專利名稱：光檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光檢測器。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的光檢測器的其中之一，已知的有例如專利文獻(xiàn)1 (特開2001-1085M號公報)中記載的光檢測器，它具有將入射光分光為多個波長成分的衍射光柵元件和通過準(zhǔn)直透鏡而接受各波長成分的光的受光元件。此外，公知有，具有多個波長選擇濾光器以替代衍射光柵元件的光檢測器。

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻(xiàn)1中的光檢測器中，由于使用了衍射光柵元件和準(zhǔn)直透鏡，裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜而龐大。另一方面，在使用波長選擇濾光器的情況下，由于需要用于更換多個波長選擇濾光器的結(jié)構(gòu)，因此裝置的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜而龐大。在此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)精簡的小型光檢測器。本發(fā)明所涉及的光檢測器的特征在于具有(1)半導(dǎo)體基板；(2)形成在半導(dǎo)體基板上，具有受光面且產(chǎn)生與受光量相對應(yīng)的電荷的受光層；以及C3)形成在受光層上，具有與該受光層的受光面相對的貫通孔且發(fā)生表面等離子體振子共振的多個天線層，在多個天線層的表面上分別形成有符合規(guī)定的規(guī)則的圖案，在多個天線層中的至少兩個中，圖案互不相同。本發(fā)明的光檢測器具有，發(fā)生表面等離子體振子(Plasmon)共振的天線層。當(dāng)光 (hv)入射至該天線層時，包含于入射光(hv)中的規(guī)定的波長成分的光與天線層的表面等離子體振子結(jié)合，發(fā)生表面等離子體振子共振。在表面等離子體振子發(fā)生共振時，從天線層的貫通孔輸出強(qiáng)的近場光。該近場光的強(qiáng)度和與表面等離子體振子結(jié)合的光的強(qiáng)度成比例且大于該光的強(qiáng)度。從天線層的貫通孔輸出的近場光通過受光面由受光層接收。受光層產(chǎn)生與受光量相對應(yīng)的量的電荷。這樣，由本發(fā)明的光檢測器，可以檢測出入射于天線層的光(hv)中所包含的特定波長成分的光。此外，受光層接收近場光，但該近場光的強(qiáng)度大于特定的波長成分的光，即與表面等離子體振子結(jié)合的光。因此，與受光層直接接收特定波長成分的光的情況相比，可以提高光檢測的靈敏度。在各天線層的表面，按規(guī)定的規(guī)則形成有圖案。在至少兩個天線層中圖案互不相同。即至少兩個天線層具有互不相同的表面結(jié)構(gòu)。已知對應(yīng)于天線層的表面結(jié)構(gòu)，與表面等離子體振子結(jié)合的光的波長成分不同，因此，在具有上述天線層的本發(fā)明的光檢測器中， 可以分別檢測出包含于入射光(hv)中的至少兩種波長成分的光。這樣，本發(fā)明的光檢測器可以分別檢測出多個波長成分的光。由于本發(fā)明的光檢測器中半導(dǎo)體基板、受光層以及天線層層疊而成為一個元件，與分別具有衍射光柵元件或波長選擇濾光器的光檢測器相比，非常小型且裝置結(jié)構(gòu)精簡。此外，由于受光層以及天線層形成于單片電路上，可以實(shí)現(xiàn)制造工序的簡略化。此外，由于與表面等離子體振子結(jié)合的光的波長成分不同，多個天線層不需要由多種材料形成，而可以由一種材料形成，因此可以降低制造成本。此外，優(yōu)選在本發(fā)明的光檢測器中，各天線層具有多個凸部以及位于該凸部間的凹部，由凸部及凹部形成圖案，貫通孔設(shè)置于凹部。在這種情況下，通過適當(dāng)變換凸部的位置，可以改變圖案的形狀。此外，優(yōu)選在本發(fā)明的光檢測器中，各天線層具有多個貫通孔，且這些多個貫通孔形成圖案。在這種情況下，通過適當(dāng)變換貫通孔的位置等，可以改變圖案的形狀。此外，優(yōu)選在本發(fā)明的光檢測器中，凸部以規(guī)定的間隔設(shè)置，且該規(guī)定的間隔在多個天線層的至少兩個中互不相同。這樣，確保在凸部的配置間隔互不相同的天線層上彼此表面上的圖案形狀互不相同，因此可以確保與表面等離子體振子光結(jié)合的光的波長成分不同。因此，確?？梢苑謩e檢測出多個波長成分的光。此外，優(yōu)選在本發(fā)明的光檢測器中，多個貫通孔以規(guī)定的間隔設(shè)置，且該規(guī)定的間隔在多個天線層的至少兩個中互不相同。這樣，在具有貫通孔的配置間隔不同的多個天線層的情況下，也可以確保分別檢測出多個波長成分的光。此外，優(yōu)選在本發(fā)明的光檢測器中，優(yōu)選貫通孔的寬度比入射光的波長短。這樣， 通過使貫通孔的寬度變窄，可以確保近場光從貫通孔輸出。此外，優(yōu)選在本發(fā)明的光檢測器中，在受光層的兩面施加偏壓。這樣，可以將產(chǎn)生于受光層的電荷作為電流信號輸出。根據(jù)本發(fā)明，可以提供裝置結(jié)構(gòu)精簡且小型的光檢測器。


圖1為表示本發(fā)明的光檢測器的一個實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖2為圖1所示的光檢測器的II-II線截面圖。圖3為表示光的波長與天線層的周期間隔的關(guān)系的表。 圖4A為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。
圖4B為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。圖4C為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。
圖4D為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。圖4E為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。圖5A為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。 圖5B為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。 圖5C為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。圖5D為表示圖1所示的光檢測器的制造工序的截面圖。圖6為表示圖1所示的光檢測器測定的結(jié)果的圖。圖7A為表示光檢測器的變形例的圖。圖7B為表示光檢測器的變形例的圖。
圖8為表示天線層的變形例的圖。圖9A為表示天線層的變形例的圖。圖9B為表示天線層的變形例的圖。圖9C為表示天線層的變形例的圖。圖IOA為表示天線層的變形例的圖。圖IOB為表示天線層的變形例的圖。圖IOC為表示天線層的變形例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所涉及的光檢測器的優(yōu)選實(shí)施方式。在此，“上”、 “下”等詞為根據(jù)附圖所示狀態(tài)，為方便說明而使用的用語。圖1為本發(fā)明的光檢測器的一個實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。圖2為圖1所示的光檢測器的II-II線截面圖。如圖2所示，光檢測器1具有半導(dǎo)體基板2、電極層3、光吸收層(受光層)4、肖特基(Schottky)電極6a、6b、6c、第1絕緣層8、多個(在本實(shí)施方式中為3個)天線層(天線區(qū)域)lla、llb、llc以及第2絕緣層14。半導(dǎo)體基板2為由η型硅構(gòu)成的基板。半導(dǎo)體基板2的一個主面上形成有電極層 3，半導(dǎo)體基板2的另一個主面上形成有光吸收層4。光吸收層4為包含η型硅的單一的層。光吸收層4具有多個(在本實(shí)施方式中為 3個)臺地(mesa)狀部，位于臺地狀部的頂部的面成為受光面如、仙、如。從上面看光吸收層4，受光面^、4b、k大致呈矩形。受光面^、4b、k被肖特基電極6a、6b、6c覆蓋。肖特基電極6a、6b、6c非常薄，其厚度為下面將敘述的從天線層lla、llb、llc的貫通孔13輸出的光能夠透過的程度。第1絕緣層8覆蓋了光吸收層4的上面除去受光面^、4b、k的部分。通過第1 絕緣層8，光吸收層4上的3個天線層11a、lib、Ilc形成陣列狀。在天線層11a、lib、Ilc上形成有第2絕緣層14。天線層lla、llb、llc為發(fā)生表面等離子體振子共振的層。天線層lla、llb、llc含有導(dǎo)電性材料。優(yōu)選Al、Ag、Au、Cr等作為所含有的導(dǎo)電性材料，但在此之外的也可以。天線層lla、llb、llc分別具有多個凸部12以及位于凸部12之間的凹部15。在凹部15上設(shè)置有貫通孔13。天線層Ila的貫通孔13與光吸收層4的受光面4a、天線層lib的貫通孔13與光吸收層4的受光面4b、天線層Ilc的貫通孔13與光吸收層4的受光面如分別相對。如圖 1所示，從上面看天線層lla、llb、llc，各貫通孔13大致呈矩形。此外，各貫通孔13的短邊的長度(寬)d比入射于天線層lla、llb、llc的光(h ν )的波長短。這樣，通過使貫通孔13 狹窄，可以確保在天線層11a、lib、Ilc產(chǎn)生的近場光(near-field light)(將在下面詳細(xì)敘述)從貫通孔13輸出。此外，由于本發(fā)明的貫通孔13的作用是用于輸出使近場光，因此不僅限于物理意義上的孔，也包括光學(xué)意義上的孔(光透過的孔徑(aperture))。多個凸部12與貫通孔13同樣呈大致矩形。由多個凸部12及位于凸部12之間的凹部15，在天線層lla、llb、llc的表面分別形成符合規(guī)定規(guī)則的圖案。因此，在改變凸部12及凹部15的位置或形狀時，圖案的形狀也改變。在本實(shí)施方式中，通過改變凸部12的配置間隔，使天線層lla、llb、llc的表面圖案互不相同。更具體地說，如圖1所示，在天線層11a、lib、Ilc中，凸部12以彼此的長邊相對的方式配置成一維。此外，凸部12以貫通孔13為中心，對稱地且以規(guī)定間隔配置。規(guī)定的間隔可具體說明如下例如在天線層11a，不夾住貫通孔13而相鄰的凸部12間的中心距離為 Λa，夾住貫通孔13而相鄰的凸部12間的中心距離為Aa的2倍。在天線層lib、Ilc中也一樣，不夾住貫通孔13而相鄰的凸部12間的中心距離分別為Ab、Ac，夾住貫通孔13而相鄰的凸部12間的中心距離分別為Ab、Ac的2倍。以下，稱這些Aa、Ab、Ac為周期間隔。天線層Ila的周期間隔Aa、天線層lib的周期間隔Ab、天線層Ilc的周期間隔 Ac具有互不相同的值。由于Aa、Ab、Ac不同，因此在天線層lla、llb、llc的表面，形成有互不相同的圖案。周期間隔Aa、Ab、Ac可以對應(yīng)于希望檢測的光的波長成分而適宜設(shè)定。在此，說明周期間隔Aa、Ab、Ac的值?？紤]波長λ Q ( = 2 π c/ω )的光相對于天線層lla、llb、llc的任意之一(以下稱天線層11)大致垂直入射的情況。在這種情況下， 天線層11的周期間隔Λ滿足下式(1)，就可以在天線層11發(fā)生表面等離子體振子共振，Λ = mZ0 Γα + €metal ... (1)
\ SaX Smetalε a為與天線層11相接的電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，在真空的情況下ea=l。ε mrtal 為天線層11的介電常數(shù)，￡metal>0。由此，可以導(dǎo)出下式O)。
權(quán)利要求
1.一種光檢測器，其特征在于， 具有半導(dǎo)體基板；形成在所述基板上，具有受光面且產(chǎn)生與受光量相對應(yīng)的電荷的受光層；以及通過絕緣層而形成在所述受光層上，具有與該受光層的受光面相對的物理意義上或光學(xué)意義上的貫通孔且發(fā)生表面等離子體振子共振的多個天線區(qū)域；在所述受光層的所述受光面上分別形成有用于將在所述受光層產(chǎn)生的電荷作為電流信號輸出的PN接合型；在所述多個天線區(qū)域的表面上分別形成有符合規(guī)定規(guī)則的圖案； 在所述多個天線區(qū)域中的至少兩個中，所述圖案互不相同。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測器，其特征在于，所述各天線區(qū)域具有多個凸部和位于該凸部間的凹部，所述凸部及所述凹部形成所述圖案，所述貫通孔設(shè)置于所述凹部。
3.如權(quán)利要求1所述的光檢測器，其特征在于，所述各天線區(qū)域具有多個所述貫通孔，該多個貫通孔形成所述圖案。
4.如權(quán)利要求2所述的光檢測器，其特征在于，所述凸部以規(guī)定的間隔配置，該規(guī)定的間隔在所述多個天線區(qū)域中的至少兩個中互不相同。
5.如權(quán)利要求3所述的光檢測器，其特征在于，所述貫通孔以規(guī)定的間隔配置，該規(guī)定的間隔在所述多個天線區(qū)域中的至少兩個中互不相同。
6.如權(quán)利要求1所述的光檢測器，其特征在于， 所述貫通孔的寬度小于入射光的波長。
7.如權(quán)利要求1所述的光檢測器，其特征在于， 所述受光層，在其兩面上施加偏壓。
8.—種光檢測器，其特征在于， 具有半導(dǎo)體基板；形成在所述半導(dǎo)體基板上的光吸收層；以及通過絕緣層而形成在所述光吸收層上，與入射光相對應(yīng)發(fā)生等離子體振子共振的多個天線區(qū)域；在所述光吸收層的受光面上分別形成有用于將在所述光吸收層產(chǎn)生的電荷作為電流信號輸出的PN接合型；在各個所述天線區(qū)域的表面上形成有規(guī)定的圖案； 在所述多個天線區(qū)域中的至少兩個中，所述圖案互不相同。
全文摘要
當(dāng)光入射光檢測器(1)的天線層(11a、11b、11c)時，包含于入射光中的規(guī)定波長成分的光與天線層(11a、11b、11c)的表面等離子體振子結(jié)合，發(fā)生表面等離子體振子共振。由此，從天線層(11a、11b、11c)的貫通孔(13)輸出近場光。從各貫通孔(13)輸出的近場光通過受光面(4a、4b、4c)到達(dá)光吸收層(4)。光吸收層(4)產(chǎn)生與受光量相對應(yīng)的電荷。由于天線層(11a、11b、11c)的凸部12的周期間隔(Λa、Λb、Λc)互不相同，在每個天線層(11a、11b、11c)與表面等離子體振子結(jié)合的光的波長成分都不同。因此，可以檢測出多個波長成分的光。
文檔編號H01L31/0216GK102163628SQ20111000810
公開日2011年8月24日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月10日
發(fā)明者廣畑徹, 新垣實(shí), 樋口彰, 藤原弘康 申請人:浜松光子學(xué)株式會社