(57)【要約】【課題】使用されるプラズモン構造にかかわらず、電磁放射を検出し、最適な応答時間を有することができる光検出器を提供することによって、課題を解決すること。【解決手段】電磁放射を検出できるこの光検出器は、・この放射を電荷キャリアに変換できる、上記放射に対するドープされた半導体吸収層（１２）と、・半導体層（１２）によって吸収されない入射放射を半導体層（１２）に向かって反射する、半導体層（１２）の下に位置する反射層（２２）と、・半導体層（１２）上に配置される金属構造（１６）であって、半導体層（１２）の電磁場集中領域内に金属構造（１６）に対する入射電磁放射を集中させるように、半導体層（１２）と共に、表面プラズモン共鳴器を形成する金属構造（１６）とを備える。半導体層（１２）のドーピングとは反対にドープされる電荷キャリアを捕集するための半導体領域（２４）が、上記半導体層（１２）内に形成され、電磁場集中領域のトポロジーを補完するトポロジーを有する。【選択図】図２
2011133471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を検出できる光検出器であって、
前記放射を電荷キャリアに変換できる、前記放射に対するドープされた半導体吸収層（１２）と、
半導体層（１２）によって吸収されない前記入射放射を前記半導体層（１２）に向かって反射する、半導体層（１２）の下に位置する反射層（２２）と、
半導体層（１２）上に配置される金属構造（１６）であって、半導体層（１２）の電磁場集中領域内に金属構造（１６）に対する前記入射電磁放射を集中させるように、半導体層（１２）と共に、表面プラズモン共鳴器を形成する金属構造（１６）と
を備える光検出器において、
電荷キャリアを捕集するための半導体領域（２４）が、半導体層（１２）のドーピングとは反対にドープされ、前記半導体層（１２）内に形成され、前記電磁場集中領域のトポロジーを補完するトポロジーを有することを特徴とする光検出器。
【請求項２】
金属構造（１６）が、離間した構造（１８）を備え、前記構造（１８）の幾何学的形状および互いに対する間隔が、前記電磁場集中領域が前記構造同士の間に引き起こされるように選択され、
半導体捕集領域（２４）が、構造（１８）の下に作られ、前記構造（１８）と同じトポロジーを有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
構造（１８）が半導体捕集領域（２４）と接触するように、構造（１８）が位置することを特徴とする、請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
金属構造（１６）が、離間した構造（１８）を備え、前記構造（１８）の幾何学的形状および互いに対する間隔が、前記電磁場集中領域が構造（１８）の下に引き起こされるように選択され、
半導体領域（２４）が、構造（１８）同士の間に作られ、構造（１８）同士の間の空間と同じトポロジーを有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の光検出器。
【請求項５】
半導体領域（２４）が、特にパッシベーション層（１４）によって、前記構造から電気的に絶縁されることを特徴とする、請求項４に記載の光検出器。
【請求項６】
検出アレイの基本検出表面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）ごとに、反射層（２２）から少なくとも１つの半導体捕集領域（２４）まで前記光検出器を通過する導体（２６）を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の光検出器。
【請求項７】
前記導体が、構造（１８）まで半導体層（１２）を通過し、前記基本検出表面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に関連した構造（１８）が、電気的に相互接続できることを特徴とする、請求項３および６に記載の光検出器。
【請求項８】
導体（２６）が、反射層（２２）と同じ側に、電子回路（３０）上に前記光検出器をハイブリッド化するためにコンタクトパッド表面（２８）を備えることを特徴とする、請求項６または７に記載の光検出器。
【請求項９】
検出アレイの各基本検出表面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に関連した前記金属構造の部分が、異なって方向付けられた平行のパターンを有する区域、特に、実質的に互いに直角に方向付けられたパターンを有する区域を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の光検出器。
【請求項１０】
検出アレイの各基本検出表面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に関連した前記金属構造の部分が、閉じた同心の外形、特に、実質的に正方形または円形形状を有する外形を形成する長くて薄い要素を備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の光検出器。
【請求項１１】
前記外形が、正方形形状を有し、導電体が、前記外形の対角線に沿って形成されることを特徴とする、請求項７および請求項１０に記載の光検出器。
【請求項１２】
検出アレイの各基本検出表面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に関連した前記金属構造の部分が、平行パターンを備え、一つの基本検出表面の前記パターンの方向が、隣り合った検出表面の前記パターンの方向とは異なり、特に直角であることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の光検出器。
【請求項１３】
検出アレイの各基本検出表面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に関連した前記金属構造の部分が、平行パターンを備え、一つの基本検出表面の前記パターンの空間周期性が、隣り合った基本検出表面の前記パターンの空間周期性とは異なることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の光検出器。
【請求項１４】
半導体層（１２）および半導体領域（２４）が、ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＨｇＴｅで作られることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる金属「プラズモン構造」を用いた電磁放射、特に赤外線の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線放射を検出する知られた方法の１つは、例えば、ＣｄＨｇＴｅなど小ギャップの半導体材料の層によってこの放射の吸収を得ることを伴う。次いで、この層による光子の吸収により、電子正孔対が生成され、このようにして生じた少数のキャリアは、吸収層中の電場の影響により拡散またはドリフトし、それによってその後に、キャリアは、ＰＮ接合、つまり電極の階層で捕集され得る。そのとき、検出の質は、主に吸収層の寸法によって決まる。
【０００３】
実際には、検出の量子効率は、この層が厚くなるにつれて改善する。同時に、このタイプの検出に関して主なノイズ源の１つである暗電流が、光キャリアを集める体積が増大するにつれて上昇する。したがって、そのような検出の設計は、量子効率によって規定される検出効率と、暗電流によってある程度発生する検出から得られる信号中に存在するノイズの量との間で妥協しなければならない。
【０００４】
この問題を克服するために、いわゆる金属「プラズモン」構造を吸収層上に有する金属−半導体−金属（ＭＳＭ）タイプの光検出器が提案されている。入射電磁放射と表面プラズモンの間の結合は、このように得られる。通常は四角い断面を有する直線の平行な細片の形態をとる上記構造を適切に選択することにより、吸収層内での非常に多大な電磁場の閉じ込めが可能になり、したがってかなりの暗電流の低減をもたらす。
【０００５】
限定された空間内に電磁場を閉じ込めることに加えて、プラズモン構造は、ある幾何学的条件下で、吸収層の中にキャリアが拡散する速度に関連している検出器の応答時間を減少させることをも可能にし、また、スペクトルフィルタリングまたは偏光選択性を加えることをも可能にする。
【０００６】
特許文献１は、半導体細片と交互になっている金属細片を備えるプラズモン構造を用いたＭＳＭ光検出器を開示しており、このアセンブリは、電気的絶縁層上に形成される。この金属細片は、プラズモン構造を形成し、したがって、電磁場を半導体細片内に集中させる。しかし、金属細片は、半導体細片内に生じた光キャリアを捕集するための電極としても働く。
【０００７】
そのような光検出器の応答時間は、半導体材料による光子の吸収による光キャリアの生成と、光キャリアが集電極によって捕集される瞬間との間に経過する時間によって主に決まる。したがって、この捕集時間を減少させるために、光キャリアが、半導体材料、この場合は半導体細片の中に拡散するのにかかる時間を減少させることが有益である。
【０００８】
先の構成では、電極の幾何学的形状は、引き出されるプラズモン共鳴効果が課され、この幾何学的形状は、検出されることになる波長によって決定および設定される。そのとき、捕集時間を減少させるやり方は、いわゆる「交互櫛型（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  ｃｏｍｂ）」アーキテクチャを使用することであり、この交互櫛形構造では、２本の連続した細片が、異なるように極性を与えられており、したがって、細片が吸収材料と接触するところに形成される金属−半導体接合による捕集を可能にする。このタイプの構造の主な欠点は、その最高速度の利益を受けるために、このタイプの構造は、画素ごとに２つの接触を課すことである。
【０００９】
同様に、特許文献２は、金属細片を支持する半導体層内で電磁場の集中を得るために、半導体層上にプラズモン構造を形成する金属細片を形成し、半導体構造の下に反射層を設けることを示唆する。この電気細片は、ここでは集電極としても働き、それで同じ界面および配線の問題に遭遇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＥＰ１２４７３０１
【特許文献２】ＦＲ２  ８４２  ９４５
【特許文献３】ＷＯ２００４／０１２２７５
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Jerome Le Perchec, 「Plasmon-based photosensors comprising a very thin semiconducting region」, Appl. Phys. Lett. 94, 181104 （2009年）
【非特許文献２】「Resonances photoniques dans les reseaux metalliques ; theorie et application a la photodetection ultrarapide」 ［Photonic resonances in metal grids; theory and application to ultra-fast photodetection］, Stephane Collin著, Paris University Thesis 6, 2002年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、使用されるプラズモン構造にかかわらず、電磁放射を検出し、最適な応答時間を有することができる光検出器を提供することによって、前述の課題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明の対象は、光検出器であって、
・放射を電荷キャリアに変換できる、この放射に対するドープされた半導体吸収層と、
・半導体層によって吸収されない入射放射をこの半導体層に向かって反射する、半導体層の下に位置する反射層と、
・半導体層上に配置される金属構造であって、ドープされた半導体層の電磁場集中領域（ｆｉｅｌｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｚｏｎｅ）内に金属構造に対する入射電磁場（入射電磁放射）を集中させるように、半導体層と共に、表面プラズモン共鳴器を形成する金属構造とを備える光検出器である。
【００１４】
本発明によれば、上記半導体層のドーピングとは反対にドープされる、半導体層によって発生する電荷キャリアを捕集するための半導体領域が、半導体層内に形成され、電磁場集中領域のトポロジー（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を補完するトポロジーを有する。
【００１５】
ここでの「補完するトポロジー」という用語は、半導体領域が、電磁場集中領域がない半導体層の位置に配置されることを意味するものととられる。したがって、電磁場集中領域および半導体捕集領域（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｚｏｎｅ）は、互いに負である。
【００１６】
言い換えると、半導体吸収層に形成された半導体領域は、半導体吸収層と共に、ＰＮ接合を形成し、したがって、この層内に生成される電荷キャリアを捕集するための領域を形成する。全ての半導体捕集領域は、そのすぐ近くにおいてキャリアを捕集する。このすぐ近くは、電荷キャリアが吸収によって生成される電磁場集中領域からなる。各電磁場集中領域は、ＰＮ捕集接合と接触しており、したがって、電荷キャリアの拡散時間が、最小であるようになっている。
【００１７】
加えて、半導体領域のグリッドを形成することによって、別個の単位要素を製造し、次いでこの単位要素を別に基板に取り付ける必要なく、複数の単位検出要素、およびしたがって二次元検出を得る。特に、金属プラズモン構造は、適用例がそのように要求する場合には、連続的であり、光検出器の表面積全体にわたって延在することができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、以下の通りである。
・金属構造は、離間した構造（細片、バンプ接点（ｂｕｍｐ  ｃｏｎｔａｃｔ）、または穴などのグリッド）を備え、構造の幾何学的形状および互いに対する間隔が、電磁場集中領域が構造同士の間に引き起こされるように選択される。
・半導体電荷捕集領域（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ  ｚｏｎｅ）は、上記構造の下に作られ、上記構造と同じトポロジーを有する。
【００１９】
特に、この構造が半導体電荷捕集領域と接触するように、この構造が位置する。
【００２０】
言い換えると、本実施形態は、電磁場が構造同士の間に閉じ込められる場合、特に適している。加えて、そのような光検出器の製造は、構造に関する限りにおいて単純化され、精密であり、例えば、細片は、半導体層のエッチングまたはオーバーエッチングによって形成でき、これは、当然ながらオーバーエッチングされた区域のドーピングをもたらす。この手法を採用すると、この構造および半導体電荷捕集領域は、同時に作製され、自己整合性である。加えて、構造は、ＰＮ接合を動作するために半導体電荷捕集領域を所定の電位にするように使用できる。
【００２１】
本発明の別の実施形態によれば、
・金属構造が、離間した構造（細片、バンプ接点、または穴などのグリッド）を備え、この構造の幾何学的形状および互いに対する間隔が、電磁場集中領域がこの構造の下に引き起こされるように選択され、
・半導体領域が、構造同士の間に作られ、構造同士の間の空間と同じトポロジーを有する。
【００２２】
特に、半導体領域は、これら構造から電気的に絶縁される。
【００２３】
言い換えると、本実施形態は、磁場がこの構造の下に閉じ込められる場合、適している。先の作製方法と同様に、そのような装置の製造は、イオン注入ステップ中に金属構造をマスクとして用い、したがってこのようにして生成される構造および電荷捕集接合の自己整合を可能にすることによって大幅に単純化できる。
【００２４】
一実施形態によれば、光検出器は、検出アレイの基本検出表面（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅ）ごとに、反射層から少なくとも１つの半導体電荷捕集領域まで光検出器を通過する導体を備える。特に、この導体は、構造まで半導体層を通過し、基本検出表面に関連した構造が、電気的に相互接続できる。また、この導体は、反射層側に、電子回路上に光検出器をハイブリッド化する（ｈｙｂｒｉｄｉｚｅ）ためにコンタクトパッド表面を備えてもよい。
【００２５】
言い換えると、電荷キャリアを捕集することを可能にするＰＮ接合の存在により、金属構造が位置する側と反対の側によって発生する電流を捕集し、したがってハイブリッド化を行うことが可能である。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、検出アレイの各基本検出表面に関連した金属構造の部分は、異なって方向付けられた平行のパターンを有する区域、特に実質的に互いに直角に方向付けられたパターンを有する区域を備える。これら向きの異なるパターンにより、単一の画素内で入射電磁放射のいくつかの偏光（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を検出することが可能である。
【００２７】
本発明の別の実施形態によれば、検出アレイの各基本検出表面に関連した金属構造の部分は、閉じた同心の外形、特に、ほぼ正方形または円形形状を有する外形を形成する長くて薄い要素を備える。特に、この外形は、正方形形状を有し、導電体が、この外形の対角線に沿って形成される。したがって、この光検出器は、偏光選択性ではない。正方形は、この正方形がもたらす最適な充填密度のために、閉じた同心の外形のための好ましい形状であるが、それでも正方形は、その縁部近くでプラズモン共鳴に干渉する可能性があり、このことは、同心円にはない欠点である。さらに共鳴に干渉するのを避けるために、この正方形は、すでに干渉がある区域、すなわち正方形の対角線に位置する導体を介して電気的に相互接続される。
【００２８】
他のプラズモン構造が、非偏光選択性を得るために使用されてもよく、例えば、非特許文献１による学術論文に記載されたように、四角い金属バンプ接点のグリッドが使用されてもよく、またはバンプ接点のグリッドに適合する金属膜に形成された穴のグリッドさえもが使用されてもよい。
【００２９】
別の実施形態によれば、検出アレイの各基本検出表面に関連した金属構造の部分が、平行パターンを備え、一つの基本検出表面のパターンの方向が、隣り合った検出表面のパターンの方向とは異なり、特に直角である。同じ偏光に対して感受性がない隣り合った画素が、このようにして得られる。そこで、隣り合った画素から得られる信号は、いくつかの偏光方向を有する放射の検出を得るために組み合わせられてもよい。
【００３０】
別の実施形態によれば、検出アレイの各基本検出表面に関連した金属構造の部分が、平行パターンを備え、一つの基本検出表面のパターンの空間周期性が、隣り合った基本検出表面のパターンの空間周期性とは異なる。このように、隣り合った画素は、同じ波長に対して感受性がない。そこで、半導体層内での電磁場の閉じ込めを保ちつつより幅広いスペクトルの放射の検出を得るため、またはさらに、マルチスペクトル放射の検出（ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を行うために、隣り合った画素から得られる信号を組み合わせることが可能になる。
【００３１】
半導体層および半導体領域は、ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＨｇＴｅからなることが有利である。
【００３２】
光検出器は、適用可能な場合、反射層と半導体層の間に形成される誘電体チューニング層を備えてもよい。このチューニング層は、検出された放射が金属構造の幾何学的形状に共鳴する光周波数を調整することを可能にさせる。したがって、プラズモン構造の幾何学的形状、またこの誘電体層の厚さも共に、特にそのスペクトル感度範囲の観点で、光検出器のサイジングに影響を及ぼす要因である。
【００３３】
本発明は、単に例として与えられると共に添付図面に関連する下記の説明によってより容易に理解できるであろう。この添付図面では、同一の参照符号が、同一または類似の構成要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による光検出器の概略上面図である。
【図２】線Ａ−Ａに沿った図１中の光検出器の断面図である。
【図３】本発明によるプラズモン構造のいくつかの幾何学的形状のうちの１つの概略上面図である。
【図４】本発明によるプラズモン構造のいくつかの幾何学的形状のうちの１つの概略上面図である。
【図５】本発明によるプラズモン構造のいくつかの幾何学的形状のうちの１つの概略上面図である。
【図６】本発明によるプラズモン構造のいくつかの幾何学的形状のうちの１つの概略上面図である。
【図７】本発明によるプラズモン構造のいくつかの幾何学的形状のうちの１つの概略上面図である。
【図８】第２の実施形態による光検出器の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明による二次元光検出器を、全体的な参照１０によって図１および図２に示す。この例では、２ｘ２画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のアレイに基づく光検出器が示される。
【００３６】
光検出器１０は、以下のものを備える。
・入射光子が電子正孔対を生成する、厚さ数百ナノメートルである半導体吸収層１２。例えば、半導体吸収層１２は、中赤外線放射（波長３〜５μｍ）および／または遠赤外線放射（波長８〜１０μｍ）を検出するために、ＣｄＨｇＴｅ製のｐドープ型半導体層である。
・厚さ数十ナノメートル以上であり、半導体層１２に配設されるパッシベーション／絶縁層１４。
・例えば、金製の金属構造１６。構造１６は、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ごとに、四角い断面を有しジグザク形状を形成するように相互接続された同一の直線の平行な金属細片を備える。構造１６は、半導体層１２と共に、当業者にそれ自体知られているような表面プラズモン共鳴器を形成する。
・厚さ数十ナノメートルであり、半導体層１２に配設される、例えばＣｄＴｅ製の層である誘電体チューニング層２０。
・例えば、チューニング層２０に配設されたブラッグ格子または金属反射層である反射層２２。
【００３７】
金属構造１６の細片１８の寸法および間隔、ならびに反射層２２までの距離は、光検出器の前面、すなわち構造１６を備える面に当たる電磁放射から得られる電磁場ＩＲが、細片１８同士の間の吸収層１２内で、特に１００〜５００ｎｍのわずかな厚さにわたって閉じ込められるように選択される。
【００３８】
プラズモン構造は、当業者によく知られており、したがって、簡潔にするために本明細書ではあまり詳細には説明しない。プラズモン構造の作用に関するさらなる詳細については、例えば、特許文献２および特許文献３を参照されたい。
【００３９】
光検出器は、半導体層に異なるようにドープされている半導体層１２内に形成された複数の半導体領域２４、例えば、ＮドーピングしたＣｄＨｇＴｅ製の領域も備える。半導体領域２４は、好ましくは、半導体領域２４が、細片と接触すると共に細片と同じトポロジーを有するように細片１８の下に形成される。
【００４０】
このようにして、記載された実施形態では、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ごとに１つの半導体領域２４があり、この領域は、画素について図１に示されるトポロジーと同一であるジグザグのトポロジーを有する。
【００４１】
電磁場の閉じ込めにより、入射放射ＩＲは吸収され、したがって、電荷キャリアが、本質的に細片１８同士の間に生成される。層１２のｐドープされた材料および領域２４は、電荷キャリアを集めることを可能にするＰＮ接合も形成する。したがって、層１２には、電荷キャリアが生成される領域の表面区域全体にわたってＰＮ接合がある。電荷が生成される領域と捕集領域の間が近接しているので、捕集されるために電荷キャリアが進まなければならない距離は、最小である。したがって、これにより光検出器の応答時間を最適化する。
【００４２】
さらに、電磁場が細片１８同士の間に閉じ込められると共に、半導体領域２４が細片１８の下に位置するので、光電流が捕集される空間と暗電流の空間とが一致する。これによりノイズの低減がもたらされる。
【００４３】
層１２のｐドープされた材料とｎドープされた材料の間の電位差、したがってＰＮ接合に印加される電位差は、層１２中または層１２上に設けられ、第１の電位にされる別個の周囲電極（図示せず）、および第２の電位にされる細片１８によって実現されることが有利である。
【００４４】
また、白金製の導体を形成する金属ビア２６は、例えば、全ての画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の半導体領域２４について形成される。ビア２６は、反射層２２から画素の細片１８まで、少なくとも領域２４まで延在する。
【００４５】
特に金属構造１６と半導体層１２の間の結合を最適化するために、パッシベーション層１４の厚さを減少させることができることに留意されたい。いくつかの構成では、このパッシベーション層１４は、省略することさえもでき、そのとき、金属構造１６は、半導体層１２上に直接形成される。
【００４６】
光検出器１０を例えばインジウム製のはんだバンプ３２を介して読み出し回路３０上にハイブリッド化するために、金属コンタクトパッド２８も、ビア２６の外延部（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）上に形成される。
【００４７】
ＰＮ接合によって捕集される電荷は、最後に捕集されるために金属ビア２６に到達しなければならないことに留意することが重要である。実際には、電荷は、最小電気抵抗経路、すなわち細片１８をとり、したがって、細片１８は、電荷捕集装置の一部である。
【００４８】
それにもかかわらず、従来技術とは対照的に、ここで細片１８に課される唯一の設計制約は、細片１８が有するものである光学的役割によって決まる。実際には、これら細片の幾何学的形状および間隔は、光子が吸収される電磁場集中領域を定めるために初めに選択される。捕集領域が、電磁場閉じ込め領域のトポロジーを補完するトポロジー、すなわち、説明した例では、細片１８のトポロジーと同一であるトポロジーを半導体層１２内に有する場合、電荷−キャリア捕集は、拡散時間の観点で最適である。この手法を採用すると、光検出器の応答時間は、選ばれた細片のトポロジー、より一般的に言えば、プラズモン構造に採用されたトポロジーにとって常に最適である。したがって、この構造に課される唯一の制約は、光学的性質に関する制約である。
【００４９】
代替として、特に、これら２つの要素の間の結合を最適化するために、パッシベーション層１４の厚さは、細片１８と半導体層１２の間でおよそ数ナノメートルだけ減少させられる。しかし、この減少したパッシベーションの厚さは、プラズモン共鳴に実質的に干渉しないことに留意されたい。この場合、半導体領域２４の分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、ビア２６を用いて得られる。
【００５０】
さらに、チューニング層２０、より詳細には、チューニング層２０の厚さにより、金属構造１６の表面プラズモンと共鳴する入射放射の周波数を選ぶことを可能にすることができる。さらなる詳細については、非特許文献２を参照されたい。
【００５１】
チューニング層２０は、例えば、非特許文献１に記載されるように、使用されるプラズモン構造の正確な幾何学的形状に応じて任意であることに留意されたい。反射層２２が金属製である場合、チューニング層２０は、光学的役割を果たす必要はなく、このため、厚さを減少させた絶縁／パッシベーション層になることにも留意されたい。
【００５２】
動作中、光検出器１０の前面、すなわち金属構造１６を備える面は、検出されることになる放射に曝される。次いで、入射電磁場が、細片１８の間にわずかな厚さにわたって閉じ込められる。このようにして定められた空間内で、光子が層１２の半導体材料によって吸収されることによって、電子正孔対が発生する。層１２と半導体領域２４の間で電位差が周期的に印加される。次いで、少数の電荷キャリアが、ビア２６によって捕集されるために領域２４の中に拡散する。ＰＮ接合の空間の電荷領域に存在する電場が、単独で、少数の光キャリアを捕集することを可能にすることに留意されたい。
【００５３】
画素ごとにジグザク形状を有する細片１８は、上述されている。画素の細片１８が、画素の細片１８の下に位置する半導体層２４に極性を与えるためにまた使用される限りにおいて、このジグザク形状は、画素全体にわたって電気的導通を実際に確実にする。
【００５４】
他の形状も、予想され得る。例えば、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ごとに、四角い断面を有する同一の直線の平行な細片１８のセットが設けられ、直線の中央導体４２によって電気的に相互接続されている形状が、図３に示される。同様に、櫛形のプラズモン構造が、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ごとに設けられてもよい。
【００５５】
金属プラズモン構造が主に同一の直線の平行な規則的間隔の細片（ジグザグまたは別個の相互接続された細片）の形態をとる実施形態が上述されている。しかし、この幾何学的形状は、偏光選択性をまさしく示す。特に、細片に対して直角に偏光される電磁放射の成分は、弱く検出されるに過ぎない。しかし、他のタイプの金属構造の幾何学的形状も、求められている応用に応じて可能である。
【００５６】
特に、図４に示される一実施形態では、金属構造は、画素ごとに異なる向きを有し、有利には、垂直偏光を検出するために直角である向きを有する。
【００５７】
隣り合った４つの画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から得られる信号を組み合わせることにより、２画素×２画素の正方形である「マクロ画素」を得ることが可能になり、その信号は、入射放射の垂直偏光を含む。
【００５８】
マクロ画素を形成するためにいくつかの画素からの信号を組み合わせる１つのやり方は、これら画素のコンタクトパッド２８を電気的に接続すること、または並列に対応するはんだバンプ３２に接続するトラックを読み出し回路３０に設けることである。次いで、画素の半導体領域２４は、並列に電気的に接続され、このようにしてマクロ画素を形成する。これにより、検出器の光学的充填密度（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｃｋｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）および／またはスペクトル応答、あるいは検出器の偏光感度さえも最適化する。半導体領域のこの並列接続は、永久的または非永久的でもあり得る。例えば、半導体領域は、制御可能スイッチを用いて並列に接続されてもよい。
【００５９】
例えば異なる直線偏光を有する２つの電磁放射を検出するために、他の種類の向きも可能である。そのとき、細片の向きは、これら場の偏光に応じて選択される。
【００６０】
隣り合った画素から得られる信号を組み合わせることによって異なる偏光を検出するのではなく、図５に示すように、異なる偏光の検出は、１つの櫛のうちの１本の歯が、隣り合った櫛の支持体として使用された４つの垂直な櫛Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４をプラズモン構造として有する単一の画素Ｐを用いることによって直接得ることができる。ビア２６は、画素Ｐの中央に配置され、したがって、画素Ｐは、（この例では垂直な）異なる向きを有する細片を備える。
【００６１】
入射放射の偏光とは関係なく検出を行うために、図６に示すように、細片５０は、画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ごとに、閉じた同心の電気的に接続された外形を形成する。光検出器の画素充填密度（ｐｉｘｅｌ  ｐａｃｋｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を最大にするために、この閉じた外形は、正方形形状であることが有利であるが、他のタイプの外形、例えば、同心円の外形、さらには定められた形状を有するバンプ接点のグリッドが予想され得る。細片５０が正方形形状を有する場合、導体５２は、プラズモン共鳴への干渉を最小にするために、細片５０の電気的接続を確実にするように細片５０の対角線のうちの１つに位置することが有利である。
【００６２】
さらに、細片の幅および間隔は、表面プラズモンの共鳴周波数、したがって光検出器の量子効率が高利得を示す周波数を制御する。したがって、金属構造に固有である幅および間隔を与えることは、光検出器が、所定の周波数範囲に使用されるという意味を含む。いくつかの周波数範囲に対して感受性がある光検出器が、必要とされ得る。
【００６３】
これを達成するために、金属構造は、いくつかの周波数範囲に対して感受性がある検出を得るために、第１の幅および／または第１の間隔を有する細片が、異なる幅および／または間隔を細片が有する他の領域と交互になっている区域を備えてもよい。図７は、２画素×２画素を測定する１つのマクロ画素を得るために、信号を組み合わせた４つの隣り合った画素を用いた２つの周波数範囲に対して感受性があるそのような検出を示す。単一の金属ビア２６を有する図５中の配置は、２つの周波数範囲に対して感受性がある画素を得るために使用することもできることに留意されたい。また、ジグザグまたは櫛形は、プラズモン構造に使用することもできることに留意されたい。
【００６４】
いくつかの偏光およびいくつかの周波数範囲を用いた検出を得るために、上記実施形態を組み合わせることも可能である。
【００６５】
ｎドープ型半導体領域２４が、プラズモン構造１６の下のｐドープ型半導体層１２内に形成されるＣｄＨｇＴｅで作られた検出器を製造する方法の一例は、以下のように説明される。
１．分子線エピタキシによってＣｄＺｎＴｅ基板上にＣｄＨｇＴｅ製の吸収層１２を成長させる。
２．陰極スパッタリングによって誘電体チューニング層２０を堆積させ、次いで、同じ堆積法を用いて反射層２２を堆積させる。
３．材料２４に至るまで層２０をエッチングすることによって層１２に周辺電気接点（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ）を生成し、次いで、コンタクトパッドのための金属を堆積させる。
４．ＣｄＨｇＴｅ層内でｐドーピングを得るために、例えば２００℃〜３００℃で数時間にわたって、このアセンブリをアニールする。
５．ＣｄＨｇＴｅ層までビア２６を機械加工し、これにより領域２４と同じ極性を有する環状半導体領域を生成し、コンタクトパッド２８を形成する。
６．はんだバンプ３２を介して回路３０上にこのようにして得られたアセンブリをハイブリッド化する。
７．回路３０の基板をより薄くさせる。
８．吸収層１２上にパッシベーション層１４を堆積させる。
９．樹脂を堆積し、続いて、金属構造１６と同じトポロジーを有するマスクを用いて露光する。
１０．パッシベーション層１４をエッチングし、架橋樹脂を通じて吸収層１２の中に入り、これは、１２とは反対の極性であり、樹脂パターンと位置合わせされた領域２４を作製する効果を有する。
１１．金属構造１６を構成する金属を堆積させる。
１２．金属のリフトオフ：樹脂および樹脂に配設された金属を除去し、同じ樹脂の露光が使用されるので、このようにして１６および２４の自己整合を得る。
【００６６】
読み出し回路３０のハイブリッド化のためにビア２６およびコンタクトパッド表面２８を製造することは、上述されている。
【００６７】
代替として、光検出器は、ハイブリッド化されるものとせず、したがって、ビア２６および接触表面２８は、省かれる。そのとき、電荷キャリアは、金属構造１６によって捕集される。
【００６８】
プラズモン構造の固体部分同士の間、例えば細片同士の間に電磁場が閉じ込められ、半導体捕集領域（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ  ｚｏｎｅ）が、この構造の固体部分の下、例えば細片の下にある実施形態は、上述されている。
【００６９】
代替として、電磁場は、金属構造の固体部分の下に閉じ込められ、半導体捕集領域は、固体部分同士の間に作製される。例えば、図８は、以下の観点で図１および図２との関連で説明したものとは異なる一実施形態による画素の断面図を示している。
・細片１８の下の吸収層１２内に電磁場ＩＲが閉じ込められるように選択される、金属構造１６の細片１８の寸法および間隔
・細片１８同士の間に形成される半導体領域２４
・より厚いパッシベーション層１４
・半導体領域２４から細片１８が電気的に絶縁されるようにパッシベーション層１４内に形成される細片１８
【００７０】
電荷キャリアは、ＰＮ接合が電位差を受けるとＰＮ接合によって捕集され、次いで半導体領域２４の中に移動し、ついには、電荷キャリアが最終的に集められるビア２６に到達する。
【００７１】
図８中に示される実施形態による光検出器を製造する方法は、例えば、以下のように説明される。
１．分子線エピタキシによってＣｄＺｎＴｅ基板上にＣｄＨｇＴｅ製の吸収層１２を成長させる。
２．陰極スパッタリングによって誘電体チューニング層２０を堆積させ、次いで、反射層２２を堆積させる。
３．層１２に周辺電気接点を生成する。
４．ＣｄＨｇＴｅ層内でｐドーピングを得るために、例えば２００℃〜３００℃で数時間にわたって、このアセンブリをアニールする。
５．ＣｄＨｇＴｅ層までビア２６を機械加工し、これによりビア２６の周囲にｎドープ型半導体領域を生成し、コンタクトパッド２８を形成する。
６．はんだバンプ３２を介して回路３０上にこのようにして得られたアセンブリをハイブリッド化する。
７．回路３０の基板をより薄くさせる。
８．吸収層１２上にパッシベーション層１４を堆積させる。
９．層１４上にプラズモン構造を構成する金属層を堆積させる。
１０．樹脂を堆積し、続いて、金属構造１６と同じトポロジーを有するマスクを用いて露光する。
１１．露光した樹脂の部分を除去する。
１２．樹脂を除去した区域内の金属をエッチングし、このエッチングは、半導体領域２４を形成するように半導体層１２の中にまで及び得る。代替として、半導体領域２４は、イオン注入によって作製される。
１３．細片１８を見せるように残りの樹脂を露光および除去する。
１４．細片１８をパッシベーション層１４内に封入するために新しい絶縁層を堆積させる。
【００７２】
半導体層１２がｐドープされ、半導体領域がｎドープされる実施形態は、上述されている。本発明は、ｎドープ型半導体層およびｐドープ型半導体領域２４の場合にも適用されることは明らかである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  光検出器
１２  半導体層
１４  パッシベーション層
１６  金属構造
１８  離間した構造
２０  誘電体チューニング層
２２  反射層
２４  半導体領域
２６  金属ビア
２８  コンタクトパッド
３０  読み出し回路
３２  はんだバンプ
４２  中央導体
５０  細片
５２  導体
【図１】
2011133471.tif 000003
【図２】
2011133471.tif 000004
【図３】
2011133471.tif 000005
【図４】
2011133471.tif 000006
【図５】
2011133471.tif 000007
【図６】
2011133471.tif 000008
【図７】
2011133471.tif 000009
【図８】
2011133471.tif 000010
【外国語明細書】
2011133471.tif 000011
2011133471.tif 000012
2011133471.tif 000013
2011133471.tif 000014
2011133471.tif 000015
2011133471.tif 000016
2011133471.tif 000017
2011133471.tif 000018
2011133471.tif 000019
2011133471.tif 000020
2011133471.tif 000021
2011133471.tif 000022
2011133471.tif 000023
2011133471.tif 000024
2011133471.tif 000025
2011133471.tif 000026
2011133471.tif 000027
2011133471.tif 000028
2011133471.tif 000029
2011133471.tif 000030
2011133471.tif 000031
2011133471.tif 000032
2011133471.tif 000033