(57)【要約】      （修正有）【課題】受光素子の半導体のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギの光を検知できる受光器を提供する。【解決手段】受光器１００は、ｐ型半導体領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃとｎ型半導体領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃの境界（ｐｎ境界１５ａ〜ｅ）が形成されている半導体基板１０と、ｐｎ境界１５ａ〜ｅから受光対象光の波長以下の距離を隔てて配置されている細長のナノ金属片３と、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の間に逆バイアス電圧を印加する電源を備える。半導体基板１０を構成する半導体のバンドギャップエネルギが対象光のエネルギよりも高く、対象光のエネルギの２倍よりも低い。また、ナノ金属片３の長さが対象光との間でプラズモン共鳴を励起可能な長さＬに規定されている。ナノ金属片３の表面にてプラズモン共鳴が発生し、ナノ金属片３の端部とｐｎ境界との間に強力な近接場光（非進行波）が発生し、２光子吸収現象が生じる。【選択図】図１
2020126889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象光を検知可能な受光素子であって、
表面にｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の境界が形成されている半導体基板と、
前記境界から前記対象光の波長以下の距離を隔てて配置されている細長のナノ金属片と、
前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域の間に逆バイアス電圧を印加する電源と、
を備えており、
前記半導体基板を構成する半導体のバンドギャップエネルギが前記対象光のエネルギよりも高く、かつ、前記対象光のエネルギの２倍よりも低く
前記ナノ金属片の長さが、前記対象光との間でプラズモン共鳴を励起可能な長さに規定されている、受光器。
【請求項２】
前記ナノ金属片は、長手方向が前記境界に沿うように前記境界の直上に配置されている、請求項１に記載の受光器。
【請求項３】
複数の前記ｐ型半導体領域と複数の前記ｎ型半導体領域が縞模様状に交互に配置されており、
前記ナノ金属片は、長手方向が複数の前記ｐ型半導体領域と複数の前記ｎ型半導体領域の並び方向を向くように配置されているとともに、前記ナノ金属片の一端が前記境界の直上に位置し他端が別の前記境界の直上に位置するように配置されている、請求項１に記載の受光器。
【請求項４】
前記ナノ金属片の端部と前記境界との間の距離が前記対象光の波長の半分以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項５】
前記半導体基板の表面に、前記対象光を透過する絶縁層が形成されており、前記ナノ金属片は、前記絶縁層に支持されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の受光器。
【請求項６】
前記ナノ金属片は、金である、請求項１から５のいずれか１項に記載の受光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、受光器に関する。特に、受光素子に利用する半導体のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギの光を検知することのできる受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズモン共鳴を利用した受光素子が研究されている（例えば特許文献１、非特許文献１）。プラズモン共鳴は、照射光によって金属表面に誘起される電子の集団的振動である。共鳴条件は、光量子の周波数が金属の表面で振動可能な電子の自然周波数に一致することである。それゆえ、金属の大きさはナノレベルとなる。プラズモン共鳴が生じると、金属の近傍に強度が照射光の概ね５０倍程度に増幅された非進行波の近接場光が発生する。フォトダイオードや光電子カプラなど、受光素子を近接場光の発生範囲に配置することで、弱小な光を検知する受光器が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７３８３２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「表面プラズモンを利用した光検出器の性能向上」, 小野篤志, 佐藤弘明, 猪川洋, 表面技術, Vol.62, No.6, 2011 pp.291-295
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体の受光素子を用いた受光器では、入射光のエネルギがバンドギャップエネルギよりも高くないとキャリア励起が生じない。たとえば、シリコンのバンドギャップは１．１［ｅＶ］であり、アイセーフ帯域の光（例えば波長１５５０［ｎｍ］の近赤外光）のエネルギは０．８［ｅＶ］程度であるため、キャリア励起が生じない。それゆえ、シリコンを使った従来の受光素子では、アイセーフ帯域の光を検知することができなかった。本明細書は、プラズモン共鳴を利用し、受光素子の半導体のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギの光を検知することのできる受光器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する受光器は、表面にｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の境界が形成されている半導体基板と、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の境界から受光対象光の波長以下の距離を隔てて配置されている細長のナノ金属片と、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の間に逆バイアス電圧を印加する電源を備えている。半導体基板を構成する半導体のバンドギャップエネルギが対象光のエネルギよりも高く、かつ、対象光のエネルギの２倍よりも低い。また、ナノ金属片の長手方向の長さが、対象光との間でプラズモン共鳴を励起可能な長さに規定されている。以下では、説明の便宜のためｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の境界をｐｎ境界と称する場合がある。ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の接合面は界面（あるいは接合界面）と呼ばれることがあるが、ここでいうｐｎ境界とは、界面の基板表面に露出している境界線を意味する。
【０００７】
本明細書が開示する受光器では、ナノ金属片の表面にてプラズモン共鳴が発生し、細長のナノ金属片の端部とｐｎ境界との間に強力な近接場光（非進行波）が発生する。近接場光が非進行波でかつ強度が高いため、半導体基板のｐｎ境界の近傍にて２光子吸収現象（２個の光子が同時に吸収される現象）が生じ得る。２光子吸収現象により、対象光のエネルギの２倍のエネルギがｐｎ境界に注入されキャリア励起が生じる。また、ｐｎ境界には逆バイアス電圧が印加されている。キャリア励起によって生成された電子は逆バイアス電圧で加速され、ｐｎ境界でアバランシェ増幅が発生する。従って、僅かでもキャリア励起が生じれば計測可能な量の電流が流れるようになる。すなわち、本明細書が開示する受光器は、受光素子として用いる半導体のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギの光を検知することができる。本明細書が開示する受光器は、複数のナノ金属片を備えていてもよい。
【０００８】
本明細書が開示する受光器の一例では、ナノ金属片は、長手方向がｐｎ境界に沿うようにｐｎ境界の直上に配置されている。そのような配置によって、ナノ金属片の両端のそれぞれで発生する近接場光によってｐｎ境界付近でキャリア励起が誘起され得る。なお、半導体基板の表面からナノ金属片までの距離が対象光の波長よりも短い場合は、ナノ金属片はｐｎ境界の直上から多少ずれてもよい。ナノ金属片の長手方向の端とｐｎ境界との間の距離が対象光の波長以下であればよい。
【０００９】
本明細書が開示する受光器の別の態様では、複数のｐ型半導体領域と複数のｎ型半導体領域が縞模様状に交互に配置されていてもよい。その場合、複数のｐｎ境界が平行に並ぶことになる。さらに、ナノ金属片は、長手方向が複数のｐ型半導体領域と複数のｎ型半導体領域の並び方向を向くように配置されているとともに、ナノ金属片の一端がｐｎ境界の直上に位置し他端が別のｐｎ境界の直上に位置するように配置されているとよい。この場合も、ナノ金属片の両端のそれぞれで発生する近接場光によってｐｎ境界付近にキャリア励起が生じ得る。なお、縞模様状のｐ型半導体領域とｎ型半導体領域の並び方向の幅Ｗが一定である場合、ナノ金属片の長さは、幅Ｗの整数倍であるとよい。なお、半導体基板の表面からナノ金属片までの距離が対象光の波長よりも短い場合は、ナノ金属片の端はｐｎ境界の直上から多少ずれてもよい。ナノ金属片の長手方向の端とｐｎ境界との間の距離が対象光の波長以下であればよい。
【００１０】
ナノ金属片の端部とｐｎ境界との距離は、対象光の波長の半分以下であるとよい。ナノ金属片の端部とｐｎ境界との距離が対象光の波長の半分以下であると、近接場光の強度の高い場所にｐｎ境界が位置することになり、キャリア励起が生じ易くなる。
【００１１】
半導体基板の表面に、対象光を透過する絶縁層が形成されており、ナノ金属片は、絶縁層に支持されているとよい。絶縁層の一例は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００１２】
ナノ金属片は、金であるとよい。ナノ金属片は、理論上は銀やアルミニウムでもよいが、それらの金属は酸化しやすいため、酸化しない金を採用するのがよい。
【００１３】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例の受光器の模式的斜視図である。
【図２】第２実施例の受光器の模式的斜視図である。
【図３】第３実施例の受光器の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施例）図１を参照して第１実施例の受光器１００を説明する。図１は、受光器１００の模式的斜視図である。受光器１００は、シリコンの半導体基板１０、複数のナノ金属片３、電源１７、電流センサ１８、検知回路１９を備えている。半導体基板１０の表面には絶縁層２０が設けられており、絶縁層２０の上面に複数のナノ金属片３が支持されている。図１では、半導体基板１０の構造が理解できるように、絶縁層２０は仮想線で描いてある。半導体基板１０と絶縁層２０と複数のナノ金属片３が受光素子２を構成する。
【００１６】
受光器１００は、アイセーフ帯域の特定波長の光を検知することができる。一般に、アイセーフ帯域とは、１４００［ｎｍ］以上の波長帯域であると言われている。実施例の受光器１００は、シリコンの半導体基板１０を用いて、例えば波長が１５００［ｎｍ］の光を検知することができる。シリコン半導体のバンドギャップは１．１［ｅＶ］であるのに対して１５００［ｎｍ］の波長の光のエネルギは０．８［ｅＶ］程度であり、光のエネルギがバンドギャップエネルギよりも低い。それゆえ、シリコンの半導体基板１０で作られた従来の受光素子に単純に波長１５００［ｎｍ］の光を当てただけではキャリア励起が生じることがなく、光を検知できない。実施例の受光器１００は、受光素子を構成する半導体基板のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギの光を検知することができる。実施例の受光器１００は、波長１５００［ｎｍ］の近赤外の光を計測の対象光とする。
【００１７】
半導体基板１０には、複数のｐ型半導体領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、複数のｎ型半導体領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている。以下では、説明の便宜上、複数のｐ型半導体領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃをｐ型半導体領域１１と総称する場合があり、複数のｎ型半導体領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃをｎ型半導体領域１３と総称する場合がある。
【００１８】
複数のｐ型半導体領域１１は、低濃度のｎ型シリコン基板の一部にｐ型不純物としてボロンを注入して形成される。ｐ型半導体領域１１の深さは例えば０．１〜１．０［μｍ］である。ｐ型半導体領域１１は高濃度のｐ型半導体領域であり、ｐ型の不純物の濃度は、３×１０１６［ｃｍ−２］以上、５×１０１７［ｃｍ−２］以下である。
【００１９】
複数のｎ型半導体領域１３は、低濃度のｎ型シリコン基板の一部にｎ型不純物としてヒ素あるいはリンを注入して形成される。ｎ型半導体領域１３の深さは例えば０．１〜１．０［μｍ］である。ｎ型半導体領域１３は高濃度のｎ型半導体領域であり、ｎ型の不純物の濃度は、１×１０１８［ｃｍ−２］以上である。ｐ型半導体領域１１の濃度と、ｎ型半導体領域１３の濃度は、アバランシェ増幅現象が生じ得るように定められる。
【００２０】
図１では、図示を省略しているが、ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の下方（図中の座標系の−Ｚ方向）には、低濃度のｎ型シリコン半導体領域が広がっている。
【００２１】
複数のｐ型半導体領域１１と、複数のｎ型半導体領域１３は、縞模様状に交互に配置されている。説明の都合上、ｐ型半導体領域１１ａとｎ型半導体領域１３ａの境界をｐｎ境界１５ａと称する。ｎ型半導体領域１３ａとｐ型半導体領域１１ｂの境界をｐｎ境界１５ｂと称し、ｐ型半導体領域１１ｂとｎ型半導体領域１３ｂの境界をｐｎ境界１５ｃと称する。同様に、ｎ型半導体領域１３ｂとｐ型半導体領域１１ｃの境界をｐｎ境界１５ｄと称し、ｐ型半導体領域１１ｃとｎ型半導体領域１３ｃの境界をｐｎ境界１５ｅと称する。ｐｎ境界１５ａ−１５ｅは、ｐｎ接合している。以下では、説明の便宜上、ｐｎ境界１５ａ−１５ｅを、ｐｎ境界１５と総称する場合がある。ｐｎ境界１５は、半導体基板１０の表面に見えているｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３のｐｎ接合界面の境界線を意味する。
【００２２】
複数のｐ型半導体領域１１は、それらの一端（図中の座標系の−Ｘ側の端）が、ｐ型半導体領域１１と同濃度のｐ型連結半導体領域１２で連結されており、複数のｐ型半導体領域１１は同電位となる。複数のｎ型半導体領域１３は、それらの一端（図中の座標系の＋Ｘ側の端）が、ｎ型半導体領域１３と同濃度のｎ型連結半導体領域１４で連結されており、複数のｎ型半導体領域１３は同電位となる。ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の間には、逆バイアスを印加する電源１７が接続されている。すなわち、電源１７の正極がｎ型連結半導体領域１４に接続され、負極がｐ型連結半導体領域１２に接続される。逆バイアスが印加されることで、ｐｎ境界１５でキャリア励起が生じれば、アバランシェ増幅が生じ、ｎ型半導体領域１３からｐ型半導体領域１１へ電流が流れる。
【００２３】
先に述べたように、半導体基板１０の表面には絶縁層２０が設けられており、絶縁層２０の上面に複数のナノ金属片３が支持されている。より具体的には、半導体基板１０の表面に露出しているｐｎ境界１５を覆うように絶縁層２０が形成されており、絶縁層２０を隔ててｐｎ境界１５と対向するように複数のナノ金属片３が絶縁層２０の表面に分散配置されている。
【００２４】
絶縁層２０は例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で作られている。絶縁層２０の厚みＴは、１０〜１００［ｎｍ］である。絶縁層２０は、受光器１００の計測対象光である波長１５００［ｎｍ］の光は透過する。絶縁層２０は、波長１５００［ｎｍ］以外の光は遮断してもよいし、透過してもよい。
【００２５】
絶縁層２０の上に、細長の複数のナノ金属片３が配置されている。ナノ金属片３は、金（Ａｕ）で作られている。複数のナノ金属片３は、いずれも、その長手方向がｐｎ境界１５に沿う方向（図中の座標系のＸ方向）を向いており、ｐｎ境界１５の直上に配置されている。それぞれのナノ金属片３とその直下のｐｎ境界１５との間の距離Ｔ（すなわち絶縁層２０の厚み）は、先に述べたように、１０〜１００［ｎｍ］である。この距離Ｔ＝１０〜１００［ｎｍ］は、計測対象光の波長１５００［ｎｍ］の半分以下である。
【００２６】
なお、ナノ金属片３の端とｐｎ境界１５との間の距離が計測対象光の波長１５００［ｎｍ］より短ければよい。好ましくは、ナノ金属片３の端とｐｎ境界１５との間の距離が計測対象光の波長１５００［ｎｍ］の半分より短ければよい。従って、ナノ金属片３は、ｐｎ境界１５の直上から多少ずれていてもよい。
【００２７】
ナノ金属片３の長手方向の長さＬは、計測対象の光が照射されると長手方向にプラズモン共鳴を生じ得る長さに規定されている。計測対象の光の波長が１５００［ｎｍ］の場合、ナノ金属片３の長さＬは、約１００［ｎｍ］である。ナノ金属片３の短手方向の長さ（幅）は、長手方向のプラズモン共鳴を助長し得る長さに規定されている。対象光の波長が１５００［ｎｍ］の場合、ナノ金属片３の短手方向の長さ（幅）は、約１０［ｎｍ］である。そのようなサイズを有するナノ金属片３に波長１５００［ｎｍ］の光が照射されると、ナノ金属片３の表面にて自由電子が長手方向に集団的振動を生じる。照射光によって生じる自由電子の集団的振動がプラズモン共振と呼ばれる現象である。また、ナノ金属片３と半導体基板１０までの距離Ｔは波長１５００［ｎｍ］の半分以下である。プラズモン共振によって、ナノ金属片３の長手方向の両端のそれぞれと半導体基板１０との間で非進行波の近接場光が生じる。近接場光の強度は、入射光の概ね５０倍となる。
【００２８】
ナノ金属片３の直下にはｐｎ境界１５が位置している。すなわち、ｐｎ境界１５が近接場光の範囲に位置する。強度の高い近接場にｐｎ境界１５が位置しているので、ｐｎ境界１５に非常に多数の光量子が衝突する。そうすると、２個の光子がｐｎ境界に同時に吸収される現象（２光子吸収過程）が生じ得る。２光子吸収過程にて２個の光子が同時に吸収されると、ｐｎ境界に吸収されるエネルギは、１個の光のエネルギ（波長１５００［ｎｍ］の場合は０．８［ｅＶ］）の２倍、すなわち、１．６［ｅＶ］となる。半導体基板１０はシリコンがベースであり、そのバンドギャップは１．１［ｅＶ］である。ｐｎ境界１５がバンドギャップエネルギ（１．１［ｅＶ］）を超えるエネルギ（１．６［ｅＶ］）を吸収するのでキャリア励起が発生し、ｎ型半導体領域１３に電子が放出される。自由電子は電源１７による逆バイアス電圧によって加速され、アバランシェ増幅が生じ、ｐｎ境界１５に電流が流れる。すなわち、受光素子２のｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の間に電流が流れる。ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の間に流れる電流の大きさは、受光素子２が受光した光（波長１５００［ｎｍ］の近赤外光）の強度と正の相関を有する。
【００２９】
受光素子２と電源１７の間に電流センサ１８が接続されており、電流センサ１８の出力は、検知回路１９に接続されている。受光素子２が波長１５００［ｎｍ］の光を受けると、半導体基板１０のｐｎ境界１５でアバランシェ増幅が生じ、受光素子２と電源１７の間に電流が流れる。電流センサ１８が電流を検知すると、検知回路から不図示のモニタ装置へ受光を示す信号が出力される。電流センサ１８が計測する電流量は、受光素子２が受光した光（波長１５００［ｎｍ］の近赤外光）の強度と正の相関を有する。検知回路１９は、電流センサ１８の出力に基づいて、受光素子２が受光した光の強度に応じた信号を出力する。
【００３０】
上記したように、第１実施例の受光器１００は、受光素子２を構成する半導体基板１０のバンドギャップエネルギよりも低いエネルギの光を検出することができる。なお、本明細書が開示する技術は、半導体基板を構成する半導体のバンドギャップエネルギが対象光のエネルギよりも高く、かつ、対象光のエネルギの２倍よりも低ければよい。計測対象の光の波長に応じてナノ金属片のサイズを決めることで、受光素子のバンドギャップエネルギの１／２以上、バンドギャップエネルギ未満のエネルギを有する任意の波長の対象光を検知できる受光素子を実現することができる。別言すれば、受光素子２の半導体基板１０を構成する半導体のバンドギャップエネルギが対象光のエネルギよりも高く、かつ、対象光のエネルギの２倍よりも低い範囲で任意の波長の対象光を検知できる受光素子を実現することができる。
【００３１】
（第２実施例）図２に、第２実施例の受光器１００ａの模式的斜視図を示す。第２実施例の受光器１００ａでは、受光素子２ａにおけるナノ金属片３の配置が受光器１００とは異なっている。受光器１００ａのその他の構成は、第１実施例の受光器１００の構成と同じである。
【００３２】
複数のナノ金属片３のそれぞれは、長手方向がｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の並び方向（図中の座標系のＹ方向）を向くように配置されているとともに、ナノ金属片３の一端がｐｎ境界１５の直上に位置し、他端が別のｐｎ境界１５の直上に位置するように配置されている。例えば、図２において、ナノ金属片３ａ、３ｂの一端はｐｎ境界１５ａの直上に位置しており、他端はｐｎ境界１５ｂの直上に位置している。また、ナノ金属片３ｃの一端はｐｎ境界１５ｂの直上に位置しており、他端はｐｎ境界１５ｃの直上に位置している。他のナノ金属片も同様に、一端が特定のｐｎ境界１５の直上に位置しており、他端が別のｐｎ境界１５の直上に位置している。
【００３３】
ナノ金属片３の長手方向の長さＬは、第１実施例の受光器１００と同様に、計測対象光が照射されるとプラズモン共振を励起可能な長さに規定されている。第２実施例の受光器１００ａの場合、ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の幅Ｗ（両者の並び方向の幅）は、一定である。ナノ金属片３は長手方向がｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の並び方向を向いており、長手方向の両端がそれぞれ隣り合うｐｎ境界のそれぞれの直上に位置している。すなわち、ナノ金属片３の長さＬは、ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３のそれぞれの並び方向の幅Ｗに等しい。
【００３４】
（第３実施例）図３に、第３実施例の受光器１００ｂの模式的斜視図を示す。第３実施例の受光器１００ｂでは、ナノ金属片３０の長さが第２実施例の受光器１００ａとは異なっている。受光器１００ｂのその他の構成は、第２実施例の受光器１００ａの構成と同じである。
【００３５】
複数のナノ金属片３０のそれぞれは、第２実施例の受光器１００ａと同様に、長手方向がｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の並び方向（図中の座標系のＹ方向）を向くように配置されているとともに、ナノ金属片３０の一端がｐｎ境界１５の直上に位置するとともに他端が別のｐｎ境界１５の直上に位置するように配置されている。ただし、ナノ金属片３０の長さ２Ｌは、第２実施例の受光器１００ａのナノ金属片３の長さＬの２倍である。例えば、ナノ金属片３０ａは、その一端がｐｎ境界１５ａの直上に位置しており、他端がｐｎ境界１５ｃの直上に位置している。すなわち、ナノ金属片３０の長さ２Ｌは、ｐ型半導体領域１１（ｎ型半導体領域１３）の並び方向の幅Ｗの２倍に等しい。
【００３６】
第２実施例の受光器１００ａ、第３実施例の受光器１００ｂにおいても、ナノ金属片３（３０）の端とｐｎ境界１５の間の距離が対象光の波長よりも短ければよいので、ナノ金属片３（３０）の端は、ｐｎ境界１５の直上から多少ずれてもよい。好ましくは、ナノ金属片３（３０）の端とｐｎ境界１５の間の距離は対象光の波長の半分よりも短いとよい。
【００３７】
実施例で説明した受光素子２（２ａ、２ｂ）は、比較的に簡単な方法で製造することができる。次に、受光素子２（２ａ、２ｂ）の製造方法について説明する。まず、低濃度ｎ型のシリコン半導体の基板（半導体基板）を準備する。半導体基板の特定の領域にボロンなどのｐ型不純物を、マスクを介してイオン注入し、ｐ型半導体領域を形成する。次に、ｐ型半導体領域に隣接するように、ヒ素あるいはリンなどのｎ型不純物を、マスクを介してイオン注入してｎ型半導体領域を形成する。ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域はいずれも、アバランシェ増幅を生じ易いように不純物を高濃度に含有している。次に、半導体基板の表面に絶縁層を形成する。次いで、絶縁層の上に金（Ａｕ）の薄膜を形成する。最後に、形成された金（Ａｕ）の薄膜のなから、ナノ金属片として残したい部分にリソグラフィにてマスクを形成し、マスク以外の箇所をドライエッチングで除去する。
【００３８】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第２実施例の受光素子２ａ、第３実施例の受光素子２ｂでは、ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の幅Ｗが、ナノ金属片３、３０の長さとの関係で制限を受ける。幅Ｗは、ナノ金属片３の長さＬの整数倍であればよい。一方、第１実施例の半導体素子２では、ｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域１３の幅に、ナノ金属片３の長さに関連した制限はない。
【００３９】
実施例においては、ナノ金属片は金（Ａｕ）であった。ナノ金属片は、理論上は銀やアルミニウムでもよい。しかしながら、銀やアルミニウムは酸化しやすいため、酸化しない金を採用するのがよい。
【００４０】
ナノ金属片が分散配置されている絶縁層２０の表面は、対象光（計測対象光）のみを通すバンドパスフィルタで覆われているとよい。バンドパスフィルタを備えることで、対象光以外の波長の光による誤信号の出力が防止される。
【００４１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４２】
２、２ａ、２ｂ：受光素子
３、３ａ−３ｃ、３０、３０ａ：ナノ金属片
１０：半導体基板
１１ａ−１１ｃ：ｐ型半導体領域
１２：ｐ型連結半導体領域
１３ａ−１３ｃ：ｎ型半導体領域
１４：ｎ型連結半導体領域
１５ａ−１５ｅ：ｐｎ境界
１７：電源
１８：電流センサ
１９：検知回路
２０：絶縁層
１００、１００ａ、１００ｂ：受光器
【図１】
2020126889.tif 000003
【図２】
2020126889.tif 000004
【図３】
2020126889.tif 000005