(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコンのバンドギャップによって制限される感度波長範囲よりも長い波長域に感度波長範囲を有するシリコンフォトダイオードを提供する。【解決手段】シリコンフォトダイオード１は、ｐ型のアノード領域１４とｎ型のカソード領域１２で構成されるダイオードを有するシリコン基板１０と、シリコン基板１０上に設けられており、入射光を高次高調波に波長変換してシリコン基板１０に出射する波長変換層２２と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンフォトダイオードであって、
ｐ型のアノード領域とｎ型のカソード領域で構成されるダイオードを有するシリコン基板と、
前記シリコン基板上に設けられており、入射光を高次高調波に波長変換して前記シリコン基板に出射するように構成されている波長変換層と、を備える、シリコンフォトダイオード。
【請求項２】
前記波長変換層が、ペンタセン、チオヘン、ルグデン、アントラセン、又は、２−メチル−４−ニトロアニリンである、請求項１に記載のシリコンフォトダイオード。
【請求項３】
前記シリコン基板と前記波長変換層の間に設けられている絶縁分離層と、
前記波長変換層を間に置いて配置されている一対の電極と、をさらに備える、請求項１又は２に記載のシリコンフォトダイオード。
【請求項４】
前記入射光が表面プラズモン共鳴することによって前記波長変換層に電界を生じさせるように構成されている周期構造体、をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンフォトダイオード。
【請求項５】
前記周期構造体が、前記波長変換層内に埋設されている、請求項４に記載のシリコンフォトダイオード。
【請求項６】
前記周期構造体は、ブルズアイ構造を有しており、
前記シリコン基板の前記アノード領域が、前記ブルズアイ構造の中心部の下方に選択的に配置されている、請求項４又は５に記載のシリコンフォトダイオード。
【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、シリコンフォトダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるように、シリコンフォトダイオードは、ｐ型のアノード領域とｎ型のカソード領域で構成されるｐｎダイオードを有するシリコン基板を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０９２５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなシリコンフォトダイオードの感度波長範囲は、シリコンのバンドギャップ（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）に依存しており、概ね１１００ｎｍよりも短い波長域に制限される。シリコンのバンドギャップによって制限される感度波長範囲よりも長い波長域に感度波長範囲を有するシリコンフォトダイオードが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示するシリコンフォトダイオードは、シリコン基板及び波長変換層を備えることができる。シリコン基板は、ｐ型のアノード領域とｎ型のカソード領域で構成されるダイオードを有する。波長変換層は、シリコン基板上に設けられており、入射光を高次高調波に波長変換してシリコン基板に出射するように構成されている。このシリコンフォトダイオードでは、波長変換層が、長い波長の入射光をシリコン基板のダイオードが感度を有する波長域の高次高調波に変換する。これにより、このシリコンフォトダイオードは、シリコンのバンドギャップによって制限される感度波長範囲よりも長い波長の入射光を検出することができる。
【０００６】
上記シリコンフォトダイオードでは、波長変換層が、ペンタセン、チオヘン、ルグデン、アントラセン、又は、２−メチル−４−ニトロアニリンであってもよい。これらの有機膜の波長変換層は、入射光を高次高調波に効率的に波長変換することができる。これにより、シリコンフォトダイオードは、高感度に入射光を検出することができる。
【０００７】
上記シリコンフォトダイオードは、絶縁分離層及び一対の電極をさらに備えていてもよい。絶縁分離層は、シリコン基板と波長変換層の間に設けられている。一対の電極は、波長変換層を間に置いて配置されている。一対の電極は、波長変換層の表面と裏面にそれぞれ配置されてもよいし、波長変換層の面方向に対向するように配置されてもよい。このシリコンフォトダイオードでは、一対の電極に電圧を印加して波長変換層内に電界を生じさせることで、入射光を高次高調波に効率的に波長変換することができる。これにより、シリコンフォトダイオードは、高感度に入射光を検出することができる。
【０００８】
上記シリコンフォトダイオードは、入射光が表面プラズモン共鳴することによって波長変換層に電界を作用させるように構成されている周期構造体をさらに備えていてもよい。周期構造体は、波長変換層内に埋設されて設けられていてもよいし、波長変換層の外部に設けられていてもよい。このシリコンフォトダイオードでは、周期構造体に発生する表面プラズモン共鳴によって波長変換層内に電界が生じることにより、入射光を高次高調波に効率的に波長変換することができる。これにより、シリコンフォトダイオードは、高感度に入射光を検出することができる。
【０００９】
上記シリコンフォトダイオードでは、周期構造体がブルズアイ構造を有していてもよい。この場合、半導体基板のアノード領域が、ブルズアイ構造の中心部の下方に選択的に配置されている。このシリコンフォトダイオードは、アノード領域とカソード領域の接合容量が低減されているので、高速で動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態のシリコンフォトダイオードの要部断面図を模式的に示しており、図２のI-I線に対応した要部断面図を示す。
【図２】第１実施形態のシリコンフォトダイオードの要部平面図を模式的に示しており、シリコン基板上の周期構造体のレイアウトを示す要部平面図を示す。
【図３】第１実施形態のシリコンフォトダイオードの変形例の要部断面図を模式的に示す。
【図４】第１実施形態のシリコンフォトダイオードの変形例の要部断面図を模式的に示す。
【図５】第１実施形態のシリコンフォトダイオードの変形例の要部断面図を模式的に示す。
【図６】第２実施形態のシリコンフォトダイオードの要部断面図を模式的に示しており、図８のVI-VI線に対応した要部断面図を示す。
【図７】第２実施形態のシリコンフォトダイオードの要部断面図を模式的に示しており、図８のVII-VII線に対応した要部断面図を示す。
【図８】第２実施形態のシリコンフォトダイオードの要部平面図を模式的に示しており、シリコン基板上の周期構造体及びアノード電極のレイアウトを示す要部平面図を示す。
【図９】第２実施形態のシリコンフォトダイオードの変形例の要部断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して各実施形態のシリコンフォトダイオードを説明する。なお、実質的に共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００１２】
（第１実施形態）
図１及び図２に示されるように、シリコンフォトダイオード１は、シリコン基板１０、波長変換層２２、周期構造体２４、カソード電極３２及びアノード電極３４を備えている。なお、図２は、シリコン基板１０上に設けられている波長変換層２２及びアノード電極３４を取り除き、周期構造体２４のレイアウトを表すための平面図である。
【００１３】
シリコン基板１０は、シリコン単結晶の半導体基板であり、ｎ型のカソード領域１２及びｐ型のアノード領域１４を有している。カソード領域１２は、シリコン基板１０の裏面に露出するように配置されており、シリコン基板１０の裏面を被覆するカソード電極３２にオーミック接触している。カソード電極３２の材料は、アルミニウム又はチタンである。アノード領域１４は、カソード領域１２の表面上に設けられており、シリコン基板１０の表面に露出するように配置されている。カソード領域１２とアノード領域１４は、ｐｎダイオードを構成している。なお、カソード領域１２とアノード領域１４の間にｉ型の半導体層が挿入されていてもよい。シリコン基板１０は、カソード領域１２がｎ型の半導体基板として準備され、アノード領域１４がその半導体基板の表面から結晶成長して形成されている。
【００１４】
波長変換層２２は、シリコン基板１０の表面上に設けられており、入射光を第二次高調波（Second Harmonic Generation：SHG）に波長変換可能な材料で形成されている。シリコンフォトダイオード１は、波長が約１．６μｍの赤外線を測定対象としている。したがって、波長変換層２２は、波長が約１．６μｍの赤外線をその半分の波長の約０．８μｍの可視光線（又は、近赤外線）に波長変換可能な材料で形成されている。第二次高調波の光強度は、波長変換層２２の材料の分極が大きいほど大きくなる。このため、波長変換層２２の材料には、大きな分極が生じやすい有機膜が好ましい。この例では、波長変換層２２の材料には、ペンタセンが用いられている。波長変換層２２は、シリコン基板１０の表面上に周期構造体２４を形成した後に、蒸着技術、スパッタ技術、ＣＶＤ技術又はスピンコート技術を利用して成膜される。
【００１５】
周期構造体２４は、シリコン基板１０の表面上に設けられており、波長変換層２２に埋設して設けられている。周期構造体２４は、シリコン基板１０の表面に対して直交する方向から観測したときに（以下、「平面視したときに」という）、等間隔に整列してアレイ状に配置された複数の金属粒子２４ａを有している（図２参照）。これら金属粒子２４ａは、縦方向及び横方向に沿って周期的に現れるパターンを有している。なお、周期構造体２４は、このようなアレイ状配置に限られず、他の様々な周期的なパターンで構成され得る。また、周期構造体２４は、複数の金属粒子２４ａの他に、複数の金属柱、金属配線、又は、金属層の表面に形成された凸部として構成されていてもよい。周期構造体２４の金属粒子２４ａの材料は、例えばアルミニウム、銀又は金である。周期構造体２４の金属粒子２４ａの直径２４Ｗａ及び隣り合う金属粒子２４ａの間隔２４Ｗｂは、測定対象の入射光に合わせて適宜調整される。この例では、シリコンフォトダイオード１は、波長が約１．６μｍの赤外線を測定対象としており、金属粒子２４ａの幅２４Ｗａは約０．８〜１．６μｍであり、間隔２４Ｗｂは約０．８〜１．６μｍである。周期構造体２４は、フォトリソグラフィー又は電子線描写等の微細加工技術、又は、金属ナノ粒子を分散させた溶液を塗布する方法を利用して形成される。
【００１６】
アノード電極３４は、波長変換層２２の表面上に設けられている。アノード電極３４の材料は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜である。
【００１７】
次に、シリコンフォトダイオード１の動作を説明する。シリコンフォトダイオード１は、図示省略の制御回路からの制御信号に基づいて、カソード電極３２に正電圧（＋１０Ｖ）が印加され、アノード電極３４に接地電圧が印加されて用いられる。この状態では、シリコン基板１０内のカソード領域１２とアノード領域１４で構成されるｐｎダイオードが逆バイアスされており、カソード電極３２とアノード電極３４の間に電流は流れない。アノード電極３４を透過して波長変換層２２に波長が約１．６μｍの赤外線が入射すると、波長変換層２２はその赤外線を波長が約０．８μｍの可視光線（又は、近赤外線）に波長変換してシリコン基板１０に出射する。可視光線（又は、近赤外線）の光強度は、波長変換層２２に入射する赤外線の光強度に依存する。シリコン基板１０内のｐｎダイオードは、波長が約０．８μｍの光に感度を有する。このように、シリコンフォトダイオード１は、赤外線を波長変換層２２で第二次高調波に波長変換し、その第二次高調波をシリコン基板１０内のｐｎダイオードで吸収するように構成されている。シリコンフォトダイオード１は、カソード電極３２とアノード電極３４の間を流れる電流値から直接的には第二次高調波の光強度を検出し、間接的には赤外線の光強度を検出することができる。このように、シリコンフォトダイオード１は、波長変換層２２の波長変換を利用することにより、シリコンのバンドギャップ（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）によって制限される感度波長範囲（概ね１１００ｎｍよりも短い波長域）よりも長い波長の赤外線を検出することができる。
【００１８】
シリコンフォトダイオード１は、周期構造体２４を備えていることを１つの特徴とする。波長変換層２２に赤外線が入射すると、周期構造体２４は、入射してきた赤外線の一部と表面プラズモン共鳴を起こす。表面プラズモン共鳴により、金属粒子２４ａは共鳴するため、金属表面近傍にある波長変換層２２内で強い電場増強効果を生じさせることができる。ここで、波長変換層２２において、第二次高調波の光強度は、電界強度の２乗に概ね比例することが知られている。このように、シリコンフォトダイオード１では、周期構造体２４が波長変換層２２に強電界を生じさせることにより、波長変換層２２が赤外線を第二次高調波に効率的に波長変換することができる。このため、シリコンフォトダイオード１は、高感度に赤外線を検出することができる。
【００１９】
図３に示すシリコンフォトダイオード２は、シリコンフォトダイオード１の変形例であり、周期構造体２６がアノード電極３４の表面上に設けられていることを特徴とする。また、周期構造体２６は、複数の金属柱２６ａを有していることを特徴とする。複数の金属柱２６ａは、シリコンフォトダイオード１の複数の金属粒子２４ａと同様に（図２参照）、アノード電極３４の表面上においてアレイ状に配置されている。なお、周期構造体２６は、このようなアレイ状配置に限られず、他の様々な周期的なパターンで構成され得る。また、周期構造体２６は、複数の金属柱２６ａの他に、複数の金属粒子、金属配線、又は、金属層の表面に形成された凸部として構成されていてもよい。このシリコンフォトダイオード２も、赤外線を波長変換層２２で第二次高調波に波長変換し、その第二次高調波をシリコン基板１０内のｐｎダイオードで吸収することができる。シリコンフォトダイオード２も、カソード電極３２とアノード電極３４の間を流れる電流値から直接的には第二次高調波の光強度を検出し、間接的には赤外線の光強度を検出することができる。さらに、周期構造体２６が波長変換層２２に強電界を生じさせることにより、波長変換層２２が赤外線を第二次高調波に効率的に波長変換することができる。このため、シリコンフォトダイオード２は、高感度に赤外線を検出することができる。
【００２０】
図４に示すシリコンフォトダイオード３は、シリコンフォトダイオード２の変形例であり、シリコン基板１０と波長変換層２２の間に設けられている絶縁分離層４２を備えていることを特徴とする。絶縁分離層４２は、シリコン基板１０と波長変換層２２を絶縁分離する。絶縁分離層４２は、波長変換層２２が出射する第二次高調波に対して透明な材料であり、この例では酸化シリコンである。さらに、シリコンフォトダイオード３は、波長変換層２２の裏面を被覆する第１制御電極５２及び波長変換層２２の表面を被覆する第２制御電極５４を備えていることを特徴とする。換言すると、カソード電極３２、シリコン基板１０、アノード電極３４、絶縁分離層４２、第１制御電極５２、波長変換層２２及び第２制御電極５４がこの順で積層されている。第１制御電極５２及び第２制御電極５４の材料はいずれも、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜である。周期構造体２６が、第２制御電極５４の表面上に設けられている。
【００２１】
シリコンフォトダイオード３では、赤外線の光強度が小さい場合に、第１制御電極５２と第２制御電極５４の間に電圧を印加し、波長変換層２２内の電界を強くする。これにより、波長変換層２２が赤外線を第二次高調波に効率的に変換することができ、シリコンフォトダイオード３は、光強度が弱い赤外線を高感度に検出することができる。なお、赤外線の光強度が十分に強いときは、第１制御電極５２と第２制御電極５４の間に印加する電圧を弱くし、消費電力を抑えることができる。このように、シリコンフォトダイオード３は、感度と消費電力の間のトレードオフを改善することができる。なお、波長変換層２２内の電界方向は特に制限されないことから、第１制御電極５２に第２制御電極５４よりも高い電圧が印加されてもよく、第２制御電極５４に第１制御電極５２よりも高い電圧が印加されてもよい。また、図５に示すシリコンフォトダイオード４のように、第１制御電極５２及び第２制御電極５４が、波長変換層２２を貫通するトレンチに充填されており、波長変換層２２の面方向に対応するように形成されていてもよい。この場合、波長変換層２２の電界方向は、波長変換層２２の面方向となる。
【００２２】
（第２実施形態）
図６〜図８に示されるように、シリコンフォトダイオード５は、シリコン基板１００、波長変換層１２２、周期構造体１２４、カソード電極１３２、アノード電極１３４、絶縁層１４２及び層間絶縁膜１４４を備えている。なお、図８は、シリコン基板１００上に設けられている層間絶縁膜１４４を取り除き、周期構造体１２４及びアノード電極１３４のレイアウトを表すための平面図である。
【００２３】
図６及び図７に示されるように、シリコン基板１００は、シリコン単結晶の半導体基板であり、ｎ型のカソード領域１１２及びｐ型のアノード領域１１４を有している。ｎ型のカソード領域１１２は、アノード領域１１４を取り囲むように設けられている。カソード領域１１２は、シリコン基板１００の裏面に露出するように配置されており、シリコン基板１００の裏面を被覆するカソード電極１３２にオーミック接触している。カソード電極１３２の材料は、アルミニウム又はチタンである。アノード領域１１４は、カソード領域１１２の表面上に設けられており、シリコン基板１００の表面の一部に露出するように配置されている。カソード領域１１２とアノード領域１１４は、ｐｎダイオードを構成している。なお、カソード領域１１２とアノード領域１１４の間にｉ型の半導体層が挿入されていてもよい。シリコン基板１００は、カソード領域１１２がｎ型の半導体基板として準備され、アノード領域１１４がその半導体基板の表面にｐ型不純物をイオン注入して形成されている。
【００２４】
波長変換層１２２は、シリコン基板１００の表面上に設けられており、周期構造体１２４の中心部に配置されている。波長変換層１２２は、アノード領域１１４に接触している。換言すると、アノード領域１１４は、平面視したときに、波長変換層１２２の存在範囲を含むように、波長変換層１２２の下方に選択的に配置されている。波長変換層１２２は、入射光を第二次高調波に波長変換可能な材料で形成されている。シリコンフォトダイオード５は、波長が約１．６μｍの赤外線を測定対象としている。したがって、波長変換層１２２は、波長が約１．６μｍの赤外線をその半分の波長の約０．８μｍの可視光線（又は、近接外線）に波長変換可能な材料で形成されている。第二次高調波の光強度は、波長変換層１２２の材料の分極が大きいほど大きくなる。このため、波長変換層１２２の材料には、大きな分極が生じやすい有機膜が好ましい。この例では、波長変換層１２２の材料は、ペンタセンである。波長変換層１２２は、蒸着技術、スパッタ技術、ＣＶＤ技術又はスピンコート技術を利用して、シリコン基板１００の表面上に成膜される。
【００２５】
周期構造体１２４は、シリコン基板１００の表面上に設けられている絶縁層１４２を介してシリコン基板１００上に配設されており、平面視したときに、同心円状に形成された複数の金属配線１２４ａを有している（図８参照）。これら金属配線１２４ａは、径方向に沿って周期的に現れるパターンを有している。このような金属配線パターンは、ブルズアイ構造とも称される。なお、周期構造体１２４は、ブルズアイ構造に限られず、他の様々な周期的なパターンで構成され得る。また、周期構造体１２４は、複数の金属配線１２４ａの他に、複数の金属粒子、金属柱、又は、金属層の表面に形成された凸部として構成されていてもよい。周期構造体１２４の金属配線１２４ａの材料は、例えばアルミニウム、銀又は金である。周期構造体１２４の金属配線１２４ａの幅１２４Ｗａ及び径方向のピッチ幅１２４Ｗｂは、測定対象の入射光に合わせて適宜調整される。この例では、シリコンフォトダイオード５は、波長が約１．６μｍの赤外線を測定対象としており、金属配線１２４ａの幅１２４Ｗａは約０．８〜１．６μｍであり、ピッチ幅１２４Ｗｂは約０．８〜１．６μｍである。周期構造体１２４の金属配線１２４ａの各々は、周期パッド部１２４ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
アノード電極１３４は、波長変換層１２２の表面上に設けられており、周期構造体１２４の中心部に配置されている。アノード電極１３４は、層間絶縁膜１４４の表面上を伸びてアノードパッド部１３４ａに電気的に接続されている（図７及び図８参照）。アノード電極１３４と周期構造体１２４の金属配線１２４ａは、層間絶縁膜１４４によって絶縁されている。アノード電極１３４の材料は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜である。
【００２７】
次に、シリコンフォトダイオード５の動作を説明する。シリコンフォトダイオード５は、図示省略の制御回路からの制御信号に基づいて、カソード電極１３２に正電圧（＋１０Ｖ）が印加され、アノード電極１３４に接地電圧が印加され、周期パッド部１２４ｂに−５〜＋５Ｖが印加されて用いられる。この状態では、シリコン基板１００内のカソード領域１１２とアノード領域１１４で構成されるｐｎダイオードが逆バイアスされており、カソード電極１３２とアノード電極１３４の間に電流は流れない。アノード電極１３４を透過して波長変換層１２２に波長が約１．６μｍの赤外線が入射すると、波長変換層１２２はその赤外線を波長が約０．８μｍの可視光線（又は、近赤外線）に波長変換してシリコン基板１００に出射する。可視光線（又は、近赤外線）の光強度は、波長変換層１２２に入射する赤外線の光強度に依存する。シリコン基板１００内のｐｎダイオードは、波長が約０．８μｍの光に感度を有する。このように、シリコンフォトダイオード５は、赤外線を波長変換層１２２で第二次高調波に波長変換し、その第二次高調波をシリコン基板１００内のｐｎダイオードで吸収するように構成されている。シリコンフォトダイオード５は、カソード電極１３２とアノード電極１３４の間を流れる電流値から直接的には第二次高調波の光強度を検出し、間接的には赤外線の光強度を検出することができる。このように、シリコンフォトダイオード５は、波長変換層１２２の波長変換を利用することにより、シリコンのバンドギャップ（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）によって制限される感度波長範囲（概ね１１００ｎｍよりも短い波長域）よりも長い波長の赤外線を検出することができる。
【００２８】
シリコンフォトダイオード５は、周期構造体１２４を備えていることを１つの特徴とする。赤外光が入射すると、周期構造体１２４は、入射してきた赤外線の一部と表面プラズモン共鳴を起こす。表面プラズモンは、電場増強効果により周期構造体１２４の中心側に向けて伝播する。そのため、波長変換層１２２内に強い電場が形成される。このように、シリコンフォトダイオード５では、周期構造体１２４が波長変換層１２２に強電界を生じさせることにより、波長変換層１２２が赤外線を第二次高調波に効率的に変換することができる。このため、シリコンフォトダイオード５は、高感度に赤外線を検出することができる。
【００２９】
また、シリコンフォトダイオード５では、周期構造体１２４の中心部に波長変換層１２２を配置し、その下方にアノード領域１１４が選択的に配置されている。ブルズアイ構造の周期構造体１２４により、周期構造体１２４の中心部に電界が集中するため、その直下の波長変換層１２２の電界も増強され、波長変換層１２２が赤外線を第二次高調波に効率的に変換することができる。さらに、周期パッド部１２４ｂに電圧が印加されることにより、ブルズアイ構造の中心における電界集中が促進され、その結果、波長変換層１２２は、赤外線を第二次高調波に極めて効率的に変換することができる。さらに、カソード領域１１２とアノード領域１１４の接合容量が小さくなり、シリコンフォトダイオード５は高速に動作することができる。
【００３０】
図９に示すシリコンフォトダイオード６は、シリコンフォトダイオード５の変形例であり、シリコン基板１００と波長変換層１２２の間に設けられている絶縁分離層２４２を備えていることを特徴とする。絶縁分離層２４２は、シリコン基板１００と波長変換層１２２を絶縁分離する。絶縁分離層２４２は、波長変換層１２２が出射する第二次高調波に対して透明な材料であり、この例では酸化シリコンである。さらに、シリコンフォトダイオード６は、波長変換層１２２の裏面を被覆する第１制御電極１５２及び波長変換層１２２の表面を被覆する第２制御電極１５４を備えていることを特徴とする。換言すると、カソード電極１３２、シリコン基板１００、アノード電極１３４、絶縁分離層２４２、第１制御電極１５２、波長変換層１２２及び第２制御電極１５４がこの順で積層されている。第１制御電極１５２及び第２制御電極１５４の材料はいずれも、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜である。周期構造体１２４が、絶縁層１４２の表面上に設けられている。
【００３１】
シリコンフォトダイオード６では、赤外線の光強度が小さい場合に、第１制御電極１５２と第２制御電極１５４の間に電圧を印加し、波長変換層１２２内の電界を強くする。これにより、波長変換層１２２が赤外線を第二次高調波に効率的に変換することができ、シリコンフォトダイオード６は、光強度が弱い赤外線を高感度に検出することができる。なお、赤外線の光強度が十分に強いときは、第１制御電極１５２と第２制御電極１５４の間に印加する電圧を弱くし、消費電力を抑えることができる。このように、シリコンフォトダイオード６は、感度と消費電力の間のトレードオフを改善することができる。なお、波長変換層１２２内の電界方向は特に制限されないことから、第１制御電極１５２に第２制御電極１５４よりも高い電圧が印加されてもよく、第２制御電極１５４に第１制御電極１５２よりも高い電圧が印加されてもよい。
【００３２】
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。また、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】
【００３３】
１：シリコンフォトダイオード
１０：シリコン基板
１２：カソード領域
１４：アノード領域
２２：波長変換層
２４：周期構造体
２４ａ：金属粒子
３２：カソード電極
３４：アノード電極
【図１】
2019075463.tif 000003
【図２】
2019075463.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019075463.tif 000006
【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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