WO2025150232A1 - 電磁波検出器 - Google Patents

Abstract

電磁波検出器は、グラフェン層（８０）と、二次元半導体層（５０）と、第１絶縁膜（６０）とを備えている。グラフェン層（８０）及び二次元半導体層（５０）は、電気的に直列接続されており、かつ第１絶縁膜（６０）を介在させて対向配置されている。

Description

電磁波検出器

　本開示は、電磁波検出器に関する。

　例えば米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号明細書（特許文献１）には、電磁波検出器が記載されている。特許文献１に記載の電磁波検出器は、半導体層と、第１誘電体層及び第２誘電体層と、第１電極及び第２電極と、グラフェン層とを有している。

　半導体層の導電型は、ｎ型である。第１誘電体層及び第２誘電体層は、互いに離間するように、半導体層上に配置されている。第１誘電体層上及び第２誘電体層上には、それぞれ第１電極及び第２電極が配置されている。グラフェン層は、第１誘電体層と第２誘電体層との間において半導体層上に配置されているとともに、第１電極及び第２電極に電気的に接続されている。

　特許文献１に記載の電磁波検出器では、第１電極及び第２電極を介して、グラフェン層に電圧が加えられる。電磁波が第１誘電体層と第２誘電体層との間にある半導体層に入射すると、光電変換により光キャリアが発生する。発生した光キャリアは、グラフェン層に加わっている電圧により増幅される。このようにして、特許文献１に記載の電磁波検出器では、電磁波に対する検出感度が高められている。

米国特許出願公開第２０１５／０２４３８２６号明細書

　特許文献１では、電磁波に対する検出感度は、半導体層の量子効率に依存する。しかしながら、電磁波に対する半導体層の量子効率は、不十分なことがある。本開示は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。本開示は、検出感度が向上された電磁波検出器を提供するものである。

　本開示の電磁波検出器は、グラフェン層と、二次元半導体層と、第１絶縁膜とを備えている。グラフェン層及び二次元半導体層は、電気的に直列接続されており、かつ第１絶縁膜を介在させて対向配置されている。

　本開示の電磁波検出器によると、電磁波に対する検出精度を高めることが可能である。

電磁波検出器１００Ａの平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける電磁波検出器１００Ａの断面図である。 変形例１に係る電磁波検出器１００Ａの断面図である。 変形例２に係る電磁波検出器１００Ａの断面図である。 電磁波検出器１００Ｂの断面図である。 変形例１に係る電磁波検出器１００Ｂの断面図である。 変形例２に係る電磁波検出器１００Ｂの断面図である。 電磁波検出器１００Ｃの断面図である。 変形例に係る電磁波検出器１００Ｃの断面図である。 電磁波検出器１００Ｄの断面図である。 変形例に係る電磁波検出器１００Ｄの断面図である。 電磁波検出器１００Ｅの断面図である。 変形例に係る電磁波検出器１００Ｅの断面図である。 電磁波検出器１００Ｆの断面図である。 変形例１に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。 変形例２に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。 変形例３に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。 変形例４に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。 電磁波検出器１００Ｇの断面図である。 電磁波検出器１００Ｈの断面図である。 積層体１２０Ａの断面図である。 積層体１２０Ｂの断面図である。 変形例１に係る電磁波検出器１００Ｈの断面図である。 変形例２に係る電磁波検出器１００Ｈの断面図である。 変形例３に係る電磁波検出器１００Ｈの断面図である。 変形例３に係る電磁波検出器１００Ｈにおける積層体１２０Ａの断面図である。 変形例３に係る電磁波検出器１００Ｈにおける積層体１２０Ｂの断面図である。

　本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　以下に説明される実施の形態では、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、以下に説明される実施の形態により本開示が限定されるものではない。特記される場合を除いて、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、同一の符号が付されたものは、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。

　以下に説明される実施の形態では、可視光又は赤外光を検出する場合の電磁波検出器の構成が説明されるが、本開示の電磁波検出器が検出する光は可視光及び赤外光に限定されない。以下に説明される実施の形態は、可視光及び赤外光に加えて、例えば、Ｘ線、紫外光、近赤外光、テラヘルツ（ＴＨｚ）波、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では、これらの光及び電波を総称して電磁波と記載する。

　また、以下の実施の形態では、グラフェンとしてｐ型グラフェン及び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がｐ型グラフェンと呼ばれ、真性状態のグラフェンよりも電子が多いものがｎ型グラフェンと呼ばれる。すなわち、ｎ型の材料は電子供与性を有する材料であり、ｐ型の材料は電子求引性を有する材料である。

　また、分子全体において電荷に偏りが見られる場合に電子が支配的になるものがｎ型と呼ばれる場合もある。分子全体において電荷に偏りが見られる場合に正孔が支配的になるものがｐ型と呼ばれる場合もある。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は、有機物及び無機物のいずれか一方又は有機物及び無機物の混合物が用いられてもよい。

　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、可視光域及び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、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、実施の形態において、絶縁膜と表記されるものは、特別な記載がない限りトンネル電流が生じない厚さを有する絶縁物の膜である。

　実施の形態１．
　実施の形態１に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態１に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ａとする。

　（電磁波検出器１００Ａの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ａの構成を説明する。

　図１は、電磁波検出器１００Ａの平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける電磁波検出器１００Ａの断面図である。図１及び図２に示されているように、電磁波検出器１００Ａは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。

　基材１０の構成材料は、例えば、電気絶縁性の材料である。基材１０を構成する電気絶縁性の材料の具体例としては、ガラス、石英、サファイア、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ポリイミド、ポリエステル等が挙げられる。基材１０の構成材料は、半導体材料であってもよい。基材１０を構成する半導体材料の具体例としては、ケイ素、ゲルマニウム、ＩＩＩ－Ｖ族半導体やＩＩ－Ｖ族半導体等の化合物半導体、テルル化カドミウム水銀、アンチモン化イリジウム、鉛セレン、鉛硫黄、カドミウム硫黄、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ヒ化インジウムガリウム、ヒ化インジウム、アンチモン化ガリウム、インジウムガリウムヒ素が挙げられる。基材１０は、量子井戸又は量子ドットを含む基板であってもよい。基材１０の構成材料は、ＴｙｐｅＩＩ超格子であってもよい。基材１０の構成材料は、上記の材料の単体であってもよく、上記の材料を組み合わせた材料であってもよい。基材１０は、表面１０ａと裏面１０ｂとを有している。裏面１０ｂは、表面１０ａの反対面である。表面１０ａ及び裏面１０ｂは、基材１０の厚さ方向における両端面である。

　絶縁膜２０の構成材料は、例えば酸化物等の電気絶縁性の材料である。絶縁膜２０の構成材料の具体例として、酸化ケイ素、オルトケイ酸テトラエチル、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化ニッケル、窒化ボロン、シロキサン系のポリマーが挙げられる。絶縁膜２０は、トンネル電流が流れない程度の厚さを有している。絶縁膜２０は、基材１０上に配置されている。絶縁膜２０は、表面２０ａを有している。表面２０ａは、基材１０とは反対側を向いている面である。

　電極３０の構成材料は、導電体であれば任意の材料であってもよい。電極３０の構成材料は、例えばアルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、クロム及びパラジウムの少なくともいずれかを含んでいてもよい。電極３０は、基材１０上に配置されている。電極３０は、表面３０ａを有している。表面３０ａは、基材１０とは反対側を向いている面である。また、電極３０は、表面３０ａが表面２０ａと連なって平坦面をなすように配置されていてもよい。電極４０の構成材料は、導電体であれば任意の材料であってもよい。電極４０の構成材料は、例えばアルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、クロム及びパラジウムの少なくともいずれかを含んでいてもよい。電極４０は、絶縁膜２０（表面２０ａ）上に配置されている。電極３０と基材１０との間又は電極４０と絶縁膜２０との間に、図示されない密着層が設けられていてもよい。密着層は、密着性を高めるように構成されている。密着層の材料構成は、例えば、クロム、ニッケル又はチタン等の金属材料を含んでいる。

　二次元半導体層５０の構成材料は、二次元半導体材料である。二次元半導体材料は、例えば、遷移金属ダイカルコゲナイド、ボロフェン、シリセン、黒リン、ＡｓＰ、ゲルマネン、ＰｂＳ、ＧａＳｅ、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、ＺｒＳ_２、ＺｒＳｅ_２、ＴａＳ、ＴａＡｓ、ワイル半金属等である。遷移金属ダイカルコゲナイドには、例えば、ＭｏＳ_２、ＭｏＳｅ_２、ＭｏＴｅ_２、ＷＳ_２、ＷＳｅ_２、ＷＴｅ_２、ＨｆＳ_２、ＳｎＳ_２、ＳｎＳｅ_２、ＲｅＳ_２、ＲｅＳｅ_２等が含まれる。

　二次元半導体層５０の構成材料として、単層グラフェンが用いられてもよい。単層のグラフェンは、二次元炭素結晶の単原子層である。グラフェンは、六角形状に配置された複数の連鎖の各々にそれぞれ配置された複数の炭素原子を有している。グラフェンの吸収率は、低い。より具体的には、グラフェンの吸収率は、２．３パーセントである。しかしながら、単層グラフェンは線形バンド分散を有するため、広帯域な波長において感度を有する。また、二次元半導体層５０の構成材料は、複数のグラフェン層が積層された多層グラフェンであってもよい。多層グラフェン中のグラフェンのそれぞれの六方格子の格子ベクトルの向きは、一致していてもよいし、異なっていてもよい。また、多層グラフェン中のグラフェンのそれぞれ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。また、二次元半導体層５０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。

　例えば、２層以上のグラフェン層が積層されることにより二次元半導体層５０にバンドギャップが形成される。つまり、積層されたグラフェン層の数を変更することにより、バンドギャップの大きさを調整することができる。これにより、二次元半導体層５０は、光電変換の対象となる電磁波（検出波長）を選択する波長選択効果を有することができる。また、例えば、多層グラフェンのグラフェン層の数が増加すると、チャネル領域での移動度が低下する。一方で、多層グラフェンのグラフェン層の数が増加すると、基板からの光キャリア散乱の影響が抑制されるため、電磁波検出器１００Ａのノイズが低下する。このため、多層グラフェンが用いられた二次元半導体層５０を有する電磁波検出器１００Ａでは、光吸収が増加されるため、電磁波の検出感度が向上する。

　多層グラフェンは、積層方位角度がランダムに配置された乱層積層グラフェンであってもよい。乱層積層グラフェンは、格子が不整合な状態で複数のグラフェン層が積層されたものである。乱層積層グラフェンではグラフェンの層間相互作用が弱いため、移動度が単層グラフェンと同等程度であり、かつグラフェン下地の電気的な外乱が抑制されるため、通常の単層グラフェンよりも移動度が高く保たれるといった効果がある。さらに、乱層積層グラフェンは、多層グラフェンであるにもかかわらず線形なバンド分散を有するため、単層グラフェンと同様に広帯域な光吸収が可能となり、電磁波検出器１００Ａの検出波長を広帯域化することができる。また、乱層積層グラフェンにおけるグラフェン層の積層角度は、モアレを生じる角度であってもよい。この場合、フラットバンドが形成され、広い範囲の波長域において入射光と結合することができるため、電磁波検出器１００Ａの検出効率が向上する。さらに、上記の積層角度によりモアレポテンシャルを形成することにより、電磁波検出器１００Ａは、特定の波長域を選択的に検出することが可能となる。

　二次元半導体層５０として、ナノリボン状のグラフェン（グラフェンナノリボン）が用いられてもよい。二次元半導体層５０は、グラフェンナノリボン単体であってもよい。二次元半導体層５０の構造は、複数のグラフェンナノリボンが積層された構造であってもよい。二次元半導体層５０の構造は、グラフェンナノリボンが平面上に周期的に配列された構造であってもよい。二次元半導体層５０の構造が周期的にグラフェンナノリボンが配列された構造である場合、グラフェンナノリボンにおいてプラズモン共鳴を発生するため、電磁波検出器１００Ａの感度が向上する。グラフェンナノリボンが周期的に配列された構造は、グラフェンメタマテリアルと呼ばれることもある。すなわち、二次元半導体層５０としてグラフェンメタマテリアルが用いられた電磁波検出器１００Ａでは、上述の効果が得られる。また、グラフェンには、周期的に穴が形成されてもよい。この場合にも穴の大きさ、周期によってプラズモン共鳴が生じるため、特定波長において吸収が増加し、電磁波検出器１００Ａの感度が向上する。穴の形状は真円、楕円、正方形、長方形などが挙げられる。周期は、一次元周期、二次元周期、二重周期、非対称性を含む周期であってもよい。

　二次元半導体層５０の端部は、グラフェンナノリボンであってもよい。この場合、グラフェンナノリボンはバンドギャップを有するため、グラフェンナノリボンとの接合領域においてショットキー接合が形成される。

　二次元半導体層５０は、電極３０及び電極４０と電気的に接続されるように、絶縁膜２０上、電極３０上及び電極４０上に配置されている。より具体的には、二次元半導体層５０の一方端部（図中の左側の端部）は電極３０上にあり、二次元半導体層５０の他方端部（図中の右側の端部）は電極４０上にある。二次元半導体層５０は、電極３０及び電極４０とショットキー接合されていてもよい。二次元半導体層５０の構成材料は、バンドギャップを有していてもよい。

　絶縁膜６０の構成材料は、電気絶縁性の材料である。絶縁膜６０の構成材料の具体例として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化ボロン、シロキサン系のポリマーが挙げられる。絶縁膜６０は、電極３０上、電極４０上及び二次元半導体層５０上に配置されている。但し、電極４０の一部は、絶縁膜６０から露出している。絶縁膜６０はトンネル電流が流れない程度の厚さであり、可能な限り絶縁膜６０の厚さは小さい方が好ましい。電極７０の構成材料は、導電性の材料である。電極７０の構成材料は、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、ニッケル、クロム及びパラジウムの少なくともいずれかを含んでいてもよい。電極７０は、絶縁膜６０上に配置されている。

　グラフェン層８０は、単層グラフェン又は多層グラフェンの層である。グラフェン層８０は、電極４０及び電極７０に電気的に接続されるように、絶縁膜６０上に配置されている。より具体的には、グラフェン層８０の一方端部（図中の左側の端部）が電極７０上にあり、グラフェン層８０の他方端部（図中の右側の端部）が電極４０上にある。このように、グラフェン層８０は、絶縁膜６０を介在させて二次元半導体層５０と対向配置されており、かつ二次元半導体層５０と電気的に直列接続されている。多層グラフェンは、積層方位角度がランダムに配置された乱層積層グラフェンであってもよい。上記のとおり、乱層積層グラフェンは格子が不整合な状態で複数のグラフェン層が積層されたものである。乱層積層グラフェンでは、グラフェンの層間相互作用が弱いため移動度が単層グラフェンと同等程度であり、かつグラフェン下地の電気的な外乱が抑制されるため単層グラフェンよりも移動度が高く保たれる。

　電磁波検出器１００Ａには、電源１１０からバイアス電圧が加えられる。より具体的には、電源１１０は、電極３０及び電極７０に電気的に接続されており、電極３０における電位が電極７０における電位よりも高くなるようにバイアス電圧が加えられる。図示されていないが、グラフェン層８０に流れる電流を測定するために、電磁波検出器１００Ａには電流計が接続されている。この電流計に代えて、電圧計が用いられてもよい。

　（電磁波検出器１００Ａの製造方法）
　以下に、電磁波検出器１００Ａの製造方法を説明する。

　電磁波検出器１００Ａの製造方法は、準備工程と、第１絶縁膜形成工程と、第１電極形成工程と、第２電極形成工程と、二次元半導体層形成工程と、第２絶縁膜形成工程と、第３電極形成工程と、グラフェン層形成工程とを有している。

　準備工程では、基材１０が準備される。第１絶縁膜形成工程は、準備工程の後に行われる。準備工程では、基材１０上に絶縁膜２０が形成される。第１絶縁膜形成工程では、第１に、例えばＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）法により絶縁膜２０の構成材料が成膜される。第２に、成膜された絶縁膜２０の構成材料がパターンニングされる。このパターンニングにより、電極３０を形成するための開口が形成される。このパターンニングは、例えば、成膜された絶縁膜２０の構成材料の上に形成されたレジストパターンをマスクとするエッチングにより行われる。

　第１電極形成工程は、第１絶縁膜形成工程の後に行われる。第１電極形成工程では、絶縁膜２０の開口内において基材１０上に電極３０が形成される。第２電極形成工程は、第１電極形成工程の後に行われる。第２電極形成工程では、絶縁膜２０上に電極４０が形成される。電極３０や電極４０は、例えば、リフトオフ法で形成されてもよい。スパッタリング等で成膜された電極３０（電極４０）の構成材料は、レジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより形成されてもよい。第２電極形成工程は、第１電極形成工程の後に行われてもよい。

　二次元半導体層形成工程は、第２電極形成工程の後に行われる。二次元半導体層形成工程では、例えばＣＶＤ法等で予め形成しておいた二次元半導体層５０を転写することにより、二次元半導体層５０が形成される。二次元半導体層５０は、レジストパターンをマスクとしてエッチングすることでパターンニングされてもよい。第２絶縁膜形成工程は、二次元半導体層形成工程の後に行われる。第２絶縁膜形成工程では、二次元半導体層５０へのダメージが少ない成膜方法、例えば、真空蒸着法やＡＬＤ（Atomic　Layer　Deposition）法により、絶縁膜６０が形成される。

　第３電極形成工程は、第２絶縁膜形成工程の後に行われる。第３電極形成工程では、第１電極形成工程や第２電極形成工程と同様の方法により、電極７０が絶縁膜６０上に形成される。グラフェン層形成工程は、第３電極形成工程の後に行われる。グラフェン層形成工程では、例えばＣＶＤ法等で予め形成しておいたグラフェン層８０を転写することにより、グラフェン層８０が形成される。以上のような工程により、図１及び図２に示されているような電磁波検出器１００Ａの構造が得られる。

　（電磁波検出器１００Ａの動作原理）
　以下に、電磁波検出器１００Ａの動作原理を説明する。

　まず、図２に示されているように、電極３０と電極７０との間には、電圧Ｖを印加する電源回路が電気的に接続されている。この場合、電極７０と電極３０との間の電流経路の一部となるグラフェン層８０には、電流Ｉが流れる。電源回路には、図示しない電流計が設置されており、当該電流計により電流Ｉをモニターする。

　次に、二次元半導体層５０に電磁波が照射される。これにより、二次元半導体層５０において光電変換が発生し、グラフェン層８０に光電流が流れる。また、二次元半導体層５０は、絶縁膜６０を介してグラフェン層８０に電界変化を与える。この結果、グラフェン層８０に対して擬似的にゲート電圧が印加された状態となり、グラフェン層８０内の抵抗値が変化する。これを光ゲート効果と呼ぶ。

　さらに、二次元半導体層５０において光電変換が発生すると、二次元半導体層５０の抵抗値が変化するため、グラフェン層８０に加わるバイアス電圧に変化が生じることによっても、グラフェン層８０の電気抵抗値が変化する。これを光バイアス効果と呼ぶ。

　これらの抵抗値の変化により、グラフェン層８０に流れる光電流である電流Ｉが変化することになる。電流Ｉの変化を検出することによって、電磁波検出器１００Ａに照射された電磁波を検出することができる。

　また、例えば二次元半導体層５０がバンドギャップを有する材料である場合又は二次元半導体層５０が電極４０若しくは電極３０とショットキー接合している場合、電圧Ｖを調整して二次元半導体層５０を逆バイアス動作させることで、電流Ｉをゼロにすることができる。すなわち、本実施の形態に係る電磁波検出器では、オフ動作が可能となる。このとき、光照射時にのみ二次元半導体層５０に電流Ｉが流れるため、光照射時にのみ電流Ｉ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１００Ａは、上述のようなグラフェン層８０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、電極７０と電極３０との間に一定電流を流し、電極７０と電極３０間の電圧Ｖの変化（つまりグラフェン層８０での電圧値の変化）を検出してもよい。

　また、同じ電磁波検出器１００Ａを２つ以上用いることにより、電磁波を検出してもよい。例えば、同じ電磁波検出器１００Ａを２つ以上準備する。１つの電磁波検出器１００Ａを電磁波が照射されない遮蔽された空間に配置し、他の電磁波検出器１００Ａを測定対象である電磁波が照射される空間に配置する。そして、電磁波が照射される他の電磁波検出器１００Ａの電流Ｉ又は電圧Ｖと遮蔽された空間に配置された電磁波検出器１００Ａの電流Ｉ又は電圧Ｖとの差分を検出する。このようにして、電磁波を検出してもよい。

　（電磁波検出器１００Ａの動作）
　以下に、図１及び図２に示した電磁波検出器１００Ａの具体的な動作を説明する。

　電磁波検出器１００Ａの主たる検出波長の範囲は、二次元半導体層５０の構成材料に応じて決定される。検出波長の電磁波が二次元半導体層５０に入射すると、二次元半導体層５０において電子正孔対が発生する。発生した電子正孔対（光キャリア）は電極７０及び電極３０から光電流として取り出される。このとき、絶縁膜６０の直下領域で発生した光キャリアにより、絶縁膜６０を介してグラフェン層８０に電界変化が生じる。これは前述した光ゲート効果である。

　上述のように、グラフェン層８０を構成するグラフェンは移動度が高く、わずかな電界変化に対して大きな変位電流を得ることができる。そのため、二次元半導体層５０の光電変換によりグラフェン層８０を経由して電極７０から取り出した光電流は、光ゲート効果により大きく増幅される。そのため、電磁波検出器１００Ａでは、二次元半導体層５０の構成材料における量子効率を超える高感度化が可能となる。

　このとき、二次元半導体層５０をキャリア拡散長が短くなるように設計することで、高速に応答を得ることが可能である。キャリア拡散長が短くなることで、二次元半導体層５０における光キャリアのキャリア寿命が短くなる。その結果、光ゲート効果による増幅の遅延が解消され、二次元半導体層５０の光電変換により発生する光キャリアと光ゲート効果による増幅とを分離でき、電磁波検出器１００Ａの高速応答化が可能となる。

　（電磁波検出器１００Ａの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ａの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ａでは、二次元半導体層５０が絶縁膜６０を介在させてグラフェン層８０と対向配置されているため、二次元半導体層５０とグラフェン層８０との間の電位差に起因して、グラフェン層８０にフェルミレベルの変調が生じる。電磁波が二次元半導体層５０に入射すると、光電変換により二次元半導体層５０中に光キャリアが発生する。光キャリアの発生により二次元半導体層５０の電気抵抗値が変化した結果、グラフェン層８０のフェルミレベルも変化し、グラフェン層８０の電気抵抗値も変化する（光ゲート効果）。また、光キャリアの発生に起因して二次元半導体層５０の電気抵抗値が変化した結果、グラフェン層８０に加わるバイアス電圧に変化が生じることによっても、グラフェン層８０の電気抵抗値が変化する（光バイアス効果）。

　特に、グラフェン層８０を構成している単層グラフェンの厚さは原子１つ分の厚さしかないため、二次元半導体層５０に光キャリアが発生することにより、グラフェン層８０のフェルミレベルや電気抵抗値は大きく変化する。また、グラフェン層８０を構成している単層グラフェンの電子移動度は大きい。そのため、光ゲート効果及び光バイアス効果により、二次元半導体層５０への電磁波の入射に伴うグラフェン層８０における電流の変化は極めて大きくなる。

　以上のようにして、電磁波検出器１００Ａによると、電磁波に対する検出感度を高めることが可能である。

　電磁波検出器１００Ａでは、表面２０ａ及び表面３０ａが平坦面をなしている場合、二次元半導体層５０が当該平坦面上に配置される。そのため、二次元半導体層５０も平坦に形成されることになり、二次元半導体層５０における電子の移動度が向上する。

　電磁波検出器１００Ａにおいて二次元半導体層５０と電極３０及び電極４０とがショットキー接合されている場合又は二次元半導体層５０の構成材料がバンドギャップを有している場合、順バイアス時にはグラフェン層８０に電流が流れるものの、逆バイアス時にはグラフェン層８０に電流が流れない。そのため、これらの場合には、グラフェン層８０に暗電流が流れることを抑制可能、すなわち電磁波検出器１００Ａをオフ動作させることが可能である。

　電磁波検出器１００Ａにおいて基材１０の構成材料が半導体材料である場合、基材１０に読み出し回路等の電磁波検出器１００Ａに接続される外部回路を形成することが可能となる。電磁波検出器１００Ａにおいて二次元半導体層５０の構成材料が乱層積層グラフェンである場合、乱層積層グラフェンは、多層グラフェンであるにもかかわらず、バンドが線形分散になるため、吸収可能な電磁波の波長帯域が広い。また、グラフェンは、積層される層の数に応じて電磁波の吸収率が増加する。そのため、電磁波検出器１００Ａにおいて二次元半導体層５０が乱層積層グラフェンである場合、電磁波に対する検出感度がさらに向上する。電磁波検出器１００Ａにおいて電極３０、電極４０及び電極７０にそれぞれ異なる種類の電極材料が用いられた場合、各電極間に仕事関数差が生じることで、キャリアの取り出し効率を向上させることができる。

　＜変形例１及び変形例２＞
　図３は、変形例１に係る電磁波検出器１００Ａの断面図である。図４は、変形例２に係る電磁波検出器１００Ａの断面図である。図３及び図４には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図３及び図４に示されているように、電磁波検出器１００Ａは、電極４０を有していなくてもよい。この場合、二次元半導体層５０の他方端部とグラフェン層８０の他方端部とが、電極４０を介さずに電気的に接続される。二次元半導体層５０の他方端部とグラフェン層８０の他方端部との接続は、ファンデルワールスヘテロ接合である。より具体的には、二次元半導体層５０の他方端部における表面とグラフェン層８０の他方端部における表面とがファンデルワールスヘテロ接合されている。図３及び図４に示されている構成のいずれにおいても、電極４０が形成されないため、電極４０の形成に伴うプロセスダメージを低減可能である。

　図３に示されているように、グラフェン層８０の他方端部は、二次元半導体層５０の他方端部と揃っていてもよい。二次元半導体層５０とグラフェン層８０との接続部では二次元半導体層５０において発生した光キャリアによりグラフェン層８０のフェルミレベルが変化する光スイッチング効果が生じる。光スイッチング効果により二次元半導体層５０とグラフェン層８０との障壁が変化するため、電磁波が二次元半導体層５０に入射した際に大きな電流が流れ、電磁波に対する検出感度が高められる。

　図４に示されているように、グラフェン層８０の他方端部は、二次元半導体層５０の他方端部を覆っていてもよい。この場合、二次元半導体層５０からグラフェン層８０への光キャリアの注入効率が向上するため、電磁波に対する検出感度が高められる。

　実施の形態２．
　実施の形態２に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態２に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｂとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｂの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｂの構成を説明する。

　図５は、電磁波検出器１００Ｂの断面図である。図５には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図５に示されているように、電磁波検出器１００Ａは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。この点に関し、電磁波検出器１００Ｂの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と共通している。

　二次元半導体層５０は、側面５０ａと側面５０ｂとを有している。側面５０ｂは、側面５０ａの反対面である。側面５０ａ及び側面５０ｂは、それぞれ二次元半導体層５０の一方端部及び他方端部にある。電磁波検出器１００Ｂでは、側面５０ａ及び側面５０ｂは、それぞれ電極３０及び電極４０に電気的に接続されている。このことを別の観点から言えば、二次元半導体層５０は、電極３０及び電極４０にエッジコンタクトしている。さらに別の観点から言えば、表面２０ａ及び表面３０ａは平坦面をなしておらず、表面２０ａと表面３０ａとの間に、表面２０ａ側が低くなる段差が存在している。これらの点に関し、電磁波検出器１００Ｂの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と異なっている。

　（電磁波検出器１００Ｂの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｂの効果を説明する。

　二次元半導体層５０は、厚さ方向における電気抵抗値が、面内方向における電池抵抗値に対して大きくなっている。そのため、電磁波検出器１００Ｂでは、二次元半導体層５０を電極３０及び電極４０に対してエッジコンタクトさせる（側面５０ａ及び側面５０ｂをそれぞれ電極３０及び電極４０に電気的に接続する）ことにより、電磁波が入射されることにより二次元半導体層５０において発生する光キャリアをより効率的に取り出すことが可能となる。

　＜変形例１＞
　図６は、変形例１に係る電磁波検出器１００Ｂの断面図である。図６には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図６に示されているように、グラフェン層８０は、側面８０ａと側面８０ｂとを有している。側面８０ｂは、側面８０ａの反対面である。側面８０ａ及び側面８０ｂは、それぞれグラフェン層８０の一方端部及び他方端部にある。側面８０ａ及び側面８０ｂは、それぞれ、電極７０及び電極４０に電気的に接続されている。つまり、グラフェン層８０は、電極７０及び電極４０にエッジコンタクトしている。絶縁膜６０は、側面６０ａを有している。側面６０ａは、電極４０に接触している。側面５０ｂの位置、側面６０ａの位置及び側面８０ｂの位置は、揃っている。

　グラフェン層８０は、厚さ方向における電気抵抗値が、面内方向における電池抵抗値に対して大きくなっている。そのため、グラフェン層８０を電極７０及び電極４０に対してエッジコンタクトさせることにより、光キャリアの取り出し効率がさらに改善される。また、側面５０ｂの位置、側面６０ａの位置及び側面８０ｂの位置が揃っているため、二次元半導体層５０、絶縁膜６０及びグラフェン層８０をエッチングした後に電極４０を埋め込んで形成することができるため、プロセスが簡易化されるとともに、二次元半導体層５０やグラフェン層８０に対するプロセスダメージを軽減可能である。

　＜変形例２＞
　図７は、変形例２に係る電磁波検出器１００Ｂの断面図である。図７には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図７に示されているように、絶縁膜２０は、側面２０ｂを有している。側面２０ｂは、電極３０に接触している。側面５０ａ及び側面５０ｂは、側面５０ａと側面５０ｂとの間の距離が絶縁膜２０に近づくにつれて大きくなるように、二次元半導体層５０の厚さ方向に対して傾斜している。側面８０ａ及び側面８０ｂは、側面８０ａと側面８０ｂとの間の距離が絶縁膜６０に近づくにつれて大きくなるように、グラフェン層８０の厚さ方向に対して傾斜している。側面５０ａ及び側面２０ｂは、互いに連なって第１傾斜面をなしている。側面５０ｂ、側面６０ａ及び側面８０ｂは、互いに連なって第２傾斜面をなしている。このことを別の観点から言えば、側面５０ａ及び側面２０ｂに接触する電極３０の側面は上端が下端よりも突出するように傾斜しており、側面５０ｂ、側面６０ａ及び側面８０ｂに接触する電極４０の側面は上端が下端よりも突出するように傾斜しており、側面８０ａに接触する電極７０の側面は上端が下端よりも突出するように傾斜している。

　第１傾斜面は、絶縁膜２０上に二次元半導体層５０が形成された状態でエッチングが行われることにより形成される。この後、真空蒸着法等により電極３０が形成されるが、この際に第１傾斜面が成膜面となるため、傾けた状態で成膜を行わずとも、電極３０と第１傾斜面である側面５０ａと電極３０との間の良好なコンタクトを確保可能である。同様にして、二次元半導体層５０、絶縁膜６０及びグラフェン層８０をエッチングして第２傾斜面を形成し、第２傾斜面を成膜面として電極４０が形成されるため、側面５０ｂ及び側面８０ｂと電極４０との良好なコンタクトが確保可能である。

　実施の形態３．
　実施の形態３に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態３に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｃとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｃの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｃの構成を説明する。

　図８は、電磁波検出器１００Ｃの断面図である。図８には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図８に示されているように、電磁波検出器１００Ｃは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。この点に関し、電磁波検出器１００Ｃの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と共通している。

　電磁波検出器１００Ｃでは、グラフェン層８０が、電極３０及び電極４０に電気的に接続されるように、絶縁膜２０上及び電極３０上に配置されている。電磁波検出器１００Ｃでは、二次元半導体層５０が、電極４０及び電極７０に電気的に接続されるように、絶縁膜６０上に配置されている。これらの点に関し、電磁波検出器１００Ｃの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と異なっている。

　＜変形例＞
　図９は、変形例に係る電磁波検出器１００Ｃの断面図である。図９には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図９に示されているように、電磁波検出器１００Ｃは、電極３０を有していなくてもよい。この場合、グラフェン層８０は、基材１０に電気的に接続されている。また、この場合、基材１０の構成材料は、半導体材料である。そのため、グラフェン層８０と基材１０とは、ショットキー接合されている。

　（電磁波検出器１００Ｃの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｃの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ｃでも、電磁波が二次元半導体層５０に入射されることにより光キャリアが発生し、当該光キャリアに起因して光ゲート効果及び光バイアス効果が生じる。そして、電磁波検出器１００Ｃでは、二次元半導体層５０が絶縁膜６０上に配置されているため、電磁波が二次元半導体層５０に到達する前に絶縁膜６０を通過する必要がなく、入射する電磁波の失活が抑制される。その結果、電磁波検出器１００Ｃによると、電磁波に対する検出感度がさらに高められる。

　電磁波検出器１００Ｃが電極３０を有しない場合、電極３０を形成するための工程を省略することができるため、製造工程が簡略化される。また、この場合、基材１０とグラフェン層８０とがショットキー接合を構成するため、グラフェン層８０に暗電流が流れることを抑制可能である。

　実施の形態４．
　実施の形態４に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態４に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｄとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｄの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｄの構成を説明する。

　図１０は、電磁波検出器１００Ｄの断面図である。図１０には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１０に示されるように、電磁波検出器１００Ｄは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。この点に関し、電磁波検出器１００Ｄの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と共通している。

　電磁波検出器１００Ｄでは、二次元半導体層５０が、第１層５１と、第２層５２とを有している。第２層５２は、第１層５１上に配置されている。第１層５１は電極３０及び電極４０に接触しているが、第２層５２は電極３０及び電極４０に接触していない。第１層５１及び第２層５２は、二次元半導体の層である。第１層５１の構成材料は、第２層５２の構成材料と異なっている。この点に関し、電磁波検出器１００Ｄの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と異なっている。

　＜変形例＞
　図１１は、変形例に係る電磁波検出器１００Ｄの断面図である。図１１には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１１に示されているように、第１層５１のみならず、第２層５２も電極３０及び電極４０に接触していてもよい。

　（電磁波検出器１００Ｄの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｄの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ｄでは、第１層５１と第２層５２との界面において、第１層５１及び第２層５２とが同一平面で接合されており、第１層５１と第２層５２との界面において第１層５１及び第２層５２の各々とは異なるバンドギャップが形成される。そのため、電磁波検出器１００Ｄによると、二次元半導体層５０における電磁波の吸収波長を制御することが可能である。第１層５１のみならず第２層５２が電極３０及び電極４０に接触している場合、第１層５１及び第２層５２の各々において発生した光キャリアを取り出せるため、二次元半導体層５０において複数波長の電磁波の検知が可能である。

　実施の形態５．
　実施の形態５に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態５に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｅとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｅの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｅの構成を説明する。

　図１２は、電磁波検出器１００Ｅの断面図である。図１２には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１２に示されるように、電磁波検出器１００Ｅは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。この点に関し、電磁波検出器１００Ｅの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と共通している。

　二次元半導体層５０は、第１部分５３と第２部分５４とを有している。第１部分５３及び第２部分５４は、電気的に直列に接続されている。第１部分５３と第２部分５４とは、ファンデルワールスヘテロ接合されている。第１部分５３の構成材料及び第２部分５４の構成材料は、共に二次元半導体材料であるが、互いに異なっている。なお、第１部分５３及び第２部分５４は、例えば、別々に作製した二次元半導体材料を順次転写することにより形成される。

　＜変形例＞
　図１３は、変形例に係る電磁波検出器１００Ｅの断面図である。図１３には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１３に示されているように、第１部分５３は側面５３ａを有しており、第２部分５４は側面５４ａを有している。第１部分５３は、側面５３ａが側面５４ａと接触することにより、第２部分５４に接続されていてもよい。第１部分５３と第２部分５４とは、ｐｎ接合されていてもよい。すなわち、第１部分５３の構成材料の導電型は、第２部分５４の構成材料の導電型と異なっていてもよい。なお、第１部分５３及び第２部分５４は、例えばＣＶＤ等で形成する際に第１部分５３及び第２部分５４の一方のみにドーパントや別の材料を導入することにより作り分けられる。

　（電磁波検出器１００Ｅの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｅの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ｅでは、第１部分５３と第２部分５４とが接合されているため、第１部分５３と第２部分５４との接合界面において、電磁波の吸収波長を制御することが可能である。第１部分５３と第２部分５４とがｐｎ接合されている場合、光吸収により効率的に光キャリアを取り出すことが可能である。また、この場合には、オフ電流が小さくなり、暗電流をさらに抑制可能である。変形例に係る電磁波検出器１００Ｅでは、第１部分５３と第２部分５４との接合界面において不純物が存在せず、良好な接合界面が得られるため、ｐｎ接合などで生じる光キャリアの失活が抑制され、高感度化できる。

　実施の形態６．
　実施の形態６に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態６に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｆとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｆの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｆの構成を説明する。

　図１４は、電磁波検出器１００Ｆの断面図である。図１４には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１４に示されるように、電磁波検出器１００Ｆは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。この点に関し、電磁波検出器１００Ｆの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と共通している。

　電磁波検出器１００Ｆでは、絶縁膜６０が、二次元絶縁膜である。絶縁膜６０の構成材料は、例えば、六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）である。電磁波検出器１００Ｆでは、絶縁膜６０の厚さが、二次元半導体層５０とグラフェン層８０との間でトンネル電流の流れる厚さであってもよく、二次元半導体層５０とグラフェン層８０との間でトンネル電流の流れない厚さであってもよい。これらの点に関し、電磁波検出器１００Ｆの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と異なっている。なお、電磁波検出器１００Ｆでは、二次元半導体層５０及びグラフェン層８０が電極４０にエッジコンタクトしており、側面５０ｂ、側面６０ａ及び側面８０ｂの位置が揃っている。

　＜変形例１＞
　図１５は、変形例１に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。図１５には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１５に示されているように、側面５０ｂが電極４０に接触している一方で、側面５０ａが電極３０と接触していなくてもよい。二次元半導体層５０は、電極３０上に配置されている。

　＜変形例２及び変形例３＞
　図１６は、変形例２に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。図１６には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１６に示されているように、二次元半導体層５０の他方端部は電極４０上に配置されていてもよい。また、グラフェン層８０の一方端部は、電極７０上に配置されていてもよい。また、側面６０ａ及び側面５０ｂはグラフェン層８０により覆われており、グラフェン層８０の他方端部は電極４０上に配置されていてもよい。図１７は、変形例３に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。図１７には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１７に示されているように、電極７０は、絶縁膜６０上ではなく、絶縁膜２０上に配置されていてもよい。

　＜変形例４＞
　図１８は、変形例４に係る電磁波検出器１００Ｆの断面図である。図１８には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１８に示されているように、電磁波検出器１００Ｆは、絶縁膜９０と絶縁膜９１とをさらに有していてもよい。絶縁膜９０及び絶縁膜９１は、二次元絶縁膜である。絶縁膜９０の構成材料及び絶縁膜９１の構成材料は、例えば、六方晶窒化ホウ素である。絶縁膜９０は、二次元半導体層５０と絶縁膜２０との間に介在されている。絶縁膜９１は、グラフェン層８０を覆っている。この例でも、電極７０は、絶縁膜６０上ではなく絶縁膜２０上に配置されている。

　（電磁波検出器１００Ｆの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｆの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ｆでは、絶縁膜６０が二次元絶縁膜であるため、絶縁膜６０と絶縁膜６０上に配置されているグラフェン層８０とが格子整合する。そのため、グラフェン層８０におけるキャリアの移動度が向上される。また、絶縁膜６０が二次元絶縁膜であることにより絶縁膜６０を薄く形成することが可能であるため、光ゲート効果がさらに強まることになり、電磁波に対する検出感度がさらに向上される。なお、絶縁膜６０をなす二次元絶縁膜の厚さがトンネル電流の流れる厚さである場合、光ゲート効果に加えて、二次元半導体層５０において発生した光キャリアが絶縁膜６０を介してグラフェン層８０に注入されることによるグラフェン層８０のフェルミレベルの変化も生じる。

　二次元半導体層５０が電極３０上に配置されているとともに側面５０ｂ及び側面６０ａが揃っている場合、電極３０及び電極４０を形成した後に二次元半導体層５０及び絶縁膜６０が形成されるため、二次元半導体層５０が絶縁膜６０に覆われた状態で電極７０が形成される。そのため、この場合、電極７０の形成に伴う二次元半導体層５０へのプロセスダメージを低減可能である。

　二次元半導体層５０の他方端部が電極３０上に配置されており、かつグラフェン層８０の一方端部及び他方端部がそれぞれ電極７０上及び電極４０上に配置されている場合、電極３０及び電極４０を形成した後に二次元半導体層５０及び絶縁膜６０が順次形成され、その後電極７０を形成した上でグラフェン層８０が形成される。つまり、電極７０を形成する際には二次元半導体層５０は絶縁膜６０で覆われていることになり、グラフェン層８０を形成した後には電極は形成されない。そのため、この場合には、二次元半導体層５０やグラフェン層８０に対するプロセスダメージを低減することが可能である。また、予め加工して積層した二次元半導体層５０、絶縁膜６０及びグラフェン層８０をまとめて転写することも可能である。この場合、各層の転写工程におけるプロセスダメージを低減することが可能である。

　電極７０が絶縁膜２０上に配置されている場合、電極３０、電極４０及び電極７０が形成された上で、二次元半導体層５０、絶縁膜６０及びグラフェン層８０が順次形成されることになる。そのため、この場合、二次元半導体層５０やグラフェン層８０を形成した後に他の電極や絶縁膜が形成されないため、二次元半導体層５０やグラフェン層８０に対するプロセスダメージを低減することが可能である。

　絶縁膜９０が二次元半導体層５０と絶縁膜２０との間に介在されているとともに、グラフェン層８０が絶縁膜９１に覆われている場合、二次元半導体層５０やグラフェン層８０が二次元絶縁膜でカプセル化されることになるため、空気中の水分や酸素、プロセスにおける残渣や不純物の影響を低減することが可能である。

　実施の形態７．
　実施の形態７に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態７に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｇとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｇの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｇの構成を説明する。

　図１９は、電磁波検出器１００Ｇの断面図である。図１９には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図１９に示されるように、電磁波検出器１００Ｇは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０と、電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０と、電極７０と、グラフェン層８０とを有している。この点に関し、電磁波検出器１００Ｇの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と共通している。

　電磁波検出器１００Ｇでは、二次元半導体層５０が、空隙２１を介在させて基材１０と対向している。すなわち、電磁波検出器１００Ｇでは、二次元半導体層５０の下にある絶縁膜２０が例えばエッチング等で除去されている。この点に関し、電磁波検出器１００Ｇの構成は、電磁波検出器１００Ａの構成と異なっている。

　（電磁波検出器１００Ｇの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｇの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ｇでは、空隙２１が存在しているため、二次元半導体層５０の下に絶縁膜２０が存在しない。そのため、二次元半導体層５０は下地となる絶縁膜２０によるキャリア散乱の影響を受けず、二次元半導体層５０はキャリア移動度が向上し、光キャリアの取り出し効率が改善されるため、電磁波に対する検出感度がさらに向上される。

　実施の形態８．
　実施の形態８に係る電磁波検出器を説明する。実施の形態８に係る電磁波検出器を、電磁波検出器１００Ｈとする。ここでは、電磁波検出器１００Ａと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

　（電磁波検出器１００Ｈの構成）
　以下に、電磁波検出器１００Ｈの構成を説明する。

　図２０は、電磁波検出器１００Ｈの断面図である。図２０には、図１中のＩＩ－ＩＩと同様の位置における断面が示されている。図２１は、積層体１２０Ａの断面図である。図２２は、積層体１２０Ｂの断面図である。図２０から図２２に示されているように、電磁波検出器１００Ｈは、積層体１２０Ａと、積層体１２０Ｂとを有している。

　積層体１２０Ａは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０及び電極４０と、グラフェン層８０と、絶縁膜６０とを有している。つまり、積層体１２０Ａの構成は、電極７０を有していない点、絶縁膜６０上にグラフェン層８０を有していない点及び二次元半導体層５０に代えてグラフェン層８０が用いられている点を除いて、電磁波検出器１００Ａの構成と同様である。また、積層体１２０Ｂは、基材１０と、絶縁膜２０と、電極３０及び電極４０と、二次元半導体層５０と、絶縁膜６０とを有している。つまり、積層体１２０Ｂの構成は、電極７０を有していない点及び絶縁膜６０上にグラフェン層８０を有していない点を除いて、電磁波検出器１００Ａの構成と同様である。

　電磁波検出器１００Ｈは、積層体１２０Ａ及び積層体１２０Ｂをハイブリッド接合することにより形成されている。すなわち、電磁波検出器１００Ｈでは、積層体１２０Ａの電極４０及び積層体１２０Ｂの電極４０が互いに対向し、かつ積層体１２０Ａのグラフェン層８０及び積層体１２０Ｂの二次元半導体層５０が積層体１２０Ａの絶縁膜６０及び積層体１２０Ｂの絶縁膜６０を介在させて互いに対向するように、重ねられている。積層体１２０Ａの電極４０と積層体１２０Ｂの電極４０との間の接合は、同種の金属材料同士の接合であることが好ましい。例えば、積層体１２０Ａの電極４０及び積層体１２０Ｂの電極４０は銅で形成されており、積層体１２０Ａの電極４０と積層体１２０Ｂの電極４０との間の接合はＣｕ－Ｃｕ接合である。

　電磁波検出器１００Ｈでは、電源１１０が積層体１２０Ａの電極３０及び積層体１２０Ｂの電極３０に接続されることにより、信号の読み出しが行われる。なお、基材１０の電気抵抗が小さい場合、電源１１０が積層体１２０Ａの基材１０及び積層体１２０Ｂの基材１０に接続されることにより、信号の読み出しが行われてもよい。

　＜変形例１及び変形例２＞
　図２３は、変形例１に係る電磁波検出器１００Ｈの断面図である。図２４は、変形例２に係る電磁波検出器１００Ｈの断面図である。図２３に示されているように、積層体１２０Ｂの基材１０は、例えば研削されることにより、積層体１２０Ａの基材１０よりも厚さが小さくなっていてもよい。また、図２４に示されているように、積層体１２０Ｂの基材１０は、例えば研削されることにより除去されてもよい。なお、積層体１２０Ｂの基材１０は、例えば、積層体１２０Ａと積層体１２０Ｂとの間のハイブリッド接合が行われた後に研削される。

　＜変形例３＞
　図２５は、変形例３に係る電磁波検出器１００Ｈの断面図である。図２６は、変形例３に係る電磁波検出器１００Ｈにおける積層体１２０Ａの断面図である。図２７は、変形例３に係る電磁波検出器１００Ｈにおける積層体１２０Ｂの断面図である。図２５から図２７に示されているように、積層体１２０Ａではグラフェン層８０が電極４０にエッジコンタクトしていてもよく、積層体１２０Ｂでは二次元半導体層５０が電極４０にエッジコンタクトしていてもよい。なお、この場合、第１に、グラフェン層８０（二次元半導体層５０）が形成される。第２に、グラフェン層８０（二次元半導体層５０）上に保護膜が形成される。第３に、当該保護膜をマスクとしてグラフェン層８０（二次元半導体層５０）をエッチングして開口を形成する。第４に、当該開口に電極４０が形成され、グラフェン層８０（二次元半導体層５０）と電極４０とのエッジコンタクトが達成される。

　（電磁波検出器１００Ｈの効果）
　以下に、電磁波検出器１００Ｈの効果を説明する。

　電磁波検出器１００Ｈでは、積層体１２０Ａがグラフェン層８０を有しており、積層体１２０Ｂが二次元半導体層５０を有しているため、グラフェン層８０及び二次元半導体層５０をそれぞれ別々の基材１０に形成することができる。そのため、これらの層を同一の基材１０に順次転写して形成する必要がなく、これらの層のうちの後に形成される層を形成する際にこれらの層のうちの既に形成されている層にダメージが加わることを抑制することができる。すなわち、電磁波検出器１００Ｈでは、プロセスの耐熱温度や既に成膜されている層へのダメージを低減することができる。

　積層体１２０Ｂの基材１０が研削により薄くなっている又は除去されている場合、二次元半導体層５０への電磁波の入射が積層体１２０Ｂの基材１０により妨げられることを抑制できる。二次元半導体層５０及びグラフェン層８０が電極４０にエッジコンタクトしている場合、電極４０と二次元半導体層５０及びグラフェン層８０との間の接触抵抗が低減され、電流取り出し効率が向上する。また、この場合、電極４０の接合面積が増加するため、ハイブリッド接合における精度が向上する。

　[付記]
　本開示の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

　＜付記１＞
　グラフェン層と、
　二次元半導体層と、
　第１絶縁膜とを備え、
　前記グラフェン層及び前記二次元半導体層は、電気的に直列接続されており、かつ前記第１絶縁膜を介在させて対向配置されている、電磁波検出器。

　＜付記２＞
　第２絶縁膜と、
　第１電極をさらに備え、
　前記二次元半導体層は、前記第１電極に電気的に接続されるように前記第２絶縁膜上及び前記第１電極上に配置されている、付記１に記載の電磁波検出器。

　＜付記３＞
　前記第２絶縁膜及び前記第１電極は、それぞれ第１表面及び第２表面を有し、
　前記第２絶縁膜及び前記第１電極は、前記第１表面及び前記第２表面が互いに連なって平坦面をなすように配置されている、付記２に記載の電磁波検出器。

　＜付記４＞
　第２電極をさらに備え、
　前記第２電極は、前記第２表面上に配置されており、
　前記二次元半導体層は、第１側面と、前記第１側面の反対面であり、前記第２電極に電気的に接続されている第２側面とを有する、付記３に記載の電磁波検出器。

　＜付記５＞
　前記第１絶縁膜は、前記二次元半導体層上に配置されており、
　前記グラフェン層は、第３側面と前記第３側面の反対面である第４側面とを有し、かつ前記第４側面が前記第２電極に電気的に接続されるように前記第１絶縁膜上に配置されている、付記４に記載の電磁波検出器。

　＜付記６＞
　前記第１絶縁膜は、第５側面と、前記第５側面の反対面であり、前記第２電極に接触している第６側面とを有し、
　前記第２側面の位置、前記第４側面の位置及び前記第６側面の位置は、互いに揃っている、付記５に記載の電磁波検出器。

　＜付記７＞
　第２絶縁膜と、
　第１電極と、
　第２電極とをさらに備え、
　前記二次元半導体層は、前記第２絶縁膜上に配置されており、
　前記二次元半導体層は、第１側面と、前記第１側面の反対面である第２側面とを有し、
　前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ前記第１側面及び前記第２側面に電気的に接続されるように配置されている、付記１に記載の電磁波検出器。

　＜付記８＞
　前記第１絶縁膜は、前記第１電極上及び前記二次元半導体層上に配置されており、
　前記グラフェン層は、第３側面と前記第３側面の反対面である第４側面とを有し、かつ前記第４側面が前記第２電極に電気的に接続されるように前記第１絶縁膜上に配置されている、付記７に記載の電磁波検出器。

　＜付記９＞
　前記第１絶縁膜は、第５側面と、前記第５側面の反対面であり、前記第２電極に接触している第６側面とを有し、
　前記第２側面の位置、前記第４側面の位置及び前記第６側面の位置は、互いに揃っている、付記８に記載の電磁波検出器。

　＜付記１０＞
　第３電極をさらに備え、
　前記第３側面は、前記第３電極に電気的に接続されており、
　前記第１絶縁膜は、第５側面を有し、
　前記第２絶縁膜は、第６側面を有し、
　前記第５側面及び前記第６側面は、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接触しており、
　前記第１側面及び前記第６側面に接触する前記第１電極の側面は、上端が下端よりも突出するように傾斜しており、
　前記第２側面、前記第４側面及び前記第５側面に接触する前記第２電極の側面は、上端が下端よりも突出するように傾斜しており、
　前記第３側面に接触する前記第３電極の側面は、上端が下端よりも突出するように傾斜している、付記８に記載の電磁波検出器。

　＜付記１１＞
　第２絶縁膜をさらに備え、
　前記グラフェン層は、前記第２絶縁膜上に配置されており、
　前記第１絶縁膜は、前記グラフェン層上に配置されており、
　前記二次元半導体層は、前記第１絶縁膜上に配置されている、付記１に記載の電磁波検出器。

　＜付記１２＞
　前記二次元半導体層は、第１層と、前記第１層の上に配置されている第２層とを有し、
　前記第１層の構成材料は、前記第２層の構成材料と異なる、付記１に記載の電磁波検出器。

　＜付記１３＞
　第１電極と、
　第２電極とをさらに備え、
　前記第１層及び前記第２層の各々は、前記第１電極及び前記第２電極に電気的に接続されている、付記１２に記載の電磁波検出器。

　＜付記１４＞
　前記二次元半導体層は、第１部分と、前記第１部分に直列接続されている第２部分とを有し、
　前記第１部分の構成材料は、前記第２部分の構成材料と異なる、付記１に記載の電磁波検出器。

　＜付記１５＞
　前記第１部分及び前記第２部分は、互いにｐｎ接合されている、付記１４に記載の電磁波検出器。

　＜付記１６＞
　基材をさらに備え、
　前記二次元半導体層は、前記基材と空隙を介在させて対向配置されている、付記１から付記１５のいずれか１項に記載の電磁波検出器。

　＜付記１７＞
　前記第１絶縁膜は、二次元絶縁膜である、付記１から付記１６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。

　＜付記１８＞
　前記二次元半導体層は、乱層積層グラフェン層である、付記１から付記１７のいずれか１項に記載の電磁波検出器。

　＜付記１９＞
　第１積層体と、
　第２積層体とを備え、
　前記第１積層体及び前記第２積層体の各々は、第２電極と、前記第１絶縁膜とを有し、
　前記第１積層体及び前記第２積層体の一方は、前記第２電極に電気的に接続されている前記グラフェン層を有し、
　前記第１積層体及び前記第２積層体の他方は、前記第２電極に電気的に接続されている前記二次元半導体層を有し、
　前記第１積層体及び前記第２積層体は、前記第１積層体の前記第２電極及び前記第２積層体の第２電極が互いに対向し、かつ前記第１積層体の前記第１絶縁膜及び前記第２積層体の前記第１絶縁膜を介在させて対向するように重ねられている、付記１に記載の電磁波検出器。

　今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この出願の範囲は上記の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ　電磁波検出器、１１０　電源、１２０Ａ，１２０Ｂ　積層体、１０　基材、１０ａ　表面、１０ｂ　裏面、２０　絶縁膜、２０ａ　表面、２０ｂ　側面、２１　空隙、３０　電極、３０ａ　表面、４０　電極、５０　二次元半導体層、５０ａ，５０ｂ　側面、５１　第１層、５２　第２層、５３　第１部分、５４　第２部分、５３ａ，５４ａ　側面、６０　絶縁膜、６０ａ　側面、７０　電極、８０　グラフェン層、８０ａ　側面、８０ｂ　側面、９０　絶縁膜、９１　絶縁膜。

Claims (19)

1. 　グラフェン層と、
   　二次元半導体層と、
   　第１絶縁膜とを備え、
   　前記グラフェン層及び前記二次元半導体層は、電気的に直列接続されており、かつ前記第１絶縁膜を介在させて対向配置されている、電磁波検出器。
2. 　第２絶縁膜と、
   　第１電極をさらに備え、
   　前記二次元半導体層は、前記第１電極に電気的に接続されるように前記第２絶縁膜上及び前記第１電極上に配置されている、請求項１に記載の電磁波検出器。
3. 　前記第２絶縁膜及び前記第１電極は、それぞれ第１表面及び第２表面を有し、
   　前記第２絶縁膜及び前記第１電極は、前記第１表面及び前記第２表面が互いに連なって平坦面をなすように配置されている、請求項２に記載の電磁波検出器。
4. 　第２電極をさらに備え、
   　前記第２電極は、前記第２表面上に配置されており、
   　前記二次元半導体層は、第１側面と、前記第１側面の反対面であり、前記第２電極に電気的に接続されている第２側面とを有する、請求項３に記載の電磁波検出器。
5. 　前記第１絶縁膜は、前記二次元半導体層上に配置されており、
   　前記グラフェン層は、第３側面と前記第３側面の反対面である第４側面とを有し、かつ前記第４側面が前記第２電極に電気的に接続されるように前記第１絶縁膜上に配置されている、請求項４に記載の電磁波検出器。
6. 　前記第１絶縁膜は、第５側面と、前記第５側面の反対面であり、前記第２電極に接触している第６側面とを有し、
   　前記第２側面の位置、前記第４側面の位置及び前記第６側面の位置は、互いに揃っている、請求項５に記載の電磁波検出器。
7. 　第２絶縁膜と、
   　第１電極と、
   　第２電極とをさらに備え、
   　前記二次元半導体層は、前記第２絶縁膜上に配置されており、
   　前記二次元半導体層は、第１側面と、前記第１側面の反対面である第２側面とを有し、
   　前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ前記第１側面及び前記第２側面に電気的に接続されるように配置されている、請求項１に記載の電磁波検出器。
8. 　前記第１絶縁膜は、前記第１電極上及び前記二次元半導体層上に配置されており、
   　前記グラフェン層は、第３側面と前記第３側面の反対面である第４側面とを有し、かつ前記第４側面が前記第２電極に電気的に接続されるように前記第１絶縁膜上に配置されている、請求項７に記載の電磁波検出器。
9. 　前記第１絶縁膜は、第５側面と、前記第５側面の反対面であり、前記第２電極に接触している第６側面とを有し、
   　前記第２側面の位置、前記第４側面の位置及び前記第６側面の位置は、互いに揃っている、請求項８に記載の電磁波検出器。
10. 　第３電極をさらに備え、
    　前記第３側面は、前記第３電極に電気的に接続されており、
    　前記第１絶縁膜は、第５側面を有し、
    　前記第２絶縁膜は、第６側面を有し、
    　前記第５側面及び前記第６側面は、それぞれ前記第１電極及び前記第２電極に接触しており、
    　前記第１側面及び前記第６側面に接触する前記第１電極の側面は、上端が下端よりも突出するように傾斜しており、
    　前記第２側面、前記第４側面及び前記第５側面に接触する前記第２電極の側面は、上端が下端よりも突出するように傾斜しており、
    　前記第３側面に接触する前記第３電極の側面は、上端が下端よりも突出するように傾斜している、請求項８に記載の電磁波検出器。
11. 　第２絶縁膜をさらに備え、
    　前記グラフェン層は、前記第２絶縁膜上に配置されており、
    　前記第１絶縁膜は、前記グラフェン層上に配置されており、
    　前記二次元半導体層は、前記第１絶縁膜上に配置されている、請求項１に記載の電磁波検出器。
12. 　前記二次元半導体層は、第１層と、前記第１層の上に配置されている第２層とを有し、
    　前記第１層の構成材料は、前記第２層の構成材料と異なる、請求項１に記載の電磁波検出器。
13. 　第１電極と、
    　第２電極とをさらに備え、
    　前記第１層及び前記第２層の各々は、前記第１電極及び前記第２電極に電気的に接続されている、請求項１２に記載の電磁波検出器。
14. 　前記二次元半導体層は、第１部分と、前記第１部分に直列接続されている第２部分とを有し、
    　前記第１部分の構成材料は、前記第２部分の構成材料と異なる、請求項１に記載の電磁波検出器。
15. 　前記第１部分及び前記第２部分は、互いにｐｎ接合されている、請求項１４に記載の電磁波検出器。
16. 　基材をさらに備え、
    　前記二次元半導体層は、前記基材と空隙を介在させて対向配置されている、請求項１に記載の電磁波検出器。
17. 　前記第１絶縁膜は、二次元絶縁膜である、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
18. 　前記二次元半導体層は、乱層積層グラフェン層である、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
19. 　第１積層体と、
    　第２積層体とを備え、
    　前記第１積層体及び前記第２積層体の各々は、第２電極と、前記第１絶縁膜とを有し、
    　前記第１積層体及び前記第２積層体の一方は、前記第２電極に電気的に接続されている前記グラフェン層を有し、
    　前記第１積層体及び前記第２積層体の他方は、前記第２電極に電気的に接続されている前記二次元半導体層を有し、
    　前記第１積層体及び前記第２積層体は、前記第１積層体の前記第２電極及び前記第２積層体の第２電極が互いに対向し、かつ前記第１積層体の前記第１絶縁膜及び前記第２積層体の前記第１絶縁膜を介在させて対向するように重ねられている、請求項１に記載の電磁波検出器。