜３の開口部３ａ、半導体層４、および電流遮断構造５のみ図示している。

電流遮断構造５は、電流を遮断することが可能な部分である。具体的には、電流遮断構造５は、半導体層４において、領域１ｂと絶縁膜３を介して対向している領域から、領域１ｃと接続されている領域との間のキャリアの移動を遮断するための部分である。

図１８に示されるように、電流遮断構造５は、半導体層４において絶縁膜３と対向する領域に配置されている。図１９に示されるように、平面視において、電流遮断構造５は、開口部３ａの開口端を囲むように配置されている。領域１ｃおよび開口部３ａが段差部４０の頂部４３上に配置されている場合、電流遮断構造５は頂部４３に配置されている。電流遮断構造５は、頂部４３において半導体層４から露出して絶縁膜３に接続されている一端と、半導体層４内に埋め込まれている他端とを有している。電流遮断構造５の上記一端と上記他端との間の距離（深さ）、および当該距離と交差する方向の幅は、キャリアの拡散を防げる限りにおいて特に制限されない。

電流遮断構造５の具体的な構造は、電流を遮断する構造である限りにおいて、特に制限されない。電流遮断構造５は、例えば半導体層４に形成されたトレンチであってもよい。当該トレンチの内部は中空であってもよいし、絶縁体で満たされていてもよい。また、電流遮断構造５は、半導体層４よりも高濃度の不純物がドーピングされた領域であって、半導体層４より導電率が高められた領域であってもよい。また、電流遮断構造５は、トレンチの内部に金属材料が埋め込まれることによって形成された、半導体層４より導電率が高められた領域であってもよい。

実施の形態２に係る電磁波検出器では、電流遮断構造５により、半導体層４で発生した光キャリアが、二次元材料層１の領域１ｃに注入されるキャリアと、絶縁膜３を介して二次元材料層１の領域１ｂに電界変化を与える光ゲート効果に寄与するキャリアとに分離される。例えば、絶縁膜３における開口部３ａの幅が半導体層４を構成する半導体材料での光キャリアの拡散長よりも狭く、かつ電流遮断構造５が設けられていない場合、絶縁膜３下における光キャリアは光ゲート効果に寄与するとともに、二次元材料層１へ注入される。この場合、上述した光ゲート効果による電流変化の増幅が、光キャリアの発生に対して遅延して引き起こされる。これに対し、実施の形態２に係る電磁波検出器では、電流遮断構造５により、光ゲート効果に寄与するキャリアと二次元材料層１に注入されるキャリアとが分離される。この結果、上記遅延が解消され、電磁波検出器の応答速度が向上する。また、実施の形態２に係る電磁波検出器を複数並べて電磁波検出器集合体としたときには、それぞれの画素が分離される。

（変形例）
図２０に示される電磁波検出器は、図１８および図１９に示される実施の形態２に係る電磁波検出器と基本的には同様の構成を備えるが、電流遮断構造５が半導体層４を貫いて第２電極部２ｂに達するように形成されている点で、それとは異なる。

なお、実施の形態２に係る電磁波検出器およびその変形例の各構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態３．
図２１は、実施の形態３に係る電磁波検出器の断面模式図である。図２１に示されるように、実施の形態３に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器と基本的には同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、絶縁膜３の開口部３ａ内部において、二次元材料層１と半導体層４との間にバッファ層６が配置されている点で、実施の形態１に係る電磁波検出器とは異なる。

バッファ層６は、二次元材料層１の領域１ｃと半導体層４とを電気的に接続している。具体的には、バッファ層６は、二次元材料層１の領域１ｃと半導体層４との間にトンネルを生じさせて、二次元材料層１の領域１ｃと半導体層４とが当該トンネル電流によって電気的に接続されるように、設けられている。バッファ層６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ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＨｆＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、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６の厚さは、電磁波が入射したときに、二次元材料層１と半導体層４との間にトンネル電流が生じ得るように設定される。

バッファ層６の厚さは、例えば厚さが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。バッファ層６の作製方法は、任意の方法とされ得るが、例えばＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、およびスパッタ法などから選択され得る。あるいは、バッファ層６は、半導体層４の表面を酸化または窒化することにより形成されてもよい。あるいは、バッファ層６は、半導体層４の表面に形成される自然酸化膜であってもよい。

実施の形態３に係る電磁波検出器は、バッファ層６をさらに備える。バッファ層６は、開口部３ａの内部において、二次元材料層１と半導体層４との間に配置される。バッファ層６は、二次元材料層１と半導体層４との間にトンネル電流を形成することが可能な厚さを有する。この場合、バッファ層６の膜厚を半導体層４から二次元材料層１へトンネル注入が生じる程度の厚さとすることで、注入効率が改善させることにより二次元材料層１に大きな光電流が注入され、電磁波検出器の感度を向上させることができる。また、バッファ層６により半導体層４と二次元材料層１との接合界面での漏れ電流を抑制することで、暗電流を低減することができる。

（変形例）
図２２に示される電磁波検出器は、図２１に示される実施の形態３に係る電磁波検出器と基本的には同様の構成を備えるが、絶縁膜３の表面上に第１電極部２ａとは別の第３電極部２ｃをさらに備えている点で、それとは異なる。

第３電極部２ｃは、開口部３ａから見て第１電極部２ａが位置する領域と反対側の領域に配置されることが好ましい。二次元材料層１は電極部２ｃとも接続されている。第１電極部２ａと第３電極部２ｃとの間には、例えばソース・ドレイン電圧Ｖｄが印加される。このようにすれば、二次元材料層１から取り出す光電流を増大させることができる。

なお、実施の形態３に係る電磁波検出器およびその変形例の各構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態４．
図２３は、実施の形態４に係る電磁波検出器の断面模式図である。図２３に示されるように、実施の形態４に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器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、絶縁膜３の開口部３ａ内部に接続導電体２ｄが形成されている点で、実施の形態１に係る電磁波検出器と異なっている。

接続導電体２ｄは、半導体層４と二次元材料層１の領域１ｃとを電気的に接続する。接続導電体２ｄの上面上には二次元材料層１の領域１ｃが重なるように配置されている。接続導電体２ｄの裏面は半導体層４の表面と電気的に接続されている。二次元材料層１と接続導電体２ｄの上面とは電気的に接続されている。異なる観点から言えば、二次元材料層１の領域１ｃは、半導体層４と、接続導電体２ｄを経由して電気的に接続されている。接続導電体２ｄの上面の位置は絶縁膜３の上面の位置と実質的に同じである。二次元材料層１は絶縁膜３の上面から接続導電体２ｄの上面上にまで、屈曲することなく平面状に延びている。

接続導電体２ｄは半導体層４とオーミック接合していることが望ましい。また、接続導電体２ｄは電磁波検出器が検出する電磁波の波長において高い透過率を示すことが望ましい。好ましくは、接続導電体２ｄを構成する材料は、電磁波の照射により特性が変化し、二次元材料層１に電位の変化を与える材料であり、例えば、量子ドット、強誘電体材料、液晶材料、フラーレン、希土類酸化物、半導体材料、ｐｎ接合材料、金属－半導体接合材料、および、金属－絶縁物－半導体接合材料からなる群から選択される少なくとも１つを含む。例えば、接続導電体２ｄを構成する材料が電磁波による分極効果（焦電効果）を有する強誘電体材料であれば、電磁波の照射により、強誘電体に分極の変化が生じ、二次元材料層１に電位の変化を与えることができる。

上記電磁波検出器は、接続導電体２ｄを備える。接続導電体２ｄは、開口部３ａの内部において、半導体層４と二次元材料層１とを電気的に接続する。接続導電体２ｄは半導体層４とオーミック接合となっていることが望ましい。また、接続導電体２ｄは電磁波の検出波長において高い透過率を示すことが望ましい。

実施の形態４に係る電磁波検出器では、二次元材料層１と半導体層４との間に接続導電体２ｄが設けられることにより、実施の形態１に係る電磁波検出器と比べて、二次元材料層１と半導体層４との間のコンタクト抵抗を低減でき、また二次元材料層１と半導体層４との接合がショットキー接合である場合に問題となる光電流の減衰を抑制できる。

また、実施の形態４に係る電磁波検出器では、接続導電体２ｄの厚みと絶縁膜３の厚みとが実質的に同じである、つまり接続導電体２ｄの上面の位置が絶縁膜３の上面の位置と実質的に同じであるのが好ましい。この場合、二次元材料層１が折れ曲がることなく水平に形成されるため、二次元材料層１でのキャリアの移動度が向上する。光ゲート効果は移動度に比例するため、電磁波検出器の検出感度が向上する。

なお、実施の形態４に係る電磁波検出器の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態５．
図２４は、実施の形態５に係る電磁波検出器の平面模式図である。図２５は、図２４の線分ＸＸＶ－ＸＸＶにおける断面模式図である。

図２４，図２５に示されるように、実施の形態５に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器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、半導体層４が第１導電型を有する第１半導体部分４ａと第２導電型を有する第２半導体部分４ｂとを含み、かつ両者が開口部３ａの内部において接合している点で、実施の形態１に係る電磁波検出器と異なる。

第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂは、開口部３ａの上記短手方向に沿って並んで配置されている。第１半導体部分４ａは、第２半導体部分４ｂと逆のキャリアでドーピングされている。すなわち、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとは、ｐｎ接合している。第１半導体部分４ａ、第２半導体部分４ｂ、および第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面４ａｂは、開口部３ａの内部において露出している。接合界面４ａｂは、開口部３ａの上記長手方向に沿って延びている。接合界面４ａｂは、絶縁膜３の開口部３ａの下に延びている。絶縁膜３の開口部３ａは、例えば頂部４３上に配置されている。

第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂを構成する材料は、例えば同じ半導体材料である。なお、第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂを構成する材料は、異なる半導体材料であってもよい。その場合、それぞれの半導体材料が吸収できる電磁波の波長帯域で電磁波検出器を駆動できることから、検出可能な電磁波の波長域を拡大、選択することができる。

半導体層４は、例えば、第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂよりも下方に、他の半導体部分４ｃをさらに含んでいる。他の半導体部分４ｃは、第１導電型または第２導電型を有していてもよいし、いずれの導電型も有していなくてもよい。他の半導体部分４ｃ上には、他の電極部２ｃが配置されていてもよい。

段差部４０は、少なくとも第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂを含んでいる。段差部４０は、例えば第１半導体部分４ａ、第２半導体部分４ｂ、および他の半導体部分４ｃにより構成されている。一方の底部４１ａ、他方の底部４１ｂ、一方の側部４２の下方部分、および他方の側部４２の下方部分は、例えば他の半導体部分４ｃにより構成されている。一方の側部４２の上方部分、および頂部４３のうち一方の側部４２側に位置する部分は、第１半導体部分４ａにより構成されている。他方の側部４２の上方部分、および頂部４３のうち他方の側部４２側に位置する部分は、第２半導体部分４ｂにより構成されている。

第２電極部２ｂは、底部４１ｂ上に配置されている。二次元材料層１の領域１ｃは、開口部３ａの内部において、第１半導体部分４ａを電気的に接続されている部分および第２半導体部分４ｂと電気的に接続されている部分を含む。二次元材料層１の領域１ｃと第１半導体部分４ａとが接合されている接合部４ａｃ、および領域１ｃと第２半導体部分４ｂとが接合されている接合部４ｂｃは、開口部３ａの内部に配置されている。

二次元材料層１は、上記領域１ａ、領域１ｂおよび領域１ｃに加えて、領域１ｂの上記他の部分に接続されており、かつ他方の底部４１ｂ上に配置されている領域１ｄをさらに含む。領域１ｄは、第２電極部２ｂと電気的に接続されている。

図２５に示されるように、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面４ａｂは二次元材料層１と接触するように配置されている。そのため、光照射により第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面４ａｂで発生した光キャリアを二次元材料層１に容易に取り出すことができる。さらに、ｐｎ接合界面４ａｂ上の二次元材料層１の導電率は、光キャリアにより生じたｐｎ接合での局所電界変化の影響を受けて、変化する。この結果、電磁波検出器の検出感度が向上する。

また、図２５に示すように、二次元材料層１は、第１電極部２ａと第２電極部２ｂとの間をつなぐように配置されている。二次元材料層１は、第１電極部２ａと第２電極部２ｂとの間の領域で、半導体層４と接続されている。この結果、第１電極部２ａと第２電極部２ｂとの間に電圧を印加し、半導体層４で発生した光キャリアを二次元材料層１で読み出す事ができる。このとき、二次元材料層１において、第１半導体部分４ａと接触している領域および第２半導体部分４ｂと接触している領域の各々は、各半導体部分によりドーピングされる。そのため、二次元材料層１内に電荷密度の勾配が形成される。この結果、二次元材料層１におけるキャリアの移動度が向上し、電磁波検出器の検出感度が向上する。

（変形例）
図２６に示される電磁波検出器は、図２４，図２５に示される電磁波検出器と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、第１半導体部分４ａが第１電極部２ａと直接接続されており、かつ第２半導体部分４ｂが第２電極部２ｂと直接接続されている点で、図２４，図２５に示される電磁波検出器と異なる。

第１半導体部分４ａは、開口部３ａ下から第１電極部２ａ下に位置する領域にまで延在している。第２半導体部分４ｂは、開口部３ａ下から第２電極部２ｂ下に位置する領域にまで延在している。

段差部４０は、第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂにより構成されている。段差部４０は、他の半導体部分４ｃを含まない。一方の底部４１ａ、一方の側部４２、および頂部４３のうち一方の側部４２側に位置する部分は、第１半導体部分４ａにより構成されている。他方の底部４１ａ、他方の側部４２、および頂部４３のうち他方の側部４２側に位置する部分は、第２半導体部分４ｂにより構成されている。

絶縁膜３においては、開口部３ａを挟む位置であって第１電極部２ａと第２電極部２ｂとのそれぞれの下に位置する領域に追加の開口部が形成されている。第１電極部２ａは、当該追加の開口部の内部において、第１半導体部分４ａと直接接続されている。第２電極部２ｂは、当該追加の開口部の内部において、第２半導体部分４ｂと直接接続されている。

これにより、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとの間に電圧Ｖを印加しながら二次元材料層１にも電圧を印加することが出来る。このとき、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとからなるフォトダイオードが逆バイアスを印加した飽和状態にあれば、二次元材料層１にのみ電流が流れる。これにより、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂで空乏層が発生し、二次元材料層１に大きな電圧変化を与えることができるため、結果的に大きな光電流（光キャリア）を取り出すことが出来る。さらに、二次元材料層１では第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面である接合部４ｂａで生じた局所電界変化の影響を受けて、二次元材料層１の導電率が変化する。この結果、電磁波検出器の検出感度が向上する。

また、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとからなるトンネルダイオードを用いる場合、光照射時にのみ大きな光電流が発生する。当該光電流が二次元材料層１へ注入される。さらに、光照射時のみに二次元材料層１において電界変化の影響による導電率の変化を発生させることができる。この結果、電磁波検出器の高感度化を図ることができる。

また、実施の形態５に係る電磁波検出器において、他の半導体部分４ｃおよび他の電極部２ｃは形成されていなくてもよい。

図２７に示される電磁波検出器は、図２４，図２５に示される電磁波検出器と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、二次元材料層１の領域１ｃが接合部４ａｃと接合部４ｂｃとの間で分断されている点で、図２４，図２５に示される電磁波検出器と異なる。図２８に示される電磁波検出器は、図２６に示される電磁波検出器と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、二次元材料層１の領域１ｃが接合部４ａｃと接合部４ｂｃとの間で分断されている点で、図２６に示される電磁波検出器と異なる。

言い換えると、図２７，２８に示される二次元材料層１の領域１ｃは、接合界面４ａｂ上において分断されている。図２７，２８に示される二次元材料層１の領域１ｃは、第１半導体部分４ａと接触している第１接続領域と、第２半導体部分４ｂと接触している第２接続領域とを有している。第１接続領域と第２接続領域とは、二次元材料層１を介さずに、ｐｎ接合界面４ａｂのみを介して電気的に接続されている。

図２７および図２８に示される二次元材料層１は、第１半導体部分４ａと電気的に接続されている第１接続領域を有する第１の二次元材料層１と、第２半導体部分４ｂと電気的に接続されている第２接続領域を有する第２の二次元材料層１とを含む。第１の二次元材料層１と第２の二次元材料層１とは、互いに独立した別部材として構成されている。第１の二次元材料層１と第２の二次元材料層１とは、接合界面４ａｂを挟んで対向するように配置されている。第１の二次元材料層１と第２の二次元材料層１とは、接合界面４ａｂ上において分断されている。

図２７および２８に示される電磁波検出器では、電流Ｉは、第２電極部２ｂ、第２の二次元材料層１、接合部４ｂｃ、第２半導体部分４ｂ、ｐｎ接合界面４ａｂ、第１半導体部分４ａ、接合部４ａｃ、第１の二次元材料層１、および第１電極部２ａを順に流れる。接合部４ａｃおよび接合部４ｂｃは、二次元材料層１と第１半導体部分４ａまたは第２半導体部分４ｂとがショットキー接合しているショットキー接合部である。

このような電磁波検出器では、接合部４ａｃに逆バイアスが印加されるため、暗電流が低減される。

また、第１半導体部分４ａを構成する材料が第２半導体部分４ｂを構成する材料と異なる場合、接合部４ａｃのショットキー接合に印加される電圧値（逆バイアス）に対する障壁高さの変化の程度は、接合部４ｂｃのショットキー接合に印加される当該電圧値（順バイアス）に対する障壁高さの変化の程度と異なる。接合部４ａｃおよび接合部４ｂｃがショットキー接合部である場合、障壁高さに応じて暗電流および光電流の振る舞いが変化する。そのため、図２７および図２８に示される電磁波検出器では、暗電流および光電流の各々の変化の割合が電圧値によって自由に調整され得るため、温度感度が向上され得る。

なお、実施の形態５に係る電磁波検出器および上記変形例の各構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態６．
図２９は、実施の形態６に係る電磁波検出器の平面模式図である。図３０は、図２９の線分ＸＸＸ－ＸＸＸにおける断面模式図である。図２９および図３０に示されるように、実施の形態６に係る電磁波検出器は、実施の形態５に係る電磁波検出器と基本的には同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、開口部３ａから半導体層４を視て、第１半導体部分４ａが第２半導体部分４ｂの少なくとも一部を挟むように配置されている点で、実施の形態５に係る電磁波検出器と異なる。

開口部３ａから半導体層４を視て、第１半導体部分４ａは、開口部３ａの上記短手方向において第２半導体部分４ｂに対する一方の側に配置されている第１部分４ａ１と、開口部３ａの上記短手方向において第２半導体部分４ｂに対する他方の側に配置されている第２部分４ａ２と有している。開口部３ａの内部において、第２半導体部分４ｂ、第１半導体部分４ａの第１部分４ａ１、および第１半導体部分４ａの第２部分４ａ２は、二次元材料層１に面するように配置されている。第１部分４ａ１および第２部分４ａ２の各々は、第２半導体部分４ｂと接合している。

第１半導体部分４ａの第１部分４ａ１および第２部分４ａ２、第２半導体部分４ｂ、ならびに、第１部分４ａ１と第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面４ａｂ１および第２部分４ａ２と第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面４ａｂ２は、開口部３ａの内部において露出している。

二次元材料層１は、開口部３ａの内部において、第１半導体部分４ａの第１部分４ａ１および第２部分４ａ２、第２半導体部分４ｂ、ならびに、ｐｎ接合界面４ａｂ１およびｐｎ接合界面４ａｂ２と、接続されている。

実施の形態６に係る電磁波検出器では、実施の形態５に係る電磁波検出器と比べて、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面を増やすことができる。さらに、上記ｐｎ接合界面と二次元材料層１との接触領域を増加させることで、光照射によりｐｎ接合界面で生じる局所電界変化が二次元材料層１に与える影響を増大させることができる。さらに、上記ｐｎ接合界面と二次元材料層１との接触領域を増加させることで、光照射によりｐｎ接合界面で生じる局所電界変化が二次元材料層１に与える影響を増大させることができる。

（変形例）
第２半導体部分４ｂは、複数設けられていてもよい。つまり開口部３ａの内部において、第１半導体部分４ａ中に互いに間隔を隔てて複数の第２半導体部分４ｂを配置してもよい。この結果、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとのｐｎ接合界面をさらに増やすことができる。さらに、上記ｐｎ接合界面と二次元材料層１との接触領域をさらに増加させることで、光照射によりｐｎ接合界面で生じる局所電界変化が二次元材料層１に与える影響を増大させることができる。

また、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとはｐｎｐまたはｎｐｎフォトトランジスタとすることができる。例えば、図３１に示されるように、第１電極部２ａを第１半導体部分４ａと接触させてもよい。図３１に示した電磁波検出器は、基本的には図２９および図３０に示した電磁波検出器と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、絶縁膜３、第１電極部２ａおよび電極部２ｃの構成が図２９および図３０に示した電磁波検出器と異なっている。すなわち、図３１に示した電磁波検出器では、第１電極部２ａと第１半導体部分４ａとが接触している。さらに、電極部２ｃと第１半導体部分４ａとも接触している。絶縁膜３においては、開口部３ａを挟む位置であって第１電極部２ａと電極部２ｃとのそれぞれの下に位置する領域に追加の開口部が形成されている。当該追加の開口部の内部に第１電極部２ａと電極部２ｃとがそれぞれ延在する。当該追加の開口部の内部において、第１電極部２ａおよび電極部２ｃが第１半導体部分４ａと接続されている。

このような構成とすることで、光照射時にのみ第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂからなるトランジスタに電流が流れる。この結果、二次元材料層１に電界変化を生じさせることができ、電磁波検出器の高感度化を図ることができる。

実施の形態７．
図３２は、実施の形態７に係る電磁波検出器の平面模式図である。図３３は、図３２の線分ＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩにおける断面模式図である。図３２および図３３に示されるように、実施の形態７に係る電磁波検出器は、実施の形態５に係る電磁波検出器と基本的には同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、第２半導体部分４ｂが第１半導体部分４ａに埋め込まれている点で、実施の形態５に係る電磁波検出器と異なる。

第２半導体部分４ｂは、開口部３ａの下に配置されている。第２半導体部分４ｂは、開口部３ａの内部において二次元材料層１と接続されている第１半導体部分４ａの下に埋め込まれている。第２半導体部分４ｂは、例えば段差部４０の内部において、頂部４３よりも下方であって底部４１よりも上方に配置されている。頂部４３と第２半導体部分４ｂとの間には第１半導体部分４ａが配置されている。言い換えると、二次元材料層１と第２半導体部分４ｂとの間には薄い第１半導体部分４ａが配置されている。頂部４３と第２半導体部分４ｂとの間に位置する第１半導体部分４ａの厚さは、第２半導体部分４ｂの厚さよりも薄い。

第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとによりｐｎ接合が形成される。この結果、開口部３ａの内部に位置する二次元材料層１の直下に上記ｐｎ接合が形成されることになる。このため、半導体層４から二次元材料層１への光電流の取り出し効率が向上する。さらに、半導体層４が二次元材料層１に与える電界変化が大きくなるため、電磁波検出器を高感度化することが出来る。

このようにすれば、図３３に示すように、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとの接合界面にｐｎ接合が形成され、ダイオードが構成される。当該ダイオードに電磁波（光）が照射されることにより、第１半導体部分４ａと第２半導体部分４ｂとの接合界面において発生した光キャリアの失活が小さくなり二次元材料層１へ注入される光電流が増加する。この結果、感度の高い電磁波検出器を得ることができる。

また、実施の形態７に係る電磁波検出器において、他の半導体部分４ｃおよび他の電極部２ｃは形成されていなくてもよい。

なお、実施の形態７に係る電磁波検出器の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態８．
図３４は、実施の形態８に係る電磁波検出器の断面模式図である。図３４に示されるように、実施の形態８に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器と基本的には同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、絶縁膜３において第１電極部２ａから開口部３ａに向けて絶縁膜３の厚さが徐々に薄くなるテーパ部３ｂが形成されている点で、実施の形態１に係る電磁波検出器と異なる。

図３４に示されるように、第１電極部２ａと絶縁膜３の開口部３ａとの間において、絶縁膜３の表面が側部４２に対して傾斜したテーパ部３ｂが形成されている。テーパ部３ｂの表面と第１半導体部分４ａの表面とのなす角度は鋭角であればよく、たとえば４５°以下でもよく、３０°以下でもよい。テーパ部３ｂの表面は、例えば平面であるが、曲面であってもよい。テーパ部３ｂは、任意の方法により形成され得る。たとえば、半導体層４を傾けて絶縁膜を成膜することによりテーパ部３ｂを形成してもよい。あるいは、半導体層４を傾けた状態で、当該半導体層４上に予め形成された絶縁膜３をドライエッチングすることにより、テーパ部３ｂを形成してもよい。

実施の形態８に係る電磁波検出器では、テーパ部３ｂにおいて絶縁膜３に勾配が設けられていることで、半導体層４に電磁波が照射された場合に、二次元材料層１中における電界変化の程度に局所的な変化が生じる。つまり、半導体層４に電磁波が照射され、二次元材料層１に電界変化が与えられる際に、絶縁膜３の厚さの変化に応じて当該電界変化の程度が局所的に変わる。これにより、二次元材料層１中のキャリアの移動度が向上し、電磁波検出器の検出感度が向上する。

なお、実施の形態８に係る電磁波検出器の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態９．
＜電磁波検出器の構成＞
図３５は、実施の形態９に係る電磁波検出器の断面模式図である。図３５に示されるように、実施の形態９に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器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、二次元材料層１が乱層構造部分１ｅを含む点で、実施の形態１に係る電磁波検出器と異なる。

図３５に示されるように、二次元材料層１においてチャネル領域に対応する領域が乱層構造部分１ｅとなっている。ここで、乱層構造部分１ｅとは、グラフェンが複数積層された領域であって、積層されたグラフェン同士の格子が不整合な状態で積層された構造を意味する。なお、二次元材料層１の全体が乱層構造であってもよいし、乱層構造部分１ｅのみが乱層構造となっていてもよい。

乱層構造部分１ｅの作製方法は、任意の方法であればよい。乱層構造部分１ｅは、例えばＣＶＤ法で作製した単層のグラフェンを複数回転写し、多層グラフェンを積層することにより、形成され得る。また、乱層構造部分１ｅは、例えばグラフェン上に、エタノールまたはメタンなどを炭素源としてＣＶＤ法によりグラフェンを成長することにより、形成され得る。

図３５に示される電磁波検出器では、二次元材料層１においてチャネル領域に相当する部分が乱層構造部分１ｅとなっているので、二次元材料層１におけるキャリアの移動度が向上する。ここで、通常の積層グラフェンは、Ａ－Ｂ積層と呼ばれ、積層したグラフェン同士の格子が整合した状態で積層される。しかし、ＣＶＤ法により作製したグラフェンは多結晶であり、グラフェン上に更にグラフェンを複数回転写した場合、またはＣＶＤ法を用いて下地のグラフェン上にグラフェンを積層した場合は、積層されたグラフェン同士の格子が不整合な状態である乱層構造となる。

乱層構造部分１ｅを構成する乱層構造のグラフェンは、層間の相互作用の影響が少なく、単層グラフェンと同等の性質を持つ。さらに、二次元材料層１は下地となる絶縁膜３でのキャリア散乱の影響を受けて移動度が低下する。しかし、乱層構造部分１ｅにおいて、絶縁膜３と接触するグラフェンはキャリア散乱の影響を受けるが、当該グラフェン上に乱層構造で積層された上層のグラフェンは、下地の絶縁膜３のキャリア散乱の影響を受けにくくなる。また、乱層構造のグラフェンでは、層間の相互作用の影響が少ないため、導電率も向上する。以上より、乱層構造のグラフェンではキャリアの移動度を向上させることができる。この結果、電磁波検出器の感度を向上させることができる。

また、乱層構造のグラフェンは絶縁膜３上に存在する二次元材料層１の部分のみに適用しても良い。たとえば、二次元材料層１において領域１ａについては乱層構造ではないグラフェン、たとえば単層のグラフェンを用いてもよい。この場合、第１電極部２ａおよび第１半導体部分４ａと二次元材料層１とのコンタクト抵抗を増大させることなく、二次元材料層１に対する絶縁膜３のキャリア散乱の影響を抑制することが出来る。

なお、実施の形態９に係る電磁波検出器の構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態１０．
図３６は、実施の形態１０に係る電磁波検出器の断面模式図である。

図３６に示されるように、実施の形態１０に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器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、二次元材料層１に接触するように配置された１つ以上の導電体７をさらに備える点で、実施の形態１に係る電磁波検出器と異なる。

図３６に示される電磁波検出器では、複数の導電体７が二次元材料層１の領域１ｂに接触するように配置されている。複数の導電体７は互いに間隔を隔てて配置されている。複数の導電体７は、例えば段差部４０の側部４２上に配置されている。導電体７はフローティング電極である。以下、具体的に説明する。

図３６に示すように、実施の形態１０に係る電磁波検出器は、二次元材料層１上にフローティング電極としての複数の導電体７を備える。各導電体７を構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよいが、たとえば金（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。各導電体７は、電源回路等に接続されておらず、フローティングとなっている。

複数の導電体７は、第１電極部２ａと第１半導体部分４ａとの間に位置する二次元材料層１の領域１ｂ上に設けられている。複数の導電体７は、一次元、又は、二次元の周期構造を有する。たとえば、一次元の周期構造の例として、図３６の紙面上の水平方向又は紙面の奥行き方向に複数の導電体７が互いに間隔を隔てて（周期的に）配列された構造を採用し得る。また、二次元の周期構造の例として、電磁波検出器の平面視において、正方格子又は三角格子等の格子点に対応する位置に導電体７が配列された構造を採用し得る。また、電磁波検出器の平面視において、各導電体７の平面形状は、円形状、三角形状、四角形状、多角形状、又は、楕円形状等の任意の形状であってもよい。また、導電体７の平面視における配置は、上述した周期的な対称性を有する配列だけに限られず、平面視において非対称性を有する配列であってもよい。ここで、導電体７を形成する具体的な方法は、任意の方法を採用し得るが、例えば、実施の形態１で説明した第１電極部２ａの製造方法と同様の方法を用いてもよい。

実施の形態１０に係る電磁波検出器では、チャネル領域に対応する二次元材料層１の上にフローティング電極である導電体７を設けている。そのため、半導体層４において電磁波の照射により発生した光キャリアが、複数の導電体７の間を行き来できるようになり、その結果光キャリアの寿命が長くなる。これにより、電磁波検出器の感度を高めることができる。

また、複数の導電体７を一次元の周期的な構造を構成する配置し、導電体７の材料を表面プラズモン共鳴が生じる材料とすることにより、照射される電磁波によって導電体７に偏光依存性が生じる。この結果、特定の偏光の電磁波だけを電磁波検出器の半導体層４に照射させることができる。この場合、実施の形態１０に係る電磁波検出器は、特定の偏光のみを検出することができる。

また、複数の導電体７を二次元の周期的な構造を構成するように配置し、導電体７の材料を表面プラズモン共鳴が生じる材料とすることにより、複数の導電体７によって特定の波長の電磁波を共鳴させることができる。この場合、特定の波長を有する電磁波だけを電磁波検出器で検出することができる。この場合、実施の形態１０に係る電磁波検出器は、特定の波長の電磁波のみを高感度に検出することができる。

また、複数の導電体７を平面視において非対称な配置となるように形成した場合、複数の導電体７を一次元の周期的な構造する場合と同様、照射される電磁波に対して導電体７に偏光依存性が生じる。この結果、特定の偏光の電磁波だけを半導体層４に照射させることができる。この場合、実施の形態１０に係る電磁波検出器は、特定の偏光のみを検出することができる。

（変形例）
図３７に示される電磁波検出器は、図３６に示される電磁波検出器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、二次元材料層１の下に導電体７が配置されている点で、図３６に示した電磁波検出器と異なっている。すなわち、図３７に示される電磁波検出器では、複数の導電体７が二次元材料層１の下面と絶縁膜３の上部表面との間に配置されている。二次元材料層１は、複数の導電体７の表面に沿って複数の屈曲部（凹凸部）を有する。このような構成によっても、図３６に示した電磁波検出器と同様の効果を得ることができる。さらに、この場合、導電体７の形成時に二次元材料層１にダメージを与えないため、二次元材料層１でのキャリアの移動度の低下を抑制できる。

また、チャネル領域に対応する二次元材料層１の領域に凹凸部を形成してもよい。この場合、二次元材料層１の凹凸部は、上述した複数の導電体７と同様、周期的な構造又は非対称な構造としてもよい。この場合、複数の導電体７を形成した場合と同様の効果を得ることができる。

また、図３６および図３７に示される各導電体７は側部４２上にのみ形成されているが、領域１ｂに接触している限りにおいて、頂部４３、側部４２および底部４１の少なくともいずれかの上に形成されていればよい。

また、図３６および図３７に示される各電磁波検出器は、複数の導電体７を備えるが、１つの導電体７のみを備えていてもよい。

なお、実施の形態１０に係る電磁波検出器および上記変形例の各構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態１１．
図３８は、実施の形態１１に係る電磁波検出器の断面模式図である。図３８に示されるように、実施の形態１１に係る電磁波検出器は、実施の形態１に係る電磁波検出器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、二次元材料層１に接触するように配置された１つ以上の接触層８をさらに備える点で、実施の形態１に係る電磁波検出器と異なる。

図３８に示される電磁波検出器では、接触層８は、二次元材料層１の領域１ｂ上に配置されている。接触層８は、二次元材料層１と接触して、二次元材料層１に正孔又は電子を供給するように設けられている。

接触層８を構成する材料は、例えば、ポジ型フォトレジストと呼ばれる、キノンジアジト基を有する感光剤とノボラック樹脂とを含有する組成物である。また、接触層８を構成する材料は、例えば極性基を有する材料であってもよく、より具体的には極性基を有する材料の一例である電子求引基を有する材料であってもよい。電子求引基を有する材料は、二次元材料層１の電子密度を減少させる効果を持つ。また、接触層８を構成する材料は、例えば極性基を有する材料の一例である電子供与基を有する材料であってもよい。電子供与基を有する材料は、二次元材料層１の電子密度を増加させる効果を持つ。

電子求引基を有する材料としては、例えば、ハロゲン、ニトリル、カルボキシル基、又は、カルボニル基等を有する材料が挙げられる。また、電子供与基を有する材料としては、例えば、アルキル基、アルコール、アミノ基、又は、ヒドロキシル基等を有する材料が挙げられる。また、接触層８を構成する材料は、電子求引基および電子供与基以外の極性基によって分子全体において電荷の偏りが生じる材料であってもよい。

また、接触層８を構成する材料は、分子全体で電荷の偏りが生じて極性を生じる限りにおいて、有機物、金属、半導体、絶縁体、２次元材料、又は、これら材料のいずれかの混合物であってもよい。

接触層８を構成する材料が無機物である場合、該接触層８と接触している二次元材料層１がドーピングされる導電型は、二次元材料層１の仕事関数よりも接触層８の仕事関数が大きい場合はｐ型、小さい場合はｎ型となる。それに対して、接触層８を構成する材料が有機物の場合には、当該接触層８を構成する材料である有機物は明確な仕事関数を有していない。そのため、二次元材料層１がドーピングされる導電型がｐ型またはｎ型となるかは、接触層８に用いる有機物の分子の極性によって、接触層８の材料の極性基を判断することが好ましい。

例えば、接触層８として、ポジ型フォトレジストと呼ばれる、キノンジアジト基を有する感光剤とノボラック樹脂とを含有する組成物を用いる場合、二次元材料層１においてフォトリソグラフィ工程によりレジストを形成した領域がｐ型二次元材料層領域となる。これにより、二次元材料層１の表面上に接触するマスク形成処理が不要となる。この結果、二次元材料層１に対するプロセスダメージの低減及びプロセスの簡素化が可能となる。

実施の形態１１に係る電磁波検出器は、二次元材料層１の上に接触層８を形成している。上述した通り、接触層８の材料として、例えば、電子求引基を有する材料、又は、電子供与基を有する材料を用いることで、二次元材料層１の状態（導電型）を意図的にｎ型又はｐ型とすることができる。この場合、第１電極部２ａおよび第１半導体部分４ａから二次元材料層１へのキャリアドーピングの影響を考慮せず、二次元材料層１のキャリアドーピングを制御することができる。この結果、電磁波検出器の性能を向上させることができる。

また、接触層８を、二次元材料層１の上部表面における第１電極部２ａ側または第１半導体部分４ａ側のどちらか一方にのみ形成することで、二次元材料層１中に電荷密度の勾配が形成される。この結果、二次元材料層１中のキャリアの移動度が向上し、電磁波検出器を高感度化することができる。

また、実施の形態１１に係る電磁波検出器において、接触層８の膜厚は、電磁波が二次元材料層１に照射された場合に、光電変換を行うことができるよう十分薄い方が好ましい。一方、接触層８から二次元材料層１にキャリアがドーピングされる程度の厚さを有するように接触層８を形成することが好ましい。接触層８は、分子又は電子などのキャリアが二次元材料層１に導入されれば任意の構成としても良い。たとえば、二次元材料層１を溶液に浸漬させて、分子レベルで二次元材料層１にキャリアを供給することで、固体の接触層８を二次元材料層１上に形成しないで、二次元材料層１にキャリアをドーピングしてもよい。

また、接触層８の材料として、上述した材料以外にも、極性変換を生じる材料を用いてもよい。その場合、接触層８が極性変換すると、変換の際に生じた電子又は正孔が、二次元材料層１に供給される。そのため、接触層８が接触している二次元材料層１の部分に電子又は正孔のドーピングが生じる。そのため、接触層８を取り除いても、接触層８と接触していた二次元材料層１の当該部分は、電子又は正孔がドーピングされたままの状態となる。したがって、接触層８として、極性変換を生じる材料を用いた場合、一定の時間が経過した後に接触層８を二次元材料層１上から取り除いてもよい。この場合、接触層８が存在している場合より二次元材料層１の開口部面積が増加する。このため、電磁波検出器の検出感度を向上させることができる。ここで、極性変換とは、極性基が化学的に変換する現象であり、例えば、電子求引基が電子供与基に変化する、または電子供与基が電子求引基に変化する、または極性基が非極性基に変化する、または非極性基が極性基に変化する、といった現象を意味する。

また、接触層８が電磁波照射によって極性変換を生じる材料により形成されてもよい。この場合、特定の電磁波の波長において極性変換を生じる材料を接触層８の材料として選択することで、特定の電磁波の波長の電磁波照射時のみ接触層８で極性変換を生じさせ、二次元材料層１へのドーピングを行うことができる。この結果、二次元材料層１に流入する光電流を増大させることができる。

また、電磁波照射によって酸化還元反応を生じる材料を接触層８の材料として用いてもよい。この場合、酸化還元反応時に生じる電子又は正孔を二次元材料層１にドーピングすることができる。

上記電磁波検出器は、二次元材料層１に接触する接触層８を備える。接触層８は、二次元材料層１に正孔または電子を供給する。この場合、第１電極部２ａおよび第１半導体部分４ａからのキャリアドーピングの影響を考慮せず、二次元材料層１のキャリアドーピングを制御することができる。この結果、電磁波検出器の性能を向上させることができる。

なお、図３８に示される接触層８はが側部にのみ形成されているが、頂部４３、側部４２および底部４１の少なくともいずれかの上に形成されていればよい。

なお、実施の形態１１に係る電磁波検出器および上記変形例の各構成は、他の実施の形態にも適用することができる。

実施の形態１２．
図３９は、実施の形態１２に係る電磁波検出器集合体の平面模式図である。

図３９に示されるように、実施の形態１２に係る電磁波検出器集合体１０００は、複数の電磁波検出器１００の集合体である。電磁波検出器集合体１０００は、検出素子として、実施の形態１～１１のいずれかに係る電磁波検出器１００を複数有している。電磁波検出器集合体１０００は、たとえば、電磁波検出器１００として実施の形態１に係る電磁波検出器を備えている。

電磁波検出器集合体１０００では、複数の電磁波検出器１００の各々の検出波長は等しい。図３９に示されるように、電磁波検出器集合体１０００では、複数の電磁波検出器１００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１００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３９に示される電磁波検出器集合体１０００では、４つの電磁波検出器１００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１００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１００を３以上×３以上のアレイ状に配置してもよい。

なお、図３９に示される電磁波検出器集合体１０００では、複数の電磁波検出器１００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１００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１００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１００をアレイ状に配置する際は、それぞれの電磁波検出器１００が分離出来てさえいれば、第２電極部２ｂは共通電極としてもよい。第２電極部２ｂを共通電極とすることで、各電磁波検出器１００において第２電極部２ｂ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、電磁波検出器集合体を高解像度化することが可能となる。

また、それぞれの電磁波検出器１００同士を分離する方法としては、例えば実施の形態２で述べたトレンチ構造などの電流遮断構造５を電磁波検出器１００の外周に設ければよい。

このように複数の電磁波検出器１００を用いた電磁波検出器集合体１０００は、アレイ状に複数の電磁波検出器１００を配列することで画像センサとしても使用できる。

電磁波検出器集合体１０００は、電磁波検出器１００として実施の形態２～１１に係る電磁波検出器のいずれかを備えていてもよい。電磁波検出器集合体１０００は、電磁波検出器１００として実施の形態２～１１に係る電磁波検出器のいずれかを備えていてもよい。

電磁波検出器集合体１０００は、実施の形態１～１１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１～１１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。

（変形例）
図４０に示される電磁波検出器集合体２０００は、図３９に示される電磁波検出器集合体１０００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２００、２０１，２０２，２０３を備えている点で、図３９に示される電磁波検出器集合体と異なる。すなわち、図４０に示される電磁波検出器集合体２０００では、互いに異なる種類の電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３がアレイ状（マトリックス状）に配置されている。

図４０に示される電磁波検出器集合体２０００では、電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３が２×２のマトリックス状に配置されているが、配置される電磁波検出器の数はこれに限定されない。また、図４０に示される電磁波検出器集合体２０００では、複数の電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３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２００，２０１，２０２，２０３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２００，２０１，２０２，２０３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。

図４０に示される電磁波検出器集合体２０００では、実施の形態１～１１のいずれかに係る、種類の異なる電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３を、一次元又は二次元のアレイ状に配置することで、画像センサとしての機能を持たせることができる。

電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３は、例えば互いに検出波長が異なる電磁波検出器である。具体的には、電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３は実施の形態１～１１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、電磁波検出器集合体は、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電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３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、電磁波検出器を構成する半導体層４の構成材料として、検出波長の異なる半導体材料を用いてもよい。たとえば、検出波長が可視光の波長である半導体材料と、検出波長が赤外線の波長である半導体材料とを上記構成材料として用いてもよい。この場合、例えば、当該電磁波検出器を車載センサに適用した時に、昼間は可視光画像用カメラとして電磁波検出器を使用できる。さらに、夜間は赤外線カメラとしても電磁波検出器を使用できる。このようにすれば、電磁波の検出波長によって、画像センサを有するカメラを使い分ける必要が無い。

また、イメージセンサ以外の電磁波検出器の用途としては、たとえば少ない画素数でも、物体の位置検出を行うことが可能な位置検出用センサとして当該電磁波検出器を用いることができる。たとえば、電磁波検出器集合体の構造により、上記のように検出波長の異なる電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３を用いれば、複数波長の電磁波の強度を検出する画像センサが得られる。これにより、従来、ＣＭＯＳイメージセンサなどで必要であったカラーフィルタを用いることなく、複数の波長の電磁波を検出し、カラー画像を得ることができる。

さらに、検出する偏光が異なる電磁波検出器２００，２０１，２０２，２０３をアレイ化することにより、偏光識別イメージセンサを形成することもできる。例えば、検知する偏光角度が０°、９０°、４５°、１３５°である４つの画素を一単位として、当該一単位の電磁波検出器を複数配置することで偏光イメージングが可能になる。偏光識別イメージセンサによって、例えば、人工物と自然物の識別、材料識別、赤外波長域における同一温度物体の識別、物体間の境界の識別、又は、等価的な分解能の向上などが可能になる。

以上のように、電磁波検出器集合体２０００は、広い波長域の電磁波を検出することができる。また、電磁波検出器集合体２０００は、異なる波長の電磁波を検出することができる。

（変形例）
なお、上述した各実施の形態において、絶縁膜３、接触層８、または第１半導体部分４ａおよび第２半導体部分４ｂの材料として、電磁波の照射により特性が変化し、二次元材料層１に電位の変化を与える材料を用いることが好ましい。

ここで、電磁波の照射により特性が変化し、二次元材料層１に電位の変化を与える材料としては、例えば、量子ドット、強誘電体材料、液晶材料、フラーレン、希土類酸化物、半導体材料、ｐｎ接合材料、金属－半導体接合材料、又は、金属－絶縁物－半導体接合材料等を用いることができる。例えば、強誘電体材料として、電磁波による分極効果（焦電効果）を有する強誘電体材料を用いる場合、電磁波の照射により、強誘電体材料に分極の変化が生じる。この結果、二次元材料層１に電位の変化を与えることができる。

上述のように絶縁膜３、接触層８、第１半導体部分４ａ、または第２半導体部分４ｂを構成する材料が電磁波の照射により特性が変化する材料である場合、絶縁膜３、接触層８、第１半導体部分４ａ、または第２半導体部分４ｂでは、電磁波の照射により特性が変化して、二次元材料層１に電位の変化を与えることができる。

なお、電磁波の照射により特性が変化し、二次元材料層１に電位の変化を与える材料を絶縁膜３、接触層８、第１半導体部分４ａ、または第２半導体部分４ｂに適用する例を説明したが、上述した各部材のうちの少なくとも一つ以上に、電磁波の照射により特性が変化し、二次元材料層１に電位の変化を与える材料を適用すればよい。例えば、接触層８に電磁波の照射により特性が変化し、二次元材料層１に電位の変化を与える材料を適用する場合、接触層８は、必ずしも二次元材料層１に直接接触している必要はない。たとえば、電位の変化を二次元材料層１に与えることができれば、絶縁膜等を介して、二次元材料層１の上面又は下面上に接触層８を設けてもよい。

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開示が含まれており、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開示が抽出され得る。

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。本開示の範囲は、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 二次元材料層、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 領域、１ｅ 乱層構造部分、２ａ 第１電極部、２ｂ 第２電極部、２ｃ 第３電極部、２ｃ 電極部、２ｄ 接続導電体、３ 絶縁膜、３ａ 開口部、３ｂ テーパ部、４ 半導体層、４ａ 第１半導体部分、４ａ１ 第１部分、４ａ２ 第２部分、４ａｂ，４ａｂ１，４ａｂ２ 接合界面、４ｂ，ｂａ 第２半導体部分、４ｂａ，４ｂｃ 接合部、４ｃ 半導体部分、５ 電流遮断機構、６ バッファ層、７ 導電体、８ 接触層、４０ 段差部、４１，４１ａ，４１ｂ 底部、４２ 側部、４３，４３ａ，４３ｂ 頂部、４４ 裏面部、１００，２００，２０１，２０２，２０３ 電磁波検出器、１０００，２０００ 電磁波検出器集合体。

Claims (19)

1. 少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、
   前記少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ前記少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜および前記少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体層と接続され光ゲート効果を発生させる領域と、前記少なくとも１つの開口部において前記半導体層と電気的に接続された接続領域とを有する二次元材料層と、
   前記絶縁膜上に配置され、かつ前記絶縁膜の前記開口部から離れた位置において前記二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、
   前記半導体層上に配置され、かつ前記二次元材料層の前記接続領域を経由して前記第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備え、
   前記少なくとも１つの開口部は、複数の開口部を含み、
   前記複数の開口部の各々は、前記少なくとも１つの段差部のうちの１つの段差部の一部を露出するように設けられている、電磁波検出器。
2. 少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、
   前記少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ前記少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜および前記少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体層と接続され光ゲート効果を発生させる領域と、前記少なくとも１つの開口部において前記半導体層と電気的に接続された接続領域とを有する二次元材料層と、
   前記絶縁膜上に配置され、かつ前記絶縁膜の前記開口部から離れた位置において前記二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、
   前記半導体層上に配置され、かつ前記二次元材料層の前記接続領域を経由して前記第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備え、
   前記半導体層は、前記絶縁膜と対向する領域に位置し、前記少なくとも１つの開口部の外周を囲むように配置された電流遮断構造を含む、電磁波検出器。
3. 少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、
   前記少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ前記少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜および前記少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体層と接続され光ゲート効果を発生させる領域と、前記少なくとも１つの開口部において前記半導体層と電気的に接続された接続領域とを有する二次元材料層と、
   前記絶縁膜上に配置され、かつ前記絶縁膜の前記開口部から離れた位置において前記二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、
   前記半導体層上に配置され、かつ前記二次元材料層の前記接続領域を経由して前記第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備え、
   前記半導体層は、
   第１導電型を有する第１半導体部分と、
   前記第１半導体部分と接合され、第２導電型を有する第２半導体部分とを含み、
   前記少なくとも１つの開口部の内部において、前記第１半導体部分と前記第２半導体部分との接合部の一部と、前記接合部に連なる前記第１半導体部分の一部および前記第２半導体部分の一部とが前記二次元材料層の前記接続領域に面するように配置されており、
   前記少なくとも１つの開口部から前記半導体層を視て、前記第１半導体部分は前記第２半導体部分の少なくとも一部を挟むように配置されている第１部分および第２部分を有し、
   前記少なくとも１つの開口部の内部において、前記第２半導体部分の少なくとも一部、前記第１半導体部分の前記第１部分、および前記第１半導体部分の前記第２部分が、前記二次元材料層の前記接続領域に面するように配置されている、電磁波検出器。
4. 少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、
   前記少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ前記少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜および前記少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体層と接続され光ゲート効果を発生させる領域と、前記少なくとも１つの開口部において前記半導体層と電気的に接続された接続領域とを有する二次元材料層と、
   前記絶縁膜上に配置され、かつ前記絶縁膜の前記開口部から離れた位置において前記二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、
   前記半導体層上に配置され、かつ前記二次元材料層の前記接続領域を経由して前記第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備え、
   前記半導体層は、
   第１導電型を有する第１半導体部分と、
   前記第１半導体部分と接合され、第２導電型を有する第２半導体部分とを含み、
   前記少なくとも１つの開口部の内部において、前記第１半導体部分と前記第２半導体部分との接合部の一部と、前記接合部に連なる前記第１半導体部分の一部および前記第２半導体部分の一部とが前記二次元材料層の前記接続領域に面するように配置されており、
   前記二次元材料層の前記接続領域は、前記第１半導体部分と接触している第１接続領域と、前記第２半導体部分と接触している第２接続領域とを有し、
   前記二次元材料層は、前記第１接続領域を有する第１の二次元材料層と、前記第２接続領域を有する第２の二次元材料層とを含み、
   前記第１の二次元材料層と前記第２の二次元材料層とは、前記第１半導体部分と前記第２半導体部分との前記接合部上において分断されている、電磁波検出器。
5. 少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、
   前記少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ前記少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜および前記少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体層と接続され光ゲート効果を発生させる領域と、前記少なくとも１つの開口部において前記半導体層と電気的に接続された接続領域とを有する二次元材料層と、
   前記絶縁膜上に配置され、かつ前記絶縁膜の前記開口部から離れた位置において前記二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、
   前記半導体層上に配置され、かつ前記二次元材料層の前記接続領域を経由して前記第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備え、
   前記半導体層は、
   第１導電型を有する第１半導体部分と、
   前記第１半導体部分と接合され、第２導電型を有する第２半導体部分とを含み、
   前記第１半導体部分は、前記少なくとも１つの開口部の内部において、前記二次元材料層の前記接続領域と接続されており、
   前記第２半導体部分は、前記少なくとも１つの開口部の内部において前記二次元材料層の前記接続領域と接続されている前記第１半導体部分の下に埋め込まれている、電磁波検出器。
6. 少なくとも１つの段差部が形成されており、かつ検出波長に感度を有する半導体層と、
   前記少なくとも１つの段差部上に配置され、かつ前記少なくとも１つの段差部の一部を露出する少なくとも１つの開口部が設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜および前記少なくとも１つの開口部上に配置され、かつ前記絶縁膜を介して前記半導体層と接続され光ゲート効果を発生させる領域と、前記少なくとも１つの開口部において前記半導体層と電気的に接続された接続領域とを有する二次元材料層と、
   前記絶縁膜上に配置され、かつ前記絶縁膜の前記開口部から離れた位置において前記二次元材料層と電気的に接続された第１電極部と、
   前記半導体層上に配置され、かつ前記二次元材料層の前記接続領域を経由して前記第１電極部と電気的に接続された第２電極部とを備え、
   前記絶縁膜の厚みは、前記第１電極部から前記少なくとも１つの開口部に近づくにつれて変化する、電磁波検出器。
7. 前記第１電極部は、前記第１半導体部分と直接接続されており、
   前記第２電極部は、前記第２半導体部分と直接接続されている、請求項４または５に記載の電磁波検出器。
8. 前記少なくとも１つの段差部は、頂部、底部、および前記底部と前記頂部との間に配置される側部を有し、
   前記少なくとも１つの開口部は、前記頂部、前記底部、および前記側部の少なくとも一部を露出するように設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
9. 前記少なくとも１つの段差部は、複数の段差部を含み、
   前記少なくとも１つの開口部は、前記複数の段差部の少なくとも一部を露出するように設けられている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
10. 前記少なくとも１つの開口部の内部において、前記半導体層と前記二次元材料層の前記
    接続領域との間に配置されたバッファ層をさらに備える、請求項１～９のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
11. 前記バッファ層は、前記二次元材料層の前記接続領域と前記半導体層との間にトンネル電流を形成することが可能な厚さを有する、請求項１０に記載の電磁波検出器。
12. 前記少なくとも１つの開口部の内部において、前記半導体層と前記二次元材料層の前記接続領域とを電気的に接続する接続導電体をさらに備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
13. 前記二次元材料層は、前記第１電極部と電気的に接続されている電極接続領域をさらに有し、
    前記接続領域と前記電極接続領域とが並んで配列している方向と交差する方向における前記接続領域の幅の最小値が、前記電極接続領域の幅の最小値よりも狭い、請求項１～１２のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
14. 前記交差する方向における前記接続領域の幅が、前記配列している方向において前記電極接続領域から離れるにつれて、徐々に狭くなっている、請求項１３に記載の電磁波検出器。
15. 前記二次元材料層に接触するように配置された、１つ以上の導電体または接触層をさらに備える、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
16. 前記二次元材料層は、遷移金属ダイカルコゲナイド、グラフェン、黒リン、シリセン、ゲルマネン、グラフェンナノリボンおよびボロフェンからなるグループから選択されるいずれかの材料を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
17. 前記二次元材料層は、乱層構造で設けられた１層以上のグラフェンを備え、
    前記乱層構造で設けられた１層以上のグラフェンは、前記絶縁膜のうち前記少なくとも１つの開口部と前記第１電極部の間に位置する部分上に設けられている、請求項１～１６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
18. 前記二次元材料層を覆うように配置された絶縁保護膜をさらに備える、請求項１～１７のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
19. 請求項１～１８のいずれか１項に記載の電磁波検出器を複数備え、
    複数の前記電磁波検出器が、第１方向および第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、電磁波検出器集合体。

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