专利名称：光检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光检测器。
背景技术：
作为现有的光检测器的其中之一，已知的有例如专利文献1 (特开2001-1085M号公报)中记载的光检测器，它具有将入射光分光为多个波长成分的衍射光栅元件和通过准直透镜而接受各波长成分的光的受光元件。此外，公知有，具有多个波长选择滤光器以替代衍射光栅元件的光检测器。
发明内容
在专利文献1中的光检测器中，由于使用了衍射光栅元件和准直透镜，装置的结构变得复杂而庞大。另一方面，在使用波长选择滤光器的情况下，由于需要用于更换多个波长选择滤光器的结构，因此装置的结构也变得复杂而庞大。在此，本发明的目的是提供一种结构精简的小型光检测器。本发明所涉及的光检测器的特征在于具有(1)半导体基板；(2)形成在半导体基板上，具有受光面且产生与受光量相对应的电荷的受光层；以及C3)形成在受光层上，具有与该受光层的受光面相对的贯通孔且发生表面等离子体振子共振的多个天线层，在多个天线层的表面上分别形成有符合规定的规则的图案，在多个天线层中的至少两个中，图案互不相同。本发明的光检测器具有，发生表面等离子体振子(Plasmon)共振的天线层。当光 (hv)入射至该天线层时，包含于入射光(hv)中的规定的波长成分的光与天线层的表面等离子体振子结合，发生表面等离子体振子共振。在表面等离子体振子发生共振时，从天线层的贯通孔输出强的近场光。该近场光的强度和与表面等离子体振子结合的光的强度成比例且大于该光的强度。从天线层的贯通孔输出的近场光通过受光面由受光层接收。受光层产生与受光量相对应的量的电荷。这样，由本发明的光检测器，可以检测出入射于天线层的光(hv)中所包含的特定波长成分的光。此外，受光层接收近场光，但该近场光的强度大于特定的波长成分的光，即与表面等离子体振子结合的光。因此，与受光层直接接收特定波长成分的光的情况相比，可以提高光检测的灵敏度。在各天线层的表面，按规定的规则形成有图案。在至少两个天线层中图案互不相同。即至少两个天线层具有互不相同的表面结构。已知对应于天线层的表面结构，与表面等离子体振子结合的光的波长成分不同，因此，在具有上述天线层的本发明的光检测器中， 可以分别检测出包含于入射光(hv)中的至少两种波长成分的光。这样，本发明的光检测器可以分别检测出多个波长成分的光。由于本发明的光检测器中半导体基板、受光层以及天线层层叠而成为一个元件，与分别具有衍射光栅元件或波长选择滤光器的光检测器相比，非常小型且装置结构精简。此外，由于受光层以及天线层形成于单片电路上，可以实现制造工序的简略化。此外，由于与表面等离子体振子结合的光的波长成分不同，多个天线层不需要由多种材料形成，而可以由一种材料形成，因此可以降低制造成本。此外，优选在本发明的光检测器中，各天线层具有多个凸部以及位于该凸部间的凹部，由凸部及凹部形成图案，贯通孔设置于凹部。在这种情况下，通过适当变换凸部的位置，可以改变图案的形状。此外，优选在本发明的光检测器中，各天线层具有多个贯通孔，且这些多个贯通孔形成图案。在这种情况下，通过适当变换贯通孔的位置等，可以改变图案的形状。此外，优选在本发明的光检测器中，凸部以规定的间隔设置，且该规定的间隔在多个天线层的至少两个中互不相同。这样，确保在凸部的配置间隔互不相同的天线层上彼此表面上的图案形状互不相同，因此可以确保与表面等离子体振子光结合的光的波长成分不同。因此，确保可以分别检测出多个波长成分的光。此外，优选在本发明的光检测器中，多个贯通孔以规定的间隔设置，且该规定的间隔在多个天线层的至少两个中互不相同。这样，在具有贯通孔的配置间隔不同的多个天线层的情况下，也可以确保分别检测出多个波长成分的光。此外，优选在本发明的光检测器中，优选贯通孔的宽度比入射光的波长短。这样， 通过使贯通孔的宽度变窄，可以确保近场光从贯通孔输出。此外，优选在本发明的光检测器中，在受光层的两面施加偏压。这样，可以将产生于受光层的电荷作为电流信号输出。根据本发明，可以提供装置结构精简且小型的光检测器。
图1为表示本发明的光检测器的一个实施方式的结构的平面图。图2为图1所示的光检测器的II-II线截面图。图3为表示光的波长与天线层的周期间隔的关系的表。 图4A为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。
图4B为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。图4C为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。
图4D为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。图4E为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。图5A为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。 图5B为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。 图5C为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。图5D为表示图1所示的光检测器的制造工序的截面图。图6为表示图1所示的光检测器测定的结果的图。图7A为表示光检测器的变形例的图。图7B为表示光检测器的变形例的图。
图8为表示天线层的变形例的图。图9A为表示天线层的变形例的图。图9B为表示天线层的变形例的图。图9C为表示天线层的变形例的图。图IOA为表示天线层的变形例的图。图IOB为表示天线层的变形例的图。图IOC为表示天线层的变形例的图。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明所涉及的光检测器的优选实施方式。在此，“上”、 “下”等词为根据附图所示状态，为方便说明而使用的用语。图1为本发明的光检测器的一个实施方式的结构的平面示意图。图2为图1所示的光检测器的II-II线截面图。如图2所示，光检测器1具有半导体基板2、电极层3、光吸收层(受光层)4、肖特基(Schottky)电极6a、6b、6c、第1绝缘层8、多个(在本实施方式中为3个)天线层(天线区域)lla、llb、llc以及第2绝缘层14。半导体基板2为由η型硅构成的基板。半导体基板2的一个主面上形成有电极层 3，半导体基板2的另一个主面上形成有光吸收层4。光吸收层4为包含η型硅的单一的层。光吸收层4具有多个(在本实施方式中为 3个)台地(mesa)状部，位于台地状部的顶部的面成为受光面如、仙、如。从上面看光吸收层4，受光面^、4b、k大致呈矩形。受光面^、4b、k被肖特基电极6a、6b、6c覆盖。肖特基电极6a、6b、6c非常薄，其厚度为下面将叙述的从天线层lla、llb、llc的贯通孔13输出的光能够透过的程度。第1绝缘层8覆盖了光吸收层4的上面除去受光面^、4b、k的部分。通过第1 绝缘层8，光吸收层4上的3个天线层11a、lib、Ilc形成阵列状。在天线层11a、lib、Ilc上形成有第2绝缘层14。天线层lla、llb、llc为发生表面等离子体振子共振的层。天线层lla、llb、llc含有导电性材料。优选Al、Ag、Au、Cr等作为所含有的导电性材料，但在此之外的也可以。天线层lla、llb、llc分别具有多个凸部12以及位于凸部12之间的凹部15。在凹部15上设置有贯通孔13。天线层Ila的贯通孔13与光吸收层4的受光面4a、天线层lib的贯通孔13与光吸收层4的受光面4b、天线层Ilc的贯通孔13与光吸收层4的受光面如分别相对。如图 1所示，从上面看天线层lla、llb、llc，各贯通孔13大致呈矩形。此外，各贯通孔13的短边的长度(宽)d比入射于天线层lla、llb、llc的光(h ν )的波长短。这样，通过使贯通孔13 狭窄，可以确保在天线层11a、lib、Ilc产生的近场光(near-field light)(将在下面详细叙述)从贯通孔13输出。此外，由于本发明的贯通孔13的作用是用于输出使近场光，因此不仅限于物理意义上的孔，也包括光学意义上的孔(光透过的孔径(aperture))。多个凸部12与贯通孔13同样呈大致矩形。由多个凸部12及位于凸部12之间的凹部15，在天线层lla、llb、llc的表面分别形成符合规定规则的图案。因此，在改变凸部12及凹部15的位置或形状时，图案的形状也改变。在本实施方式中，通过改变凸部12的配置间隔，使天线层lla、llb、llc的表面图案互不相同。更具体地说，如图1所示，在天线层11a、lib、Ilc中，凸部12以彼此的长边相对的方式配置成一维。此外，凸部12以贯通孔13为中心，对称地且以规定间隔配置。规定的间隔可具体说明如下例如在天线层11a，不夹住贯通孔13而相邻的凸部12间的中心距离为 Λa，夹住贯通孔13而相邻的凸部12间的中心距离为Aa的2倍。在天线层lib、Ilc中也一样，不夹住贯通孔13而相邻的凸部12间的中心距离分别为Ab、Ac，夹住贯通孔13而相邻的凸部12间的中心距离分别为Ab、Ac的2倍。以下，称这些Aa、Ab、Ac为周期间隔。天线层Ila的周期间隔Aa、天线层lib的周期间隔Ab、天线层Ilc的周期间隔 Ac具有互不相同的值。由于Aa、Ab、Ac不同，因此在天线层lla、llb、llc的表面，形成有互不相同的图案。周期间隔Aa、Ab、Ac可以对应于希望检测的光的波长成分而适宜设定。在此，说明周期间隔Aa、Ab、Ac的值。考虑波长λ Q ( = 2 π c/ω )的光相对于天线层lla、llb、llc的任意之一(以下称天线层11)大致垂直入射的情况。在这种情况下， 天线层11的周期间隔Λ满足下式(1)，就可以在天线层11发生表面等离子体振子共振，Λ = mZ0 Γα + €metal ... (1)
\ SaX Smetalε a为与天线层11相接的电介质的相对介电常数，在真空的情况下ea=l。ε mrtal 为天线层11的介电常数，￡metal>0。由此，可以导出下式O)。
权利要求
1.一种光检测器，其特征在于， 具有半导体基板；形成在所述基板上，具有受光面且产生与受光量相对应的电荷的受光层；以及通过绝缘层而形成在所述受光层上，具有与该受光层的受光面相对的物理意义上或光学意义上的贯通孔且发生表面等离子体振子共振的多个天线区域；在所述受光层的所述受光面上分别形成有用于将在所述受光层产生的电荷作为电流信号输出的PN接合型；在所述多个天线区域的表面上分别形成有符合规定规则的图案； 在所述多个天线区域中的至少两个中，所述图案互不相同。
2.如权利要求1所述的光检测器，其特征在于，所述各天线区域具有多个凸部和位于该凸部间的凹部，所述凸部及所述凹部形成所述图案，所述贯通孔设置于所述凹部。
3.如权利要求1所述的光检测器，其特征在于，所述各天线区域具有多个所述贯通孔，该多个贯通孔形成所述图案。
4.如权利要求2所述的光检测器，其特征在于，所述凸部以规定的间隔配置，该规定的间隔在所述多个天线区域中的至少两个中互不相同。
5.如权利要求3所述的光检测器，其特征在于，所述贯通孔以规定的间隔配置，该规定的间隔在所述多个天线区域中的至少两个中互不相同。
6.如权利要求1所述的光检测器，其特征在于， 所述贯通孔的宽度小于入射光的波长。
7.如权利要求1所述的光检测器，其特征在于， 所述受光层，在其两面上施加偏压。
8.—种光检测器，其特征在于， 具有半导体基板；形成在所述半导体基板上的光吸收层；以及通过绝缘层而形成在所述光吸收层上，与入射光相对应发生等离子体振子共振的多个天线区域；在所述光吸收层的受光面上分别形成有用于将在所述光吸收层产生的电荷作为电流信号输出的PN接合型；在各个所述天线区域的表面上形成有规定的图案； 在所述多个天线区域中的至少两个中，所述图案互不相同。
全文摘要
当光入射光检测器(1)的天线层(11a、11b、11c)时，包含于入射光中的规定波长成分的光与天线层(11a、11b、11c)的表面等离子体振子结合，发生表面等离子体振子共振。由此，从天线层(11a、11b、11c)的贯通孔(13)输出近场光。从各贯通孔(13)输出的近场光通过受光面(4a、4b、4c)到达光吸收层(4)。光吸收层(4)产生与受光量相对应的电荷。由于天线层(11a、11b、11c)的凸部12的周期间隔(Λa、Λb、Λc)互不相同，在每个天线层(11a、11b、11c)与表面等离子体振子结合的光的波长成分都不同。因此，可以检测出多个波长成分的光。
文档编号H01L31/0216GK102163628SQ20111000810
公开日2011年8月24日 申请日期2007年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者广畑彻, 新垣实, 樋口彰, 藤原弘康 申请人:浜松光子学株式会社