(57)【要約】【課題】本発明は、電流注入型のスペーザーダイオード構造とすることで、光学部品を必要とせず、電力‐表面プラズモン変換効率を高め、ナノスケールの高い強度の表面プラズモンを発生することを可能にする。【解決手段】ｐｎ接合を有する活性層１３と、前記活性層１３中の一方側に形成されたｎ型領域（ｎ型活性層１３ｎ）と、前記ｎ型領域に接合して前記活性層１３中の他方側に形成されたｐ型領域（ｐ型活性層１３ｐ）を有し、前記活性層１３の第１面に接触して形成された第１バリア層１２と、前記活性層１３の第１面とは反対の第２面に接触して形成された第２バリア層１４と、前記ｎ型活性層１３ｎと前記ｐ型活性層１３ｐとで形成される前記活性層１３のｐｎ接合上に前記第２バリア層１４と絶縁膜１６を介して形成された金属体（ナノ金属体）２１を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合を有する活性層と、
前記活性層中の一方側に形成されたｎ型領域と、
前記ｎ型領域に接合して前記活性層中の他方側に形成されたｐ型領域を有し、
前記活性層の第１面に接触して形成された第１バリア層と、
前記活性層の第１面とは反対の第２面に接触して形成された第２バリア層と、
前記ｎ型領域と前記ｐ型領域とで形成される前記活性層のｐｎ接合上に前記第２バリア層と絶縁膜を介して形成された金属体を有する
表面プラズモン発生装置。
【請求項２】
前記第１バリア層は、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる
請求項１記載の表面プラズモン発生装置。
【請求項３】
前記第２バリア層は、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる
請求項１記載の表面プラズモン発生装置。
【請求項４】
前記活性層のｐ型領域を挟む前記第１バリア層および前記第２バリア層がｐ型に形成されていて、
前記活性層のｎ型領域を挟む前記第１バリア層および前記第２バリア層がｎ型に形成されている
請求項１記載の表面プラズモン発生装置。
【請求項５】
前記第１バリア層と前記活性層と前記第２バリア層からなる積層体はリッジ形状に形成されていて、
前記活性層に形成されたｐｎ接合は前記リッジ形状に形成されたリッジ部内に形成されている
請求項１記載の表面プラズモン発生装置。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板上に第１導電型の第１バリア層と第１導電型の活性層と第１導電型の第２バリア層を順に積層する工程と、
前記第２バリア層と前記活性層と前記第１バリア層からなる第１導電型の積層体に前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型領域を形成する工程と、
前記積層体の第１導電型領域と前記第２導電型領域とのｐｎ接合を含むように前記積層体をリッジ形状にパターニングしてリッジ部を形成する工程と、
前記リッジ部を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
前記リッジ部のｐｎ接合上方の前記絶縁膜上に前記ｐｎ接合をまたぐ金属体を形成する工程を有する
表面プラズモン発生装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペーザー（ＳＰＡＳＥＲ：Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation：輻射の誘導放出による表面プラズモン増幅）ダイオードを用いた表面プラズモン発生装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属表面に生成する表面プラズモン（ＳＰ：Surface Plasmon）は、空気中を伝播する光よりも高い波数を備えることができるため、近年では近接場光応用やナノフォトニクス、特にバイオセンシングに広く利用されている。金属体は平面からなる１次元構造、ストライプなどの２次元構造、微粒子などの３次元構造があり、何れの場合であっても、少なくとも１軸の寸法を数ｎｍ〜５０ｎｍ程度にすることで、表面プラズモンの波数を高くできる。すなわち空間分解能を高くできる特徴がある。
【０００３】
このようなナノ寸法を備えた３次元構造体である金属体（以下ナノ金属体という）では、表面プラズモンの生成法のひとつとして、外部からの入射光の散乱過程がある。
しかしながら非共鳴状態では散乱断面積が非常に小さいために入射光と表面プラズモンの結合効率が小さい。
【０００４】
一方、ナノ金属体が表面プラズモンに対して構造共鳴（Cavity）をとる場合には、高いＱ値（利得）が得られることが報告されている。このような構造共鳴をとる構造には、微小球、ロッド、ストライプ、グルーブなど様々なものがある。Ｑ値が高い場合、表面プラズモンにより形成される電磁場の強いエバネッセント光と入射光の結合により集光が生じ、散乱断面積が大きくなることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
このような場合であっても、散乱断面積の増加分は光の波長程度であるため、高い結合効率を得るためには入射光を回折限界まで集光したり、位置精度を高めたりする必要があり、装置が複雑になる。
【０００５】
また、共鳴周波数幅が狭いため、通常は入射光にレーザ光が利用される。現在、電力‐光電力変換効率（ＥＯ効率）が最も高い半導体レーザ装置であっても、可視光領域ではレーザ出射部でＥＯ効率が４０％程度であり、各種光学系を経由した後ではＥＯ効率が数％に止まる。
したがって、電力‐表面プラズモン（Ｅ‐ＳＰ）変換効率が著しく低くなることが明らかである。
【０００６】
近年、表面プラズモンにより形成された波長以下の局在電磁場とエネルギーバンドギャップを有する利得媒体が近接する場合に、このエネルギーバンドギャップにおける電子‐正孔対が有するエネルギーの表面プラズモンへの移動が生じることが報告されている。
【０００７】
例えば、媒体が半導体量子井戸の場合では、「量子井戸‐表面プラズモン結合」が生じる（例えば、非特許文献２参照。）。この半導体量子井戸は光励起により電子‐正孔対を生成し、この電子‐正孔対のエネルギーが表面プラズモンに移動する。
したがって、表面プラズモンのエネルギーｈνは励起光のエネルギーと同等か、低くなる。
なお、このような形態では、表面プラズモンはインコヒーレントである。
【０００８】
一方、ナノ金属体が構造共鳴を取る場合では、共振器内の光と同様に表面プラズモンの誘導放出が発生し、コヒーレント表面プラズモンが生成できる。この現象はスペーザー（ＳＰＡＳＥＲ：Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation：輻射の誘導放出による表面プラズモン増幅）と呼ばれている。例えば、金属シェル構造に半導体ナノドットを付加した構造が提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。
利得媒体は光励起により正孔‐電子対を生成し、この電子‐正孔対のエネルギーが表面プラズモンに移動する。
したがって、表面プラズモンのエネルギーｈνは励起光のエネルギーと同等か、低くなる。
何れの場合であっても、利得媒体を光励起するためには前述の共鳴散乱の場合と同じく、高精度の入射光の集光系が必要になる。また、入射光が１００％利得媒体に吸収されるわけではない。入射光源に半導体レーザ光を利用する場合であっても、電力‐表面プラズモン変換効率は著しく低くなることが明らかである。
【０００９】
ところで、表面プラズモンの利用方法は遠視野系と近視野系に分別される。
特に、後者の近視野系では、各種センシング、微粒子やＤＮＡなどの捕獲、情報記録装置、近接場露光装置など、高強度の局在光を必要とする用途に利用できる。しかしながら、産業的な観点では、電力‐表面プラズモン変換効率が低いことや多くのシステム部品点数（特に光学部品）が多いこと、光学系に高精度な位置制御が求められることなどの問題を有している。
また、入射光が１００％利得媒体に吸収されるわけではないので、入射光そのものが局在光に対してバックグラウンドノイズになりＳ／Ｎ比が低くなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】C.F.Bohren, D.R.Huffman “Absorption and Scattering of Light by Small Particles” WILEY CIENCE PAPERBACK SERIES. pp340-341
【非特許文献２】K.Okamoto, I.Nimi, A.Shvartser, Y.Narukawa, T.Mukai and A.Scherer,“Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells.” Nature Mat. 3, 601 （２００４）
【非特許文献３】M.I.Stockman, “Spasers explained.” Nature Photonics 2, 327 （２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、電力‐表面プラズモン変換効率が低い点や多くのシステム部品点数（特に光学部品）が多い点である。
【００１２】
本発明は、電流注入型のスペーザーダイオード構造とすることで、光学部品を必要とせず、電力‐表面プラズモン変換効率を高め、ナノスケールの高い強度の表面プラズモンを発生することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の表面プラズモン発生装置は、ｐｎ接合を有する活性層と、前記活性層中の一方側に形成されたｎ型領域と、前記ｎ型領域に接合して前記活性層中の他方側に形成されたｐ型領域を有し、前記活性層の第１面に接触して形成された第１バリア層と、前記活性層の第１面とは反対の第２面に接触して形成された第２バリア層と、前記ｎ型領域と前記ｐ型領域とで形成される前記活性層のｐｎ接合上に前記第２バリア層と絶縁膜を介して形成された金属体を有する。
【００１４】
本発明の表面プラズモン発生装置では、活性層のｐｎ接合に電流注入することによって、注入された電子および正孔は効率的に金属体の下部およびその近傍のｐｎ接合で電子‐正孔対を形成する。そして、活性層の垂直方向近傍に形成された金属体が電子‐正孔対からエネルギー移動を受けて、金属体に表面プラズモンが発生される。
また金属体がｐｎ接合からの発光スペクトルに対応する波長で構造共鳴するような構造を備えることによって、コヒーレント表面プラズモンが生成できるため、電流注入型のスペーザーダイオードとなる。
【００１５】
本発明の表面プラズモン発生装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型の第１バリア層と第１導電型の活性層と第１導電型の第２バリア層を順に積層する工程と、前記第２バリア層と前記活性層と前記第１バリア層からなる第１導電型の積層体に前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型領域を形成する工程と、前記積層体の第１導電型領域と前記第２導電型領域とのｐｎ接合を含むように前記積層体をリッジ形状にパターニングしてリッジ部を形成する工程と、前記リッジ部を被覆する絶縁膜を形成する工程と、前記リッジ部のｐｎ接合上方の前記絶縁膜上に前記ｐｎ接合をまたぐ金属体を形成する工程を有する。
【００１６】
本発明の表面プラズモン発生装置の製造方法では、活性層のｐｎ接合上方の絶縁膜上に、ｐｎ接合をまたぐように金属体が形成される。このことから、活性層のｐｎ接合に電流注入することによって、注入された電子および正孔は効率的に金属体の下部およびその近傍のｐｎ接合で電子‐正孔対を形成する。そして、活性層の垂直方向近傍に形成された金属体が電子‐正孔対からエネルギー移動を受けて、金属体に表面プラズモンが発生される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の表面プラズモン発生装置は、電流注入により表面プラズモンを直接生成できるため、電力‐表面プラズモン変換効率を高くできる。
【００１８】
本発明の表面プラズモン発生装置の製造方法は、電流注入により表面プラズモンを直接生成できるため、電力‐表面プラズモン変換効率を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る表面プラズモン発生装置の構成の一例を示した概略構成斜視断面図である。
【図２】図２の部分拡大斜視断面図である。
【図３】図１の金属体部分を通るｘ‐ｚ面での断面図である。
【図４】ナノ金属体の変形例を示した平面図である。
【図５】ナノ金属体の変形例を示した斜視図である。
【図６】ナノ金属体の変形例を示した平面図である。
【図７】ナノ金属体の変形例を示した平面図である。
【図８】ナノ金属体の変形例を示した断面図である。
【図９】ナノ金属体の変形例を示した平面図である。
【図１０】ナノ金属体の変形例を示した断面図である。
【図１１】ナノ金属体の変形例を示した断面図である。
【図１２】ナノ金属体の変形例を示した平面図である。
【図１３】表面プラズモン発生装置の応用例を示した平面図である。
【図１４】表面プラズモン発生装置の応用例を示した平面図および斜視図である。
【図１５】表面プラズモン発生装置の応用例を示した正面図および斜視図である。
【図１６】表面プラズモン発生装置の応用例を示した平面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
【００２１】
＜１．第１の実施の形態＞
［表面プラズモン発生装置の構成の一例］
本発明の第１実施の形態に係る表面プラズモン発生装置の構成の一例を、図１の概略構成斜視断面図および図２の部分拡大斜視断面図によって説明する。図１では、表面プラズモン発生装置の基本構成を示した。
【００２２】
図１および図２に示すように、基板１１を有する。この基板１１は、例えばｎ型のガリウムヒ素（ｎ‐ＧａＡｓ）基板からなる。
上記基板１１上（一方側の面）には、第１バリア層１２、活性層１３、第２バリア層１４が順に積層されている。
【００２３】
上記第１バリア層１２は、上記活性層１３の第１面側に形成され、上記活性層１３のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる。このような半導体として、例えばアルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）がある。
【００２４】
上記活性層１３は、ｐｎ接合を有するガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）層からなる。すなわち、一方側にｐ型活性層１３ｐが形成され、他方側にｎ型活性層１３ｎが形成されていて、ｐｎ接合を有している。このｐｎ接合はホモ接合となっている。
【００２５】
上記第２バリア層１４は、上記活性層１３の第１面とは反対の第２面側に形成され、上記活性層１３のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる。このような半導体として、例えばアルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）がある。
【００２６】
上記第２バリア層１４、上記活性層１３および上記第１バリア層１２の上部は、リッジ形状に形成されたリッジ部２０となっていて、上記ｐｎ接合およびその近傍部分の幅が狭く形成されている、すなわち、狭窄構造となっている。
【００２７】
また、上記ｐ型活性層１３ｐを挟む上記第１バリア層１２の部分と上記第２バリア層１４の部分は、ｐ型領域で形成されている。したがって、上記ｐ型活性層１３ｐ（例えばｐ‐ＧａＩｎＰ層）は、ｐ型第１バリア層１２ｐ（例えばｐ‐ＡｌＧａＩｎＰ層）とｐ型第２バリア層１４ｐ（例えばｐ‐ＡｌＧａＩｎＰ層）とに挟まれている。
同様に、上記ｎ型活性層１３ｎを挟む上記第１バリア層１２の部分と上記第２バリア層１４の部分は、ｎ型領域で形成されている。したがって、上記ｎ型活性層１３ｎ（例えばｎ‐ＧａＩｎＰ層）は、ｎ型第１バリア層１２ｎ（例えばｎ‐ＡｌＧａＩｎＰ層）とｎ型第２バリア層１４ｎ（例えばｎ‐ＡｌＧａＩｎＰ層）とに挟まれている。
上記ｐ型領域は、例えば上記ｎ型領域中にｐ型不純物の亜鉛（Ｚｎ）が拡散されることで形成されている。もちろん、ｐ型不純物となるものであれば、亜鉛以外でもよい。例えばマグネシウムを用いることができる。
【００２８】
または、上記第１バリア層１２、上記活性層１３、上記第２バリア層１４は、一例として、以下のような構成としてもよい。
例えば、上記第１バリア層１２にアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）層を用い、上記活性層１３にガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層を用い、上記第２バリア層１４にガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）層を用いる。
【００２９】
上記ＧａＡｓ層からなる活性層１３は、ｐｎ接合を有する。すなわち、一方側にｐ型活性層１３ｐとしてｐ−ＧａＡｓ層が形成され、他方側にｎ型活性層１３ｎとしてｎ−ＧａＡｓ層が形成されていて、ｐｎ接合を有している。このｐｎ接合はホモ接合となっている。
また、上記ｐ型活性層１３ｐを挟む上記第１バリア層１２の部分と上記第２バリア層１４の部分は、ｐ型領域で形成されている。したがって、上記ｐ型活性層１３ｐ（ｐ‐ＧａＡｓ層）は、ｐ型第１バリア層１２ｐ（ｐ‐ＡｌＧａＡｓ層）とｐ型第２バリア層１４ｐ（ｐ‐ＧａＩｎＰ層）とに挟まれている。
同様に、上記ｎ型活性層１３ｎを挟む上記第１バリア層１２の部分と上記第２バリア層１４の部分は、ｎ型領域で形成されている。したがって、上記ｎ型活性層１３ｎ（ｎ‐ＧａＡｓ層）は、ｎ型第１バリア層１２ｎ（ｎ‐ＡｌＧａＡｓ層）とｎ型第２バリア層１４ｎ（ｎ‐ＧａＩｎＰ層）とに挟まれている。
上記ｐ型領域（ｐ型第１バリア層１２ｐ、ｐ型活性層１３ｐ、ｐ型第２バリア層１４ｐ）は、例えば上記ｎ型領域中にｐ型不純物の亜鉛（Ｚｎ）が拡散されることで形成されている。
【００３０】
さらに、上記ｐ型第１バリア層１２ｐは、上記リッジ部２０の側方の上記第１バリア層１２（ｎ型第１バリア層１２ｎ）にも拡張して形成されている。また上記ｐ型第１バリア層１２ｐの深さ方向には、上記ｎ型第１バリア層１２ｎが形成されている。したがって、上記ｐ型第１バリア層１２ｐは上記ｎ型第１バリア層１２ｎの上層の一部に形成されている。
【００３１】
よって、上記ｐ型活性層１３ｐと上記ｎ型活性層１３ｎのｐｎ接合と、上記ｐ型第１バリア層１２ｐと上記ｎ型活性層１３ｎとのｐｎ接合と、上記ｐ型第２バリア層１４ｐと上記ｎ型第２バリア層１４ｎとのｐｎ接合とは平面視的に一致した位置にある。
【００３２】
上記ｐ型第２バリア層１４ｐ上には、ｐ型キャップ層１５が形成されている。
さらに、上記ｐ型キャップ層１５、上記第２バリア層１４、上記活性層１３、上記第１バリア層１２の積層構造および上記第１バリア層１２上には、絶縁膜１６が形成されている。この絶縁膜１６は、例えば酸化シリコン膜が挙げられる。この絶縁膜１６は、絶縁膜であって、複素屈折率の虚部が０．１以下であればよく、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などを用いることができる。
上記ｐ型キャップ層１５上の上記絶縁膜１６には、開口部１７が形成されている。また、上記絶縁膜１６上には、上記開口部１７を通じてｐ型のコンタクト層となる上記ｐ型キャップ層１５に接続するｐ電極１８が形成されている。すなわち、上記ｐ型キャップ層１５が上記第２バリア層１４と上記ｐ電極１８とのｐ型のコンタクト層になっている。このｐ電極１８は、例えば下層より、チタン膜、白金膜、金属膜の積層構造となっている。
【００３３】
一方、上記基板１１の他面には、ｎ電極１９が形成されている。すなわち、上記基板１１が上記第１バリア層１２と上記ｎ電極１９とのｎ型のコンタクト層になっている。このｎ電極１９は、例えば上記基板１１側から、金ゲルマニウム膜、ニッケル膜、金膜、チタン膜、白金膜、金膜を順に積層した構成となっている。この構成は一例であって、他の構成であってもよい。
【００３４】
さらに、上記活性層１３のｐｎ接合上方の上記絶縁膜１６上には、金属体２１が形成されている。この金属体２１は、ｎｍオーダーの寸法を備えた３次元構造の金属体で形成されている。以下、この金属体２１をナノ金属体２１という。
【００３５】
上記ナノ金属体２１は上記活性層１３との距離が少なくとも波長以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以下であることがよい。したがって、上記絶縁膜１６の膜厚は、少なくとも波長以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以下であることがよい。しかも上記ナノ金属体２１は、上記ｐ型キャップ層１５、上記ｐ電極１８、上記ｎ電極１９とは分離された位置に形成されている。
【００３６】
上記ナノ金属体２１は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）の単体や、それらの金属から選ばれる少なくとも一種の金属を主材料として含有する合金であってもよい。また、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）から選ばれる少なくとも一種の金属を含有していてもよい。
【００３７】
上記表面プラズモン発生装置１では、図には記載していないが、上記基板１１と上記第１バリア層１２間に、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）層、ガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）層等からなるバッファ層が形成されていてもよい。また、上記第１バリア層１２よりもバンドギャップの大きいアルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）層もしくはアルミニウムインジウムリン（ＡｌＩｎＰ）層が形成されていてもよい。
【００３８】
さらに、上記ｐ型第１バリア層１２ｐの不純物拡散端が上記リッジ部２０側方の上記第１バリア層１２層内にあってもよい。
【００３９】
また、上記ｐ型第２バリア層１４ｐと上記ｐ型キャップ層１５との間に、ガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）もしくはアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）からなる中間層（図示せず）が形成されていてもよい。
【００４０】
また上記ｐ型第２バリア層１４ｐと上記ｐ型キャップ層１５との間に、ｐ型のアルミニウムインジウムリン（ｐ‐ＡｌＩｎＰ）層、ｐ型のアルミニウムガリウムインジウムリン（ｐ‐ＡｌＧａＩｎＰ）などからなる電子障壁層（図示せず）が形成されていてもよい。
上記電子障壁層には、例えば、上記第２バリア層１４がＡｌＧａＩｎＰ層で形成されている場合には、例えばｐ‐ＡｌＩｎＰ層を用い、また上記第２バリア層１４がＧａＩｎＰ層で形成されている場合には、例えばｐ‐ＡｌＧａＩｎＰ層を用いる。
【００４１】
上記ナノ金属体２１の共鳴周波数は、その寸法および構造により可視光領域から赤外光領域まで広い帯域を有する。
すなわちナノ金属体２１が形成されていない場合の活性層１３からの自然放出スペクトル内に、ナノ金属体２１の共鳴周波数が入るように、適宜、活性層１３の材質を選択することによって、様々な波長の表面プラズモンを生成することができる。
このような半導体材料系は、上記ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓの他に、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓなどの１３‐１５族（ＩＩＩ‐Ｖ族）系や、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＢｅＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯなどの２‐１２‐１６族、１２‐１６族（ＩＩ‐ＶＩ族）系がある。
【００４２】
次に、上記ナノ金属体２１の形状、配置等について詳細に説明する。
【００４３】
図３の前記図１における金属体２１部分を通るｘ‐ｚ面での断面図に示すように、上記リッジ部２０の幅は、上記ナノ金属体２１の幅と同程度が望ましい。例えば、上記ナノ金属体２１の一方の端部から上記リッジ部２０の一方の端面上端までの距離ａは１０μｍ以下であることが望ましい。上記距離ａが１０μｍ以下であれば、上記ナノ金属体２１下方外側のホモジャンクション内の電子および正孔は、表面プラズモン励起により寿命が短く、上記ナノ金属体２１下方のホモジャンクションへ横拡散する。このため、表面プラズモン励起に寄与しない無効発光になりにくい。
【００４４】
また、上記絶縁膜１６と接する面のナノ金属体２１にて発生する上記表面プラズモンＳＰの波数は上記ナノ金属体２１の寸法に依存する。
したがって、上記ナノ金属体２１の寸法は、用途により適宜選択することが望ましいので、一意に決めるものではない。
【００４５】
例えば、高い分解能を得るには、上記ナノ金属体２１の金属膜厚を例えば３ｎｍ以上２０ｎｍ以下にするのがよい。
空気中の光の波数の数倍の波数を備える表面プラズモンＳＰは伝播長が１μｍ程度であるため、上記リッジ部２０の長手方向の上記ナノ金属体２１の長さが１μｍより十分に長い場合では、上記ナノ金属体２１端面の局在電磁場に寄与できない表面プラズモンが内在する。
また、上記ナノ金属体２１が、例えば１００ｎｍ程度の厚みを有する金属膜である場合には、上記絶縁膜１６と接する面に生成する表面プラズモンＳＰに対して、上記金属膜が半無限厚のバルクとして寄与し、伝播長が１０μｍを越える。
【００４６】
表面プラズモンＳＰの伝播長よりも短いナノ金属体２１では、表面プラズモンＳＰが共振により増幅する場合がある。上記ナノ金属体２１は前記図１乃至３に示したような直方体に限らず、微小球、楕円体、集合体などであってもよい。上記ナノ金属体２１が表面プラズモンＳＰの構造共鳴をもたらす場合には、表面プラズモンＳＰのＱ値が高くなり、電力‐表面プラズモン（Ｅ‐ＳＰ）変換効率が増大する。
このような高いＱ値を実現するナノ金属体２１の構造については、以下に説明する。
【００４７】
［変形例（ナノ金属体の構成例）］
以下に具体的なナノ金属体の構成例を説明する。
【００４８】
［変形例１（単一のドット板からなるナノ金属体の一例）］
例えば、図４に示すように、上記ナノ金属体２１は、単一のドット板であって、上から見た形状は、円、楕円、多角形などがある。
例えば、図４（１）に示すように、上記ナノ金属体２１は平面視円形の単一のドット板である。
例えば、図４（２）〜（４）に示すように、上記ナノ金属体２１は平面視楕円形の単一のドット板である。楕円の長軸方向は、リッジ部２０の幅方向（矢印方向）に対して平行、直角、例えば任意の角度（例えば４５度）であってもよい。
例えば、図４（５）〜（６）に示すように、上記ナノ金属体２１は平面視長円形の単一のドット板である。長円の長軸方向は、リッジ部２０の幅方向（矢印方向）に対して平行、直角、例えば任意の角度（例えば４５度）であってもよい。
例えば、図４（７）に示すように、上記ナノ金属体２１は平面視三角形の単一のドット板である。図示した状態では三角形の一頂点がリッジ部２０の一方の端面側に向いているが、その向きは問わない
例えば、図４（８）に示すように、上記ナノ金属体２１は平面視平行四辺形の単一のドット板である。ひし形の長い方の対角線方向は、リッジ部２０の幅方向（矢印方向）に対して平行、直角、例えば任意の角度（例えば４５度）であってもよい。
また、上記ナノ金属体２１は、図４（９）に示した平面視十字形の単一のドット板、図４（１０）に示した平面視Ｙ字形の単一のドット板、図４（１１）に示した平面視コ字形の単一のドット板であってもよい。
【００４９】
上記ナノ金属体２１の膜厚は数ｎｍ、例えば３ｎｍの薄膜であっても、数μｍ、例えば５μｍの厚膜であってもよい。薄膜の場合では、ナノ金属体２１の上下に生成する表面プラズモンが結合しているのに対して、厚膜の場合ではナノ金属体２１下面の表面プラズモンの周り込みにより上面にも表面プラズモンが生成される。
【００５０】
また、上記図４によって示した各ナノ金属体２１の短部（円形の場合は直径、楕円形の場合は短径、多角形の場合は該多角形が収まる最小の長方形の短辺）は少なくとも波長以下である。
また、図４(２)〜(４)に示した楕円形状のナノ金属体２１の場合、ヘキ開面と長軸の成す角度の違いによりヘキ開面近傍に生成する近接場光の周波数と電場ベクトルが変わる。
また、図４（７）や（８）に示したナノ金属体２１のように、ヘキ開面近傍にナノ金属体２１の先端がある場合、表面プラズモンの集中により近接場光の強度が強まる。
【００５１】
なお、図４に示した構造はウエハー表面の近接場光を利用する用途にも応用できる。このようなナノ金属体２１に生成する表面プラズモンはほとんど伝播光に変換されないため、本発明における表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）は近接領域での利用に適している。
【００５２】
［変形例２（ナノ金属体の３次元形状の一例）］
次に、上記ナノ金属体２１の３次元形状の一例について、図５によって説明する。
図５に示すように、ナノ金属体２１は単一の微小体であって、球、円柱、円錐等である。
【００５３】
例えば、図５（１）に示すように、ナノ金属体２１は上記リッジ部２０の上記絶縁膜１６表面上に形成した円柱である。
例えば、図５（２）に示すように、ナノ金属体２１は上記リッジ部２０の上記絶縁膜１６表面上に寝かせた状態の長円柱である。
例えば、図５（３）に示すように、ナノ金属体２１は上記リッジ部２０の上記絶縁膜１６表面上に立たせた状態の長円柱である。
例えば、図５（４）に示すように、ナノ金属体２１は上記リッジ部２０の上記絶縁膜１６表面上に形成した状態の円錐である。
上記各ナノ金属体２１の高さは、数ｎｍ以上数百ｎｍ以下、例えば３ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度である。各ナノ金属体２１の短部は少なくとも波長以下である。
また、図５（２）、（３）に示したように、円柱の向きを変えることにより、ヘキ開面近傍に生成する近接場光の周波数と電場ベクトルが変わる。
また、図５（３）、（４）に示した構造では、特にウエハー表面の近接場光を利用する用途に適している。このようなナノ金属体２１に生成する表面プラズモンはほとんど伝播光に変換されないため、本発明における表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）は近接領域での利用に適している。
【００５４】
［変形例３（微小体を組み合わせたナノ金属体の一例）］
また、上記ナノ金属体２１は、少数のドット板、微小体の組み合わせからなる。その一例を図６によって説明する。
例えば、図６（１）に示すように、上記ナノ金属体２１は、大きさの異なる円板が近接した構成からなる。このような構成であっては、小さい円板で表面プラズモンの強度が増幅される周波数が存在する場合があり、強い近接場を発生することができる。
同様な効果が得られる構造として、例えば、図６（２）〜（５）に示すように、２つの三角形の頂点が近接するように配したボータイ構造などがある。図示はしていないが、３つ以上の三角形の頂点が近接するように配置してもよい。
【００５５】
また、図６（６）に示すように、細長い平行四辺形板の一端を近接させた構成としてもよい。
また、図６（７）、（８）に示すように、細長い長方形板の短辺同士を近接させた構成としてもよい。
さらに、図６（９）、（１０）に示すように、二つの円板を近接させた構成としてもよい。
【００５６】
上記図６（４）、（５）、（７）〜（１０）の構成では、ナノ金属体２１の配列方向は、上記リッジ部２０の幅方向（矢印方向）に対して平行、直角、もしくは角度を有する方向に配列されていてもよい。
【００５７】
［変形例４（単一のドット板に開口部を設けたナノ金属体の一例）］
ウエハー表面で近接場光を利用する用途では、図７に示すように、ナノ金属体２１は、金属薄膜２１ｐ内に開口部２１ｈを設けた構成であってもよい。
【００５８】
例えば、図７（１）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が円形に形成されている。
例えば、図７（２）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が正方形に形成されている。
例えば、図７（３）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が長方形に形成されている。
【００５９】
例えば、図７（４）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が長方形で、その長方形の長辺内側に方形の突起を有するシングルリッジ開口に形成されている。
例えば、図７（５）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が長方形で、その長方形の２長辺のそれぞれの内側に方形の突起をダブルリッジ開口に形成されている。
例えば、図７（６）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が方形であって、その方形が二つ間隔をおいて形成されている。この方形の配列方向は、上記リッジ部２０の幅方向（矢印方向）に対して平行、直角もしくはある角度をもった方向に配列されている。
例えば、図７（７）に示すように、上記開口部２１ｈは、平面視した形状が円形であって、その円形が二つ間隔をおいて形成されている。この方形の配列方向は、上記リッジ部２０の幅方向（矢印方向）に対して平行、直角もしくはある角度をもった方向に配列されている。
また、上記図７（４）〜（７）に示した構成では、リッジ部２０や、２連開口間に強い近接場光を発生させることができる。
【００６０】
［変形例５（ナノ金属体を構成する金属コアの導波路の一例）］
上記ナノ金属体２１は金属コアの導波路で形成することもできる。図８に示すように、金属コアの断面形状は円形、楕円形、多角形などでけされる。
例えば図８（１）に示すように、ナノ金属体２１の金属コアの断面形状は方形である。
例えば図８（２）に示すように、ナノ金属体２１の金属コアの断面形状は円形である。
例えば図８（３）に示すように、ナノ金属体２１の金属コアの断面形状は三角形である。
例えば図８（４）に示すように、ナノ金属体２１の金属コアの断面形状は逆三角形である。
【００６１】
上記ナノ金属体２１を構成する金属コアの断面の短部が波長よりも十分小さい場合では表面プラズモンの波数が非常に大きくなる。
しかしながら、一般的にこのような金属導波路は複数の表面プラズモンモードを有し、上記のような有限長の導波路であっては、波数が小さいモードが高いＱ値を実現しやすい。これはモードの伝播長が長いためである。
一方、それぞれのモードは共振周波数を有し、共振周波数が活性層（前記図１、２等参照）からの自然放出光と重なる領域において、電子‐正孔対（エレクトロンホールペア）と表面プラズモンの変換効率が高くなる。
したがって、Ｑ値と変換効率の両者を考慮したモードが励起されやすい。
さらに、共振周波数は金属コア材料や周囲の誘電体および半導体の複素誘電率により調整できるため、適宜応用に合わせて設計される。
【００６２】
［変形例６（ナノ金属体を構成する金属コアの２次元形状の一例）］
上記金属コアのナノ金属体２１を平面視した状態を図９によって説明する。
【００６３】
例えば図９（１）に示すように、上記ナノ金属体２１を直線状に形成する。
例えば図９（２）、（３）に示すように、上記ナノ金属体２１を折れ線状に形成する。
例えば図９（４）に示すように、上記ナノ金属体２１を十字状に形成する。
例えば図９（５）に示すように、上記ナノ金属体２１を環状に形成する。
例えば図９（６）に示すように、上記ナノ金属体２１を平行四辺形状に形成する。
例えば図９（７）に示すように、上記ナノ金属体２１をコ字状に形成する。
【００６４】
上記図９（２）、（３）に示したナノ金属体２１の曲折部では、伝播表面プラズモンの反射が発生するので、活性層上部に位置するドット列のＱ値が向上し、スペーザーダイオードにおける効率が向上する。
前記図９（３）では、ナノ金属体２１の金属コアを２回曲折させた状態を示しているが、より多数の曲折であってもよい。また、曲折の角度は９０度に限定されず、９０度以下であっても９０度以上であってもよい。ただし。曲折が鈍角になるに従い、曲折させた効果は低下していく。また、曲折が鋭角になると、強い近接場光を発生できるようになり、特に曲折部がへき開面近傍にあるとき、強い近接場光を発生することができる。
【００６５】
また図９（４）に示すように、複数の導波路が交差した構成、例えば、十字状であってもよい。このように、ナノ金属体２１を平面視十字状に形成することで、ヘキ開面からの近接場光を利用する場合では、共鳴スペクトルを整形することができる。
【００６６】
また図９（５）、（６）に示すように、上記ナノ金属体２１の金属コアの導波路が閉じた構成、例えば環状であっても良い。このような構成では、環状共振器を形成するためＱ値が高くなる。
【００６７】
また図９（６）に示すように、閉共振器にエッジがあると強い近接場光が発生できる場合があり、特に、ナノ金属体２１のエッジ部分をリッジ部２０のヘキ開面近傍に配置するとよい。
【００６８】
また図９（７）に示すように、リッジ部２０のヘキ開面にナノ金属体２１の金属コアの導波路の始終端があってもよい。始終端の間隔ｄが波長以下であっては、モードが結合するために導波路間に強い近接場光が発生する。
【００６９】
［変形例７（非金属コアを用いた金属膜の導波路で構成されるナノ金属体の一例）］
次に、ナノ金属体２１が金属膜の導波路からなる構成について、図１０によって説明する。
例えば、図１０に示すように、金属膜に形成された非金属コア２１ｃはスリットである。また、上記非金属コア２１ｃは、その断面形状が、円形、楕円形、半円形、三角形、四角形を含む多角形などである。
例えば、図１０（１）に示すように、リッジ部２０上に形成された絶縁膜１６上に所定間隔を空けて一様な厚さの金属膜２１Ｌが形成されているものである。その間隔の部分はスリット状に形成され、その部分が非金属コア２１ｃとなる。即ち、この場合の非金属コア２１ｃは空間になる。
【００７０】
最も基本的な表面プラズモンは一様な金属膜と誘電体界面で生成される。そのため、上記図１０（１）に示したような構成であっても導波モードが立つ。
金属膜２１Ｌの断面が非金属コア２１ｃに対して閉じている場合に限らず、２枚の金属膜２１Ｌの側端面同士が近接してスリットを形成するよう配置であっても、スリットに導波モードを形成できる。
上記のようにスリットの断面が金属膜２１Ｌによって閉じられていない金属膜構造は製作が容易である。
例えば、絶縁膜１６上に金属膜２１Ｌを形成した後に、エッチングによって、金属膜２１Ｌに数ｎｍ〜サブミクロン幅のスリットからなる非金属コア２１ｃを形成すればよい。
【００７１】
また、図１０（２）〜（５）に示すように、ナノ金属体２１は、絶縁膜１６上に形成された断面形状が円形、三角形、半円形、四角形等の誘電体の非金属コア２１ｃに金属膜２１Ｌを被覆したものであってもよい。
上記図１０（２）〜（５）に示した構成では、絶縁膜１６上に形成された各非金属コア２１ｃに金属膜２１Ｌを被覆するように成膜するだけで製作できる。
このような導波路は概ね前記図８によって説明した金属コアの導波路と同様な機能、性質を有するため、前述のように適宜応用に合わせて設計される。また上面側から見た（平面視した）導波路の形状は、前記図９に示した平面視の形状に準ずる。
【００７２】
［変形例８（金属膜の導波路で構成されるナノ金属体の一例）］
次に、絶縁膜１６中に形成した凹部に金属膜２１Ｌを埋め込んでナノ金属体２１を形成した導波路の構成について、図１１によって説明する。
例えば、図１１（１）、（２）に示すように、絶縁膜１６の表面側に断面が四角形もしくは逆三角形の凹部１６ｈが形成されている。この絶縁膜１６上には、上記凹部１６ｈを埋め込むように金属膜２１Ｌが形成されている。したがって、上記絶縁膜１６の上部に、金属膜２１Ｌの下面に形成された断面が四角形もしくは逆三角形の凸部２１ｄが入り込むような状態になっている。
このような構造は、絶縁膜１６にけされた凹部１６ｈに金属膜２１Ｌを成膜するだけで製作できる。
また、このような導波路は概ね前記図８によって説明した金属コアの導波路と同様な機能、性質を有するため、前述のように適宜応用に合わせて設計される。また上面側から見た（平面視した）導波路の形状は、前記図９に示した平面視の形状に順ずる。
【００７３】
［変形例９（複数のドットで構成されるナノ金属体の一例）］
また、上記ナノ金属体２１は、例えば図１２に示すように、複数のドットを配列した形態を有していてもよい。
図１２に示すように、上面から見た（平面視した）ドット２２の形状は例えば円形である。例えば、平面視円形の場合、ドット２２の３次元構造としては、円柱状、円錐状、球状等がある。もしくは、図示はしていないが、平面視した形状が楕円形、多角形であってもよい。例えば、平面視した形状が多角形の場合、ドット２２の３次元構造としては、多角柱状、多角錐状もしくは多面体に形成されている。
各ドット２２の短部（円形の場合は直径、楕円形の場合は短径、多角形の場合は該多角形が収まる最小の長方形の短辺）は少なくとも波長以下となっている。また、各ドット２２間隔（ドット中心から隣接するドット中心までの距離）は少なくとも波長以下が好ましい。
【００７４】
例えば、図１２（１）に示すように、ナノ金属体２１は、ドット２２の配列が例えば等間隔に１列に配置されている。この配列は、例えばリッジ部２０の幅ｗ方向と平行な方向になっている。
【００７５】
例えば、図１２（２）に示すように、ナノ金属体２１は、ドット２２の配列が例えば等間隔に１列に配置されていて、その一部にドット２２の欠損もしくは不連続点を有している。このドット配列は、例えばリッジ部２０の幅ｗ方向と平行な方向になっている。
このようにドット２２の配列が直線状の場合は、配列の全長にわたって、ドット２２の欠損もしくはドット２２の間隔の不連続点を設けるとよい。これにより活性層１３（図示せず）上方に位置するドット列のＱ値が向上し、スペーザーダイオードにおける電力−表面プラズモン（Ｅ−ＳＰ）変換効率が向上する。
【００７６】
例えば、図１２（３）に示すように、ナノ金属体２１は、ドット２２の配列が例えば等間隔に１列に配置されていて、途中から曲折された配列となっている。このレイアウトでは、９０度曲折させた配列となっているが、この曲折角度は問わない。このように、曲折したドット配列では、配列の曲折部で伝播表面プラズモンの反射が発生するため、活性層１３（図示せず）上方に位置するドット列のＱ値が向上し、スペーザーダイオードにおける電力−表面プラズモン（Ｅ−ＳＰ）変換効率が向上する。
【００７７】
例えば、図１２（４）に示すように、ナノ金属体２１は、ドット２２（２２Ａ，２２Ｂ９の配列が例えば等間隔に１列に配置されていて、ドット２２Ａの配列の一部に材質の異なるドット２２Ｂを有している。このドット配列は、例えばリッジ部２０の幅ｗ方向と平行な方向になっている。
このようにドット２２の配列が直線状の場合は、配列の全長にわたって、材質の異なるドット２２Ｂを設けるとよい。このドット２２の金属材質の不連続点で伝播表面プラズモンの反射が発生するため、活性層１３（図示せず）の上方に位置するドット列のＱ値が向上し、スペーザーダイオードにおける電力−表面プラズモン（Ｅ−ＳＰ）変換効率が向上する。
【００７８】
例えば、図１２（５）に示すように、ナノ金属体２１は、ドット２２の配列が例えば等間隔に１列に配置されている。このドット配列は、例えばリッジ部２０の幅ｗ方向と平行な方向になっている。
そして上記ドット列の下面もしくは上面もしくは両面に形成されている誘電膜材質が不連続であってもよい。例えば、上記絶縁膜１６が異なる材質の誘電膜Ａと誘電膜Ｂで形成されていてもよい。
このような誘電体（例えば絶縁膜１６）の材質的な不連続点で伝播表面プラズモンの反射が発生するので、活性層１３（図示せず）の上方に位置するドット列のＱ値が向上し、スペーザーダイオードにおける電力−表面プラズモン（Ｅ−ＳＰ）変換効率が向上する。
【００７９】
例えば、図１２（６）に示すように、ナノ金属体２１は、複数のドット２２の配列が例えば交差して配置されている。例えば、リッジ部２０の幅ｗ方向と平行な方向に配列されたドット２２の第１配列と、リッジ部２０の幅ｗ方向と直角な方向に配列されたドット２２の第２配列とが、十字状に交差して配置されている。このように、ドット配列が交差していても、リッジ部２０のヘキ開面からの近接場光利用の場合では、共鳴スペクトルを整形することができる。
【００８０】
例えば、図１２（６）に示すように、ドット配列からなる導波路が閉じていても良い。図示した例では、ドット２２が平行四辺形（例えばひし形）状に配列されている。このような閉じた配列は、例えば、環状であってもよい。このように、閉じたドット配列はリング共振器を形成するためにＱ値が高くなる。また閉じたドット配列からなる閉共振器に角度を持って配列された部分（配列の屈折した部分）Ｃがあると、その配列の屈折した部分Ｃで強い近接場光が発生できる場合があり、特に屈折した部分Ｃをリッジ部２０のヘキ開面近傍に配置するとよい。
【００８１】
［ナノ金属体の主材料の一例］
上記ナノ金属体２１は、前記したように、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）の単体や、それらの金属から選ばれる少なくとも一種の金属を主材料として含有する合金である。また、上記白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）から選ばれる少なくとも一種の金属を含有していてもよい。
【００８２】
［ナノ金属体の表面保護膜の一例］
また、上記ナノ金属体２１は光の波長に依存する。
銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）で形成されたナノ金属体２１は広い波長域で利用が可能であり、紫外線領域〜赤外線領域およびさらに長波長領域まで利用できる。このようなＡｇやＡｌでけされたナノ金属体２１は酸化しやすい。そこで、ナノ金属体２１表面に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜等の誘電膜からなる表面保護膜を形成して、酸化を防止することが好ましい。
上記表面保護膜には、高融点金属薄膜を用いることもできる。また高融点金属薄膜と金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）などの酸化しない金属薄膜の複合膜を用いてもよい。
上記表面保護膜は、その膜厚を５ｎｍ以下にすることが好ましい。この表面保護膜の膜厚が５ｎｍよりも厚くなりすぎると、表面プラズモンの生成に支障を来たすことになる。また、上記表面保護膜は、酸素の通過を防止するために、例えば１ｎｍ以上の膜厚が必要である。
【００８３】
［ナノ金属体の主材料の一例］
また銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）の主材料に、他の元素をわずかに混入してもよい。ここで言う主材料とはＡｇとＡｌの合計分が９０％以上含まれていることを意味する。
【００８４】
上記ナノ金属体２１を金（Ａｕ）で形成した場合、概ね波長が５００ｎｍから赤外線領域およびさらに長波長領域まで利用できる。また金（Ａｕ）は酸化しないため、表面保護膜の被覆を必要としない。しかしながら、ナノ金属体２１の表面を、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の任意の誘電膜で被覆することで、共鳴周波数を調整することができ、耐久性を向上させることができる。また金（Ａｕ）の主材料に、他の元素がわずかに混入してあってもよい。ここで言う主材料とはＡｕが９０％以上含まれていることを意味する。このように、主材料が９０％以上含まれることで、主材料の特性が引き出されることになる。
【００８５】
またＡｕ、Ａｇ、Ａｌから選ばれる少なくとも２種以上の元素を主材料とし、他の元素がわずかに混入されていてもよい。
例えば、近赤外領域から赤外領域、さらに長波長領域では、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）から選ばれる少なくとも１種の元素が主材料として含有されていてもよい。また他の元素がわずかに混入されていてもよい。
【００８６】
さらに、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄから選ばれる少なくとも１種の元素が主材料として含有されていてもよい。また他の元素がわずかに混入されていてもよい。
【００８７】
上記構成の表面プラズモン発生装置１は、上記活性層１３がトランスバースジャンクション構造（ＴＪＳ：Transverse Junction structure）となっている。また、このＴＪＳの垂直方向は、下層より、第１バリア層１２、活性層１３、第２バリア層１４の順に積層した半導体積層構造となっている。さらに、水平方向はホモジャンクションのｐｎ接合によって、奥行き方向はリッジ部２０の幅が狭くなっている狭窄構造によって制限されている。
【００８８】
したがって、上記表面プラズモン発生装置１では、ホモジャンクションに電流注入することによって、上記リッジ部２０の制限された領域に電子‐正孔対が生成される。すなわち、注入された電子および正孔は効率的に上記ナノ金属体２１の下部およびその近傍のホモジャンクションで電子‐正孔対を形成する。そして、上記活性層１３の垂直方向近傍に形成されたナノ金属体２１が上記電子‐正孔対からエネルギー移動を受けて表面プラズモンが発生される。
【００８９】
また上記ナノ金属体２１が上記ホモジャンクションからの発光スペクトルに対応する波長で構造共鳴するような構造を備えることによって、コヒーレント表面プラズモンが生成できるため、電流注入型のスペーザーダイオードが実現できる。
【００９０】
また、上記表面プラズモン発生装置１では、上記ｐ電極１８および上記ｎ電極１９間に電圧Ｖ１を印加し、電圧Ｖ１が上記活性層１３のバンドギャップエネルギーＥｇ１、上記第１バリア層１２のバンドギャップエネルギーＥｇ２、上記第２バリア層１４のバンドギャップエネルギーＥｇ３に対して、Ｅｇ１＜Ｖ１…（１）式となっている。
望ましくはＶ１＜Ｅｇ２、Ｅｇ３…（２）式を満たす場合、電流はリッジ部２０のホモジャンクションに向けて狭窄される。
すなわち、上記第１バリア層１２および上記第２バリア層１４のバンドギャップが十分大きくなるようにするとよい。
【００９１】
上記活性層１３と上記ナノ金属体２１との距離はできるだけ近いほうがよい。
このため、上記第２バリア層１４の厚みは１ｎｍ〜５０ｎｍであって、望ましくは４ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。上記第２バリア層１４の厚みが１ｎｍ未満では電子、正孔の量子閉じ込めができず、ボーア半径程度の４ｎｍ以上が望ましい。また１０ｎｍを超えるとでは表面プラズモンの生成効率が低下すると考えられる。
よって、上記第２バリア層１４の厚みは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であって、望ましくは４ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。
【００９２】
一方、上記絶縁膜１６は上記半導体積層構造と上記ナノ金属体２１を電気的に分離するのが目的であり、望ましくは３ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。
したがって、上記活性層１３から上記ナノ金属体２１までの距離は２０ｎｍ以下になり、ナノ金属体２１の表面プラズモンにより作られる電磁場と上記活性層１３内のホモジャンクションとのオーバーラップが得られる。上記ｎ型第１バリア層１２ｎおよび上記ｐ型第１バリア層１２ｐのそれぞれの厚さは１ｎｍ〜５０ｎｍであり、望ましくは１０ｎｍ以下がよい。この厚さが１ｎｍよりも薄いと結晶性が悪くなり非輻射再結合確率が増大するため、Ｅ‐ＳＰ効率が低下する。他方、その膜厚が５０ｎｍより厚い場合には、注入電流が増大する。すなわち、消費電力が大きくなる。
特に、第２バリア層１４の厚みが１０ｎｍ以下では、中間層（例えばＡｌＧａＡｓ層）と活性層１３（例えばＧａＩｎＰ層）間で正孔（ホール）が第２バリア層１４（例えばＡｌＧａＩｎＰ層）を介してトンネリングするため、駆動電圧の低下が可能となる。
【００９３】
＜２．第２の実施の形態＞
［表面プラズモン発生装置の製造方法の一例］
本発明の第２実施の形態に係る表面プラズモン発生装置の製造方法の一例を、前記図１によって説明する。
【００９４】
上記スペーザーダイオードからなる表面プラズモン発生装置１は、以下のようにして製造することができる。
【００９５】
［半導体積層構造の形成］
前記図１に示すように、基板１１上に、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、半導体積層構造を形成する。上記基板１１には、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を用いる。
そして上記半導体積層構造は、例えば、上記基板１１上に、バッファ層（図示せず）、第１導電型（例えばｎ型）の第１バリア層１２、ｎ型の活性層１３、ｎ型の第２バリア層１４を順に積層し、さらに中間層（図示せず）、第２導電型（ｐ型）のｐ型キャップ層１５を形成するためのキャップ層形成層を順に積層して形成する。
【００９６】
上記バッファ層は、例えばガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）層を堆積して形成する。上記第１バリア層１２は、ｎ型アルミニウムガリウムインジウムリン（ｎ‐ＡｌＧａＩｎＰ）層を堆積して形成する。上記活性層１３は、ｎ型ガリウムインジウムリン（ｎ‐ＧａＩｎＰ）層を堆積して形成する。上記第２バリア層１４は、ｎ型アルミニウムガリウムインジウムリン（ｎ‐ＡｌＧａＩｎＰ）層を堆積して形成する。
上記中間層はアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）層を堆積して形成し、さらに上記ｐ型キャップ層１５を形成するためのキャップ層形成層として、例えばガリウムヒ素（ｐ‐ＧａＡｓ）層を堆積して形成する。
【００９７】
上記各層のエピタキシャル成長の原料には、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧa）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を適宜選択して用いる。またドナー不純物の原料には、例えばモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、アクセプタ不純物の原料には、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）等を用いる。
【００９８】
［不純物拡散源の形成］
次に、上記半導体積層構造をｐ型領域とする領域上の上記キャップ層形成層上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜を形成する。この酸化亜鉛膜は、上記キャップ層形成層上に例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の厚さに形成される。
この酸化亜鉛膜のパターニング法には、ハードマスク法、リフトオフ法、エッチング法等を採用することができる。
【００９９】
例えば、ハードマスク法では、まず、上記キャップ層形成層上にハードマスク層として、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を、例えば５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の厚さで形成する。次に、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術によって上記ハードマスク層をパターニングして、ｐ型領域を形成する領域上に開口部（図示せず）を形成する。次にレジストマスクを除去した後、上記ハードマスク層上に酸化亜鉛膜を形成することで、ハードマスク層の開口部内で、上記酸化亜鉛膜と上記キャップ層形成層とが接触する。
このようにして、酸化亜鉛膜とキャップ層形成層の接触部を該不純物拡散領域に対応させることができる。また上記ハードマスク層は酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜であってもよい。
【０１００】
例えば、リフトオフ法では、まず、上記キャップ層形成層上にレジストを塗布して、厚膜のレジスト膜を形成した後、不純物拡散領域に対応する領域上の上記レジスト膜部分を除去して開口部を形成する。次に、上記レジスト膜上に酸化亜鉛膜を形成して、上記レジスト膜に形成した開口部内で上記キャップ層形成層に接触させる。このとき、酸化亜鉛膜は、異方的に堆積され、かつレジスト膜よりも薄く形成されることが必要である。その後、上記レジスト膜を除去することで、レジスト膜上に形成された酸化亜鉛膜も除去され、レジスト膜に形成した開口部内に酸化亜鉛膜が残される。
このようにして、酸化亜鉛膜とキャップ層形成層の接触部を該不純物拡散領域に対応させることができる。
【０１０１】
例えば、エッチング法では、キャップ層形成層上の全面に酸化亜鉛膜を形成した後、レジスト塗布、リソグラフィー技術によってレジスト膜をパターニングして、不純物拡散領域に対応する領域上にレジストマスクを形成する。次に、上記レジストマスクをエッチングマスクに用いて上記酸化亜鉛膜をエッチングする。このエッチングは、例えば塩酸系のエッチャントを用いる。このエッチングによって、不純物拡散領域に対応する領域上のみに酸化亜鉛膜が形成される。
【０１０２】
このようにｐ型不純物の拡散源となる酸化亜鉛膜を形成した後、上記酸化亜鉛膜を例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で被覆する。このように、酸化亜鉛膜を酸化シリコン膜で被覆することで、その後のアニール工程において亜鉛（Ｚｎ）原子が気相中に脱離するのが防止される。
【０１０３】
［不純物拡散によるｐ型領域の形成］
次に、例えば不活性な雰囲気、例えば窒素（Ｎ2）雰囲気中で、５００℃から６００℃程度の温度で数分〜３０分程度のアニールを行う。これにより、酸化亜鉛膜に含まれている亜鉛（Ｚｎ）原子がキャップ層形成層を介して、第２バリア層１４、活性層１３、さらには第１バリア層１２にまで拡散する。ここで拡散された亜鉛（Ｚｎ）原子はアクセプタとして機能する。
この拡散領域はシリコン（Ｓｉ）と亜鉛（Ｚｎ）がともに散在するコドープ領域であるが、十分な亜鉛原子の拡散によりｐ型半導体として機能できる。
なお、亜鉛拡散領域の活性層（ｐ型活性層１３ｐ）には１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の亜鉛原子が存在することが好ましい。
【０１０４】
次に、必要に応じて、例えば窒素（Ｎ2）雰囲気もしくはアルシン（ＡｓＨ3）雰囲気中で６５０℃から７５０℃程度の温度で１０分〜１２０分程度のアニールを行う。このアニールにより、半導体積層構造内に拡散した亜鉛（Ｚｎ）原子が１３族（ＩＩＩ族）サイトに確実に納まり、半導体積層構造の結晶性が向上する。
なお、半導体積層構造の結晶性の向上の有無は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）を測定し、長波長域にブロードに広がる深い準位からの発光が抑制されているか否かを観察することにより確認することが可能である。
【０１０５】
上記拡散処理によって、ｎ型第２バリア層１４ｎにｐ型第２バリア層１４ｐが形成され、ｎ型活性層１３ｎにｐ型活性層１３ｐが形成され、ｎ型第１バリア層１２ｎにｐ型第１バリア層１２ｐが形成される。
また、上記半導体積層構造内の亜鉛拡散領域境界では急激に亜鉛濃度が低下し、ｐ型から、ｉ型を介して、ｎ型へ変化する。したがって、上記半導体積層構造の垂直方向面内にｐ‐ｎジャンクションが形成されるＴＪＳ構造になる。
【０１０６】
次に、上記酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を、例えば緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングで除去し、上記酸化亜鉛膜を塩酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングで除去する。また、ハードマスク法を用いた場合で、ハードマスク層が窒化シリコン膜で形成された場合には、熱リン酸を用いたウエットエッチングでハードマスク層を除去する。また、ハードマスク層が酸化シリコン膜で形成された場合に、上記酸化シリコン膜の除去時に同時に除去される。
【０１０７】
［リッジ部の形成］
次に、レジスト塗布技術によって、上記キャップ層形成層の全面にレジスト膜を形成した後、通常のリソグラフィー技術によって上記レジスト膜を露光、現像等を施し、上記不純物拡散領域の内側にレジスト膜を残す。このレジスト膜がｐ型キャップ層を形成するエッチングマスクになる。このレジスト膜をエッチングマスクに用いて、上記キャップ層形成層、中間層をエッチングする。この結果、上記キャップ層形成層でｐ型キャップ層１５が形成され、その下部に中間層が形成される。
上記エッチングでは、例えば燐酸系のエッチャントを用いて、上記キャップ層形成層およびＡｌＧａＡｓの中間層をエッチングする。このとき、中間層の下地はＡｌＧａＩｎＰ層であるため、燐酸系のエッチャントに対してエッチングレートが十分に低くなるため、エッチング部位最表面がＡｌＧａＩｎＰ層の第２バリア層１４になる。
その後、上記レジストマスクを除去する。
【０１０８】
次に、レジスト塗布技術によって、上記ｐ型キャップ層１５を被覆するように上記第２バリア層１４上の全面にレジスト膜を形成した後、通常のリソグラフィー技術によって上記レジスト膜を露光、現像等を施し、リッジ部を形成する領域上にレジスト膜を残してレジストマスクを形成する。このとき、このレジストマスクによって上記ｐ型キャップ層１５上は被覆されている。
次に、このレジストマスクをエッチングマスクに用いて、上記第１バリア層１２、上記活性層１３、上記第１バリア層１２の順にエッチングを行い、第２バリア層１４、活性層１３、第１バリア層１２の上部でリッジ部２０を形成する。このエッチングには、例えば塩酸系のエッチャントを用いる。
その後、このエッチングで用いたレジストマスクを除去する。
【０１０９】
［絶縁膜の形成］
次に、上記ｐ型キャップ層１５、上記リッジ部２０等を被覆するように、全面に酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの誘電体膜で絶縁膜１６を形成する。この絶縁膜１６の膜厚は、例えば３ｎｍ以上１０ｎｍ以下とするとよい。この絶縁膜１６には、一般的に絶縁膜として知られているものであれば利用することができる。
【０１１０】
［ナノ金属体の形成］
次に、リッジ部２０の絶縁膜１６上で、上記活性層１３に形成されたｐｎ接合上をまたぐように、ナノ金属体２１を形成する。
このナノ金属体２１の製造方法は、例えばナノ金属体２１が周囲と分離している構造であれば、例えば電子ビームリソグラフィー用の薄膜レジストを用い、リフトオフ法により形成することができる。
また、ナノインプリントなど既存のナノ加工を適用することもできる。
また、パターニングされたＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂上に金属膜を成膜し、リフトオフ法によりパターニングすることもできる。
また、エッチング法によって、数ｎｍ以上数百ｎｍ以下、例えば３ｎｍ以上３００ｎｍ以下の大きさのナノパターンを形成してもよい。
例えば上記絶縁膜１６上に金属薄膜を形成した後、集束イオンビーム（ＦＩＢ）により金属薄膜を加工してナノ金属体２１を形成する。もしくは、レジスト塗布によって金属薄膜上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をパターニングしてレジストマスクを形成し、それをエッチングマスクに用いて金属薄膜をウエットエッチングもしくはドライエッチングしてナノ金属体２１を形成する。
このようにして、数ｎｍから数百ｎｍの大きさのナノ金属体２１が形成される。
【０１１１】
なお、上記金属薄膜は、平板状の薄膜であっても、ナノドットの集合体からなる膜状のものであってもよく、適宜、選択できる。
【０１１２】
［ｐ電極の形成］
次に、上記ナノ金属体２１、上記リッジ部２０等を被覆するように、上記誘電体膜（図示せず）を全面に成膜する。この誘電体膜は、例えば５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下程度の膜厚に形成されることが望ましい。
【０１１３】
次に、通常のレジストマスクを用いたエッチング技術によって、上記ｐ型キャップ層１５上の上記誘電体膜を除去して開口部を形成する。その後、上記レジストマスクを除去する。
次に、上記誘電体膜上に電極形成膜を形成して、上記誘電体膜に形成した開口部内で上記ｐ型キャップ層１５に接続させる。このとき、電極形成膜は、異方的に堆積され、かつ誘電体膜よりも薄く形成されることが必要である。
上記電極形成膜は、例えば下層よりチタン（Ｔｉ）膜、白金（Ｐｔ）膜、金（Ａｕ）膜の順に積層して形成される。なお、上記電極形成膜は、上記積層構造に限定されることはなく、その他の積層構造であってもよい。
その後、リフトオフ法によって、上記誘電体膜を除去することで、誘電体膜上に形成された電極形成膜も除去され、電極形成膜に形成した開口部内に電極形成膜が残されて、ｐ電極１８が形成される。
【０１１４】
［ｎ電極の形成］
次に、ｎ−ＧａＡｓ基板からなる上記基板１１の裏面にｎ電極１９を形成する。このｎ電極１９は、例えば基板１１側より、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）層／ニッケル（Ｎｉ）層／金（Ａｕ）層／チタン（Ｔｉ）層／白金（Ｐｔ）層／金（Ａｕ）層を順に積層されてなる。その後、２５０℃以上の雰囲気温度でアロイを行う。
なお、上記ｎ電極１９は、上記積層構造に限らず、他の金属膜の積層構成であっても、もしくは単層であってもよい。
【０１１５】
［チップの形成］
その後、ナノ金属体２１が例えばｙ−ｚ平面に平行に分断されるように、上記基板１１をヘキ開する。またヘキ開により形成された上記へき開面を、ドライエッチングやウエットエッチングで形成してもよい。他の面はヘキ開もしくはダイシングにより分断しスペーザーダイオードからなる表面プラズモン発生装置１を形成する。
なお、いくつかのスペーザーダイオードを結合したアレイとなるように、ウエハを分断してもよい。
【０１１６】
また、上記表面プラズモン発生装置１は、ＭＯＣＶＤ法以外の成膜方法以外の成膜方法を用いることができる。例えば、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法の他、半導体材料によっては電子ビーム蒸着法や、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、レーザアブレーション法などを用いても成膜することが可能である。
また、上記半導体層のドーパントとして、ｎ型のドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）等を用いることができ、ｐ型の不純物拡散源には亜鉛（Ｚｎ）を主に用いることできる。ｐ型化は前述したような固相拡散法の他に、例えば、気相拡散法、イオン注入法などにより達成される。このように、上記製造方法では、特に成膜方法は問わない。
【０１１７】
なお、上記製造方法で形成される上記ナノ金属体２１は、微細構造であるために製造工程で加工誤差が生じ、ナノ金属体２１のエッジを厳密に規定されず、エッジに丸みが形成されることがあるが、特に問題はない。
【０１１８】
上記構成の表面プラズモン発生装置１は、上記活性層１３がトランスバースジャンクション構造（ＴＪＳ：Transverse Junction structure）となっている。また、このＴＪＳの垂直方向は、下層より、第１バリア層１２、活性層１３、第２バリア層１４の順に積層した半導体積層構造となっている。さらに、水平方向はホモジャンクションのｐｎ接合によって、奥行き方向はリッジ部２０の幅が狭くなっている狭窄構造によって制限されている。
【０１１９】
したがって、上記表面プラズモン発生装置１では、ホモジャンクションに電流注入することによって、上記リッジ部２０の制限された領域に電子‐正孔対が生成される。すなわち、注入された電子および正孔は効率的に上記ナノ金属体２１の下部およびその近傍のホモジャンクションで電子‐正孔対を形成する。そして、上記活性層１３の垂直方向近傍に形成されたナノ金属体２１が上記電子‐正孔対からエネルギー移動を受けて表面プラズモンが発生される。
【０１２０】
また上記ナノ金属体２１が上記ホモジャンクションからの発光スペクトルに対応する波長で構造共鳴するような構造を備えることによって、コヒーレント表面プラズモンが生成できるため、電流注入型のスペーザーダイオードが実現できる。
【０１２１】
上記表面プラズモン発生装置の製造方法では、活性層１３のｐｎ接合上方の絶縁膜１６上に、活性層１３のｐｎ接合をまたぐようにナノ金属体２１が形成される。このことから、活性層１３のｐｎ接合に電流注入することによって、注入された電子および正孔は効率的にナノ金属体２１の下部およびその近傍のｐｎ接合で電子‐正孔対を形成する。そして、活性層１３の垂直方向近傍に形成されたナノ金属体２１が電子‐正孔対からエネルギー移動を受けて、ナノ金属体２１に表面プラズモンが発生される。
このように、上記製造方法で形成される表面プラズモン発生装置１は、電流注入により表面プラズモンを直接生成できるため、電力‐表面プラズモン変換効率を高くできる。
【０１２２】
［表面プラズモン発生装置の適用の一例］
前記図１に示した基板１１や半導体積層構造の前面は、通常ヘキ開により形成されるため、前記図３に示すように、ナノ金属体に生成する表面プラズモンは前面からアクセスできる。
このようなスペーザーダイオードは下記のような応用に利用できる。
次に、上記表面プラズモン発生装置１を適用した情報記録装置の一例を、図１３、図１４の平面図等によって説明する。
【０１２３】
図１３に示す表面プラズモン発生装置１は、前記図１等によって説明した構成である。ナノ金属体２１によって発生された表面プラズモンにより、前面に形成される高強度の近接場光により分子や微粒子の捕獲が可能であり、バイオセンシング、光造形、選択的な化学反応の促進に利用できる
【０１２４】
図１４（１）に示すように、前記図１によって説明したスペーザーダイオードの表面プラズモン発生装置１を、基板１１上に１列に形成したもので、この構造では、各ナノ金属体２１の間隔が数十μｍ以上になっている。このような各表面プラズモン発生装置１から発生される表面プラズモンにより前面に高強度の近接場光が形成される。この近接場光により分子や微粒子の捕獲が可能である。このようなアレイ構造により任意の周期や位置で分子や微粒子の捕獲が可能になる。
【０１２５】
また、図１４（２）に示すように、基板１１上にスペーザーダイオードの表面プラズモン発生装置１を１列に配置したもので、特にスペーザーダイオードのアレイ構造により任意の周期や位置で分子や微粒子の捕獲が可能になる。この構成では、ナノ金属体２１は例えば平面視Ｌ字型に形成され、アレイの表面プラズモン発生装置１の配列方向に対して、平面視直角方向にナノ金属体２１と、ｐ型第１バリア層、ｐ型活性層、ｐ型第２バリア層（図示せず）を有するｐ型領域が配列されている。また、ｐ型領域（ｐ型第２バリア層（図示せず）上にはｐ型キャップ層（図示せず）さらにｐ電極が形成されている。したがって、各ナノ金属体２１、各ｐ型領域等が、それぞれに、ｎ型第１バリア層、ｎ型活性層、ｎ型第２バリア層（図示せず）等からなるｎ型領域を介して隣接した状態に配置されている。
このようにナノ金属体２１とｐ電極１８を配置することにより、ナノ金属体２１を接近させて配置することが可能になる。
平面視Ｌ字型のナノ金属体２１の構造は一例であって、前記した種々の構造を採用することができる。また、上記ナノ金属体２１は、その一部がｎ型領域上にあって、大半の部位がｐ‐ｎ接合上に位置する。またヘキ開面側から、ｎ型領域、ｐ‐ｎ接合、ｐ型領域と配置することで、ナノ金属体２１を１０μｍ以下に形成することができる。
【０１２６】
また、図１４（３）の斜視図に示すように、ｎ型領域を共通として、複数（図面では８本）のリッジ部２０が中央部で結合した構造であり、それぞれのリッジ部２０の中央部よりにナノ金属体２１が設けられている。このように、局所的にナノ金属体２１を２次元配列することができる。本構造では面上から近接場光にアクセスするため、例えばトラップされる分子はウエハ面上に延びる。なお、この構造を単体のスペーザーダイオードに適用することもできる。
またこの構成では、特定に位置で分子や微粒子の向きを指定して操作できるため、分子レベルに立体的な人工構造物を形成することが可能である。いわゆる、ボトムアップ型のナノファブリケーションである。
さらに各表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）のナノ金属体２１の共鳴周波数を変えることにより、異なる分子や微粒子の捕獲が可能になる。
【０１２７】
また、高強度の近接場光を用いる情報記録装置の光源として用いることができる。
例えば図１５（１）に示すように、光を主体的に、もしくは補佐的に利用する場合、表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）のナノ金属体２１と情報記録媒体Ｄをナノオーダで近接する必要があるが、上記ナノ金属体２１がヘキ界面上に位置するため、利用が容易となる。
なお、このヘキ開面上に、エアーベアリングサーフェイス（ＡＢＳ）構造を設けてもよい。例えば図１５（２）に示すように、上記情報記録媒体Ｄは、例えばディスク状であって、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に用いられるようなサスペンションＳに表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）を付けて所望の位置に制御するようにしてもよい。
【０１２８】
また前記図１４に示したように、表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）のアレイ構造により、同時記録、再生が可能になるため記録密度が向上する。
また、高強度の近接場光を用いる近接場露光装置の光源として利用することができる。特に表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）のアレイ構造によりスループットの向上が可能である。
【０１２９】
さらには、図示はしていないが、表面プラズモン発生装置１（スペーザーダイオード）を直接、プラズモニック回路に組み込むことができる。このような用途であっては、前記ヘキ開は不要であり、ウエハ面内に多数の表面プラズモン発生装置１を形成する。
通常、ｎ電極１９は表面プラズモン発生装置１間で共通であり、独立しているｐ電極１８を介してそれぞれの表面プラズモン発生装置１を駆動する。各表面プラズモン発生装置１のナノ金属体２１は、プラズモニック導波路で結合され、全体で回路として機能する。これにより高効率で回路を駆動できる。また各表面プラズモン発生装置１を近接可能であり、独立駆動できるために回路の小型化ができる。
なお、図１６に示すように、ｎ‐ＡｌＧａＩｎＰからなる第２バリア層１４（図示せず）の上方に、上記プラズモニック導波路を形成することで、表面プラズモン発生装置のナノ金属体２１と高さをあわせることができる。図面では、プラズモニック導波路にナノドット列を用い、２経路の結合部の例を示した。
なお、前記図１４（３）に示したように、ナノ金属体２１の間隔を狭くする構成であっても、また、上記プラズモニック導波路を介して、異なるプラズモニック導波路の終端を近接させてもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１…表面プラズモン発生装置、１１…半導体基板、１２…第１バリア層、１２ｐ…ｐ型第１バリア層、１２ｎ…ｎ型第１バリア層、１３…活性層、１３ｐ…ｐ型活性層、１３ｎ…ｎ型活性層、１４…第２バリア層、１４ｐ…ｐ型第２バリア層、１４ｎ…ｎ型第２バリア層、１６…絶縁膜、２０…リッジ部、２１…金属体（ナノ金属体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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