(57)【要約】      （修正有）【課題】表面プラズモン共鳴の検出が容易で表面プラズモン共鳴検出機を小型化可能な半導体表面プラズモン共鳴検出装置を提供する。【解決手段】半導体表面プラズモン共鳴検出装置において、半導体基板１０の第１の面１１に形成された受光部２と、第１の面に対向する半導体基板の第２の面に開口するように形成された溝部を備え、溝部は、受光部に臨む傾斜部２２ａを有すると共に傾斜部に表面プラズモンが発生する金属膜を有し、第１の面及び第２の面に交差する半導体基板の端面３１に入射した入射光は、傾斜部で反射して受光部に入射するように構成する。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体表面プラズモン共鳴検出装置において、
半導体基板の第１の面近傍に形成された受光部と、前記第１の面に対向する前記半導体基板の第２の面に開口するように形成された溝部を備え、
前記溝部は、前記受光部に臨む傾斜部を有すると共に前記傾斜部に表面プラズモンが発生する金属膜を有し、
前記第１の面及び前記第２の面に交差する前記半導体基板の端面に入射した入射光は、前記傾斜部で反射して前記受光部に入射するように構成されたことを特徴とする半導体表面プラズモン共鳴検出装置。
【請求項２】
前記端面は前記第１の面及び前記第２の面に夫々垂直に交差し、
前記端面に所定角度で入射した入射光は、前記傾斜部で反射して前記受光部に入射することを特徴とする請求項１に記載の半導体表面プラズモン共鳴検出装置。
【請求項３】
前記端面は前記第１の面に鈍角に、且つ前記第２の面に鋭角に交差し、
前記第１の面及び前記第２の面に平行に前記端面に入射した入射光は、前記傾斜部で反射して前記受光部に入射することを特徴とする請求項１に記載の半導体表面プラズモン共鳴検出装置。
【請求項４】
前記端面に入射した入射光は前記半導体基板中を進行する程円錐状に径が拡大し、
前記傾斜部で反射した入射光は、前記第１の面及び前記第２の面で複数回反射して前記受光部に入射することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体表面プラズモン共鳴検出装置。
【請求項５】
前記受光部は、その受光部に入射する入射光の強度中心位置を検出する位置検出器であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体表面プラズモン共鳴検出装置。
【請求項６】
前記受光部は、アレイ状に形成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体表面プラズモン共鳴検出装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、表面プラズモンを発生させる領域と、この領域で反射された光を受ける受光部を一体化して小型化した半導体表面プラズモン共鳴検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリズム等の光学素子内を進行する光は、光学素子より屈折率が小さい空気、水等の媒体との境界面に対して入射角が臨界角以上の場合には、その境界面で全反射して媒体に透過しない。この状況下の光学素子と媒体の境界面に金属薄膜がある場合には、臨界角以上で入射する入射光により金属薄膜表面にエバネッセント波が発生する。
【０００３】
エバネッセント波は、金属薄膜表面の自由電子が集団的に振動する表面プラズモンを誘起する。表面プラズモンと入射光が共鳴条件を満たすと入射光が金属薄膜（表面プラズモン）に吸収され、光学素子と金属薄膜の境界面の反射率が極小になる。
【０００４】
表面プラズモンと入射光の共鳴条件は、金属薄膜表面近傍の媒体の屈折率変化に敏感に反応し、反射率が極小になる入射角（共鳴角θｒ）が変化する。この性質を利用して、試料である媒体内に含まれる微量物質の金属薄膜表面における吸着や脱離等を検出する検出技術が、化学や生物材料化学の分野において例えばタンパク質やＤＮＡ等の検出、分子間力の測定等に広く利用されている。
【０００５】
このような表面プラズモン共鳴検出機として、例えば特許文献１，２のように、表面プラズモンを発生させる金属薄膜を表面に備えた光学素子と、光学素子に光を入射する発光装置と、光学素子からの反射光を受光する受光装置と、光学素子に対して発光装置及び受光装置の位置を移動させるための角度可変機構により構成された表面プラズモン共鳴検出機が広く知られている。また、特許文献３のように、発光装置と光学素子を一体的に形成して近接場光を検出する表面プラズモン共鳴検出機が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５３３６９１号公報
【特許文献２】特開平０９−２５０９８１号公報
【特許文献３】特開２００５−３０８６５８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２の表面プラズモン共鳴検出機は、光学素子と受光装置が離隔しているので、これらを搭載した表面プラズモン共鳴検出機を小型化することが困難である。また、特許文献３の表面プラズモン共鳴検出機は、入射光によって誘起される非伝搬波の近接場光を検出するために、入射光の波長より小さい光散乱体を検出位置に配置する、又は光プローブを検出位置に対して入射光の波長以下の距離に接近させる必要があり、表面プラズモン共鳴の検出が容易ではない。
【０００８】
本考案の目的は、表面プラズモン共鳴の検出が容易且つ表面プラズモン共鳴検出機を小型化可能な半導体表面プラズモン共鳴検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の半導体表面プラズモン共鳴検出装置は、半導体基板の第１の面近傍に形成された受光部と、前記第１の面に対向する前記半導体基板の第２の面に開口するように形成された溝部を備え、前記溝部は、前記受光部に臨む傾斜部を有すると共に前記傾斜部に表面プラズモンが発生する金属膜を有し、前記第１の面及び前記第２の面に交差する前記半導体基板の端面に入射した入射光は、前記傾斜部で反射して前記受光部に入射するように構成されたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成により、光学素子としての半導体基板に受光装置である受光部を一体化して半導体表面プラズモン共鳴検出装置を小型化し、この半導体表面プラズモン共鳴検出装置を搭載した表面プラズモン共鳴検出機を小型化することができる。また、伝搬波である反射光を受光部で検出するので、表面プラズモン共鳴の検出が容易である。
【００１１】
請求項２の半導体表面プラズモン共鳴検出装置は、請求項１において前記端面は前記第１の面及び前記第２の面に夫々垂直に交差し、前記端面に所定角度で入射した入射光は、前記傾斜部で反射して前記受光部に入射することを特徴としている。
【００１２】
上記構成により、入射光が入射する端面の形成が容易になるので、光学素子と受光素子を一体化して小型化した半導体表面プラズモン共鳴検出装置の形成を容易にすることができる。
【００１３】
請求項３の半導体表面プラズモン共鳴検出装置は、請求項１において前記端面は前記第１の面に鈍角に、且つ前記第２の面に鋭角に交差し、前記第１の面及び前記第２の面に平行に前記端面に入射した入射光は、前記傾斜部で反射して前記受光部に入射することを特徴としている。
【００１４】
上記構成により、半導体表面プラズモン共鳴検出装置に入射する入射光の方向を、試料を保持する溝部が形成された半導体基板の第２の面及び第１の面に対して平行にできるので、発光装置の配置を容易にすることができる。
【００１５】
請求項４の半導体表面プラズモン共鳴検出装置は、請求項１〜３の何れか１項において、前記端面に入射した入射光は前記半導体基板中を進行する程円錐状に径が拡大し、前記傾斜部で反射した入射光は、前記第１の面及び前記第２の面で複数回反射して前記受光部に入射することを特徴としている。
【００１６】
上記構成により、半導体基板内で入射光を複数回反射させることにより光路を長くして入射光の径を拡大することにより、広がった入射光を傾斜部及び受光部に到達させることができる。入射光の傾斜部に入射する入射角は角度分布を有するので、端面への入射角を変更することなく反射率が極小となる共鳴角の変化の検出が可能になる。従って、発光装置から端面への光の入射角を変更するための角度可変機構を省略できるので、この光学素子と受光素子を一体化した半導体表面プラズモン共鳴検出装置を搭載した表面プラズモン共鳴検出機をさらに小型化可能である。
【００１７】
請求項５の半導体表面プラズモン共鳴検出装置は、請求項４において、前記受光部は、その受光部に入射する入射光の強度中心位置を検出可能な位置検出器であることを特徴としている。
【００１８】
上記構成により、入射光は広がって位置検出器に到達するので、入射光の強度中心位置を検出して対応する入射角を検出することができる。
【００１９】
請求項６の半導体表面プラズモン共鳴検出装置は、請求項４において、前記受光部は、アレイ状に形成されたことを特徴としている。
【００２０】
上記構成により、入射光は広がってアレイ状の受光部に到達するので、入射光の強度中心位置と反射率が極小となる位置を検出して夫々の位置に対応する入射角を検出することができる。
【考案の効果】
【００２１】
本考案の半導体表面プラズモン検出装置によれば、表面プラズモン共鳴の検出が容易且つ表面プラズモン共鳴検出機を小型化可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係る半導体表面プラズモン共鳴検出装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図２において入射光の光路を示す図である。
【図４】共鳴曲線の１例を示す図である。
【図５】誘電率が異なる場合の共鳴曲線を示す図である。
【図６】入射角を固定したときの誘電率と反射率の関係を示す図である。
【図７】実施例２に係る半導体表面プラズモン共鳴検出装置の入射光の光路を示す断面図である。
【図８】実施例３に係る半導体表面プラズモン共鳴検出装置の入射光の光路を示す断面図である。
【図９】図８の受光部の要部拡大断面図である。
【図１０】実施例３の受光部における入射光の強度分布の１例を示す図である。
【図１１】実施例４に係る半導体表面プラズモン共鳴検出装置の入射光の光路を示す断面図である。
【図１２】図１１の受光部の要部拡大断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２３】
以下、本考案を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
半導体表面プラズモン共鳴検出装置（以下、検出装置と呼ぶ）１は、図１、図２に示すように半導体基板１０の（１００）面を下面１１（第１の面）として、下面１１近傍にｉ−ＩｎＧａＡｓ層１２からなる光吸収領域を備えた受光部２を有し、受光部２の電流を取り出すためのｎ電極１４とｐ電極１５を備えている。半導体基板１０は、例えば長さが３００〜５００μｍ程度、幅が１００〜３００μｍ程度、厚さが１００〜２００μｍ程度の半絶縁性のＩｎＰ基板であるが、検出装置１の仕様等に応じて適宜サイズや基板材料を選択可能である。ＩｎＰ基板は、波長が１μｍより長い赤外光に対して透明であり、ＩｎＰ基板に入射した１μｍより長波長の赤外光はＩｎＰ基板内を進行する。
【００２５】
受光部２は、半導体基板１０側から順に第１ｎ−ＩｎＰ層１６、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層１２、第２ｎ−ＩｎＰ層１７を有し、第２ｎ−ＩｎＰ層１７内にｐ型拡散領域１８を有して、ｐｉｎフォトダイオードを形成している。そして、第１ｎ−ＩｎＰ層１６のｎ電極１４及びｐ型拡散領域１８のｐ電極１５を有する。ｎ電極１４及びｐ電極１５は、検出装置１を実装する基板に設けられる所定の端子に夫々接続可能であり、受光部２に入射した光により発生する電子正孔対を電流として取り出して電気信号として出力する。
【００２６】
下面１１に対向する半導体基板１０の上面２１（第２の面）に開口する溝部２２は、平坦な第１傾斜面２２ａ及び第２傾斜面２２ｂによりＶ形状になっている。溝部２２の受光部２に近い第１傾斜面２２ａが受光部２に臨む傾斜部に相当する。
【００２７】
第１傾斜面２２ａ及び第２傾斜面２２ｂは半導体基板１０の｛１１１｝面であり、半導体基板１０の（１００）面と｛１１１｝面は５４．７°程度の角度で交差するので、第１傾斜面２２ａ及び第２傾斜面２２ｂは夫々上面２１に１２５．３°程度の鈍角に連なっている。このような溝部２２は、例えばエッチング速度が結晶面方位に依存する異方性のエッチング液により形成される。
【００２８】
溝部２２の第１傾斜面２２ａ側で上面２１と下面１１に夫々垂直に交差する半導体基板１０の端面３１は、溝部２２が延びる方向に略平行である。第２傾斜面２２ｂ側には端面３１に対向する端面３２を有する。端面３１は平坦であり、入射光の端面３１における散乱を防ぐ。また、この端面３１は、入射光の反射を抑えるための反射防止膜を備えていてもよい。
【００２９】
第１傾斜面２２ａは、その表面に表面プラズモンを発生可能な金属膜２５を備えている。金属膜２５は例えば厚さが４０ｎｍ程度の金膜である。第２傾斜面２２ｂは、その表面に例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の誘電体膜を備えていてもよい。この第１傾斜面２２ａと第２傾斜面２２ｂを有する溝部２２に試料として検出対象を含む水等の媒体が保持される。
【００３０】
図３に示すように、下面１１側に配設された図示外の発光装置からの単一波長の光がこの端面３１に所定角度の入射角θ１として例えばθ１＝５８．１°で入射すると、第１傾斜面２２ａに入射角θ２＝２０．９°で入射すると共に反射して受光部２に到達する。
【００３１】
ここで、例えば波長が１．３７μｍの入射光に対してＩｎＰ基板及び水の屈折率は夫々３．２２４及び１．３程度であり、金の複素屈折率は０．４５８＋ｉ９．７２である。このときの入射光の第１傾斜面２２ａの入射角θ２と反射率の関係を示す共鳴曲線の１例を図４に示す。臨界角となるθ２＝２０．７５°程度で反射率が極大になり、θ２＝２０．８７°で極小となっている。即ち表面プラズモン共鳴が、このθ２＝２０．８７°（共鳴角θｒ）で鋭い共鳴ピークとして現れている。
【００３２】
媒体の水に含まれる物質が金属膜２５に吸着することは、金属膜２５近傍における媒体の屈折率が変化したことと等価である。この屈折率変化に敏感に反応して変化する第１傾斜面２２ａにおける共鳴曲線の計算例を図５に示す。媒体の屈折率ｎを１．３、１．３０４、１．３０８と変化させると共鳴角θｒが大きくなるように共鳴曲線が変化している。従って、端面３１の入射角θ１を変化させて表面プラズモン共鳴の共鳴角変化を検出することにより、金属膜２５近傍における媒体の屈折率変化を検出できる。
【００３３】
また、屈折率変化に敏感に反応して変化する第１傾斜面２２ａにおける反射率の計算例を図６に示す。媒体の屈折率ｎ＝１．３のときに表面プラズモン共鳴が生じる入射角θ２＝２０．８７°（＝共鳴角θｒ）で光が入射する場合、媒体の屈折率ｎが１．３から大きくなる程反射率が上昇する。従って、第１傾斜面２２ａの入射角θ２が媒体の屈折率ｎでの共鳴角θｒとなるように端面３１の入射角θ１を設定し、表面プラズモン共鳴の反射率変化を検出することにより、金属膜２５近傍における媒体の屈折率変化を検出できる。反射率変化は受光部２の受光量の変化を検出することにより得られる。
【００３４】
以上のように、光学素子である半導体基板１０に受光装置である受光部２を一体化したので検出装置１を小型化でき、第１傾斜面２２ａにおける反射光を受光部２で受光して共鳴角等を検出できるので表面プラズモン共鳴の検出が容易である。従って、小型の検出装置１を搭載することにより、表面プラズモン共鳴の検出が容易で小型化可能な表面プラズモン共鳴検出機を構成することができる。
【実施例２】
【００３５】
実施例１の検出装置１を部分的に変更した検出装置１Ａについて説明する。実施例１と共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３６】
検出装置１Ａは、図７に示すように、半導体基板１０の下面１１（第１の面）近傍に受光部２を有し、受光部２の電流を取り出すためのｎ電極１４とｐ電極１５を備えている。下面１１に対向する半導体基板１０の上面２１（第２の面）に開口する溝部２２は、受光部２に臨む傾斜部に相当する第１傾斜面２２ａと、第２傾斜面２２ｂとでＶ形状に形成されている。第１傾斜面２２ａ及び第２傾斜面２２ｂは、夫々上面２１に１２５．３°程度の鈍角に連なっている。
【００３７】
第１傾斜面２２ａは、その表面に表面プラズモンを発生可能な例えば４０ｎｍ程度の厚さの金属膜２５（例えば金膜等）を備えている。第１傾斜面２２ａと第２傾斜面２２ｂを有する溝部２２に試料として検出対象を含む水等の媒体が保持される。
【００３８】
溝部２２の第１傾斜面２２ａ側で上面２１に例えば６８．１°の鋭角に且つ下面１１に１１１．９°の鈍角に連なる半導体基板１０の端面３１Ａは、溝部２２が延びる方向に略平行である。端面３１Ａ側に配設された図示外の発光装置から端面３１Ａに向けて上面２１及び下面１１に平行に出射された光は、端面３１Ａに入射角θ１＝２１．９°で入射する。
【００３９】
端面３１Ａは、入射光の端面３１Ａにおける散乱を防ぐため平坦である。また、この端面３１Ａは、入射光の反射を抑えるための反射防止膜を備えていてもよい。尚、端面３１Ａが上面２１及び下面１１に連なる上記角度は１例を示すものであり、第１傾斜面２２ａの入射角θ２が共鳴角θｒの近傍の角度になるように設定することができる。
【００４０】
このような構成の検出装置１Ａにおいても、実施例１と同様に表面プラズモン共鳴の共鳴角変化を検出することにより、金属膜２５近傍における媒体の屈折率変化を検出でき、共鳴角θｒにおける反射率変化を検出することにより、金属膜２５近傍における媒体の屈折率変化を検出できる。従って、光学素子である半導体基板１０と受光素子である受光部２を一体化して小型化した検出装置１Ａを搭載することにより、表面プラズモン共鳴の検出が容易で小型化可能な表面プラズモン共鳴検出機を構成することができる。
【実施例３】
【００４１】
実施例２の検出装置１Ａを部分的に変更した検出装置１Ｂについて説明する。実施例２と共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４２】
検出装置１Ｂは、図８に示すように、半導体基板１０の端面３１Ａ近傍の下面１１（第１の面）近傍に受光部２Ｂを有し、受光部２Ｂの電流を取り出すためのｎ電極１４Ｂとｐ電極３５，３６を備えている。下面１１に対向する半導体基板１０の上面２１（第２の面）に開口する溝部２２は、端面３１Ａと対向する端面３２近傍に、受光部２Ｂに臨む傾斜部に相当する第１傾斜面２２ａと、第２傾斜面２２ｂとでＶ形状に形成されている。
【００４３】
第１傾斜面２２ａ及び第２傾斜面２２ｂは、夫々上面２１に１２５．３°程度の鈍角に連なっている。第１傾斜面２２ａは、その表面に表面プラズモンを発生可能な例えば４０ｎｍ程度の厚さの金属膜２５（例えば金膜等）を備えている。第１傾斜面２２ａと第２傾斜面２２ｂを有する溝部２２に試料として検出対象を含む水等の媒体が保持される。
【００４４】
下面１１及び上面２１は、入射光を反射するために、誘電体膜（例えばシリコン窒化膜）上に金属膜（例えば銀膜）を積層した反射膜１９，２９を夫々備えているが、下面１１及び上面２１が全反射可能な場合は省略可能である。
【００４５】
図９に示すように受光部２Ｂは、半導体基板１０側から順に第１ｎ−ＩｎＰ層１６、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層１２、第２ｎ−ＩｎＰ層１７を有し、第２ｎ−ＩｎＰ層１７内にｐ型拡散領域１８Ｂを有して、ｐｉｎフォトダイオードを形成している。そして、第１ｎ−ＩｎＰ層１６に接続するｎ電極１４Ｂ及びｐ型拡散領域１８Ｂに接続するｐ電極３５，３６を有する。
【００４６】
ｐ電極３５は、ｐ型拡散領域１８Ｂの端面３１Ａ側の端部領域に配設され、ｐ電極３６はｐ型拡散領域１８Ｂの端面３２側の端部領域に配設されている。ｎ電極１４Ｂ及びｐ電極３５，３６は、検出装置１Ｂを実装する基板に設けられる所定の端子に夫々接続可能であり、受光部２Ｂに入射した光により発生する電子正孔対を電流として取り出して電気信号として出力する。
【００４７】
図９に示すように、溝部２２の第１傾斜面２２ａ側で上面２１に例えば６８．１°の鋭角に且つ下面１１に例えば１１１．９°の鈍角に連なる半導体基板１０の端面３１Ａは、溝部２２が延びる方向に略平行である。端面３１Ａ側に配設された図示外の発光装置から上面２１及び下面１１に平行な方向に出射された光は、この端面３１Ａの下面１１に近い位置に入射角θ１＝２１．９°で入射する。尚、端面３１Ａが上面２１に連なる上記角度等は１例を示すものであり、第１傾斜面２２ａに入射する入射角θ２が共鳴角θｒの近傍の角度になるように設定することができ、実施例１のような端面３１にして入射角θ１＝５８．１°とすることもできる。
【００４８】
端面３１Ａに入射角θ１＝２１．９°で入射した入射光は、半導体基板１０内を第１傾斜面２２ａに向かって進行する。入射光は進行する程、頂角３°程度の円錐状に径が拡大する。そのため、入射光は第１傾斜面２２ａの入射角θ２について角度分布を有する。
【００４９】
また、第１傾斜面２２ａで反射した入射光は、下面１１及び上面２１での反射を交互に繰り返して受光部２Ｂに到達する。複数回反射するように構成したことにより、光路を長くして入射光を拡径する。例えば、下面１１及び上面２１で夫々２回ずつ反射するように構成して半導体基板１０内の光路長を１７００μｍ程度とした場合に、入射光の外径は８０μｍ程度に広がる。
【００５０】
このように広がった入射光が受光部２Ｂに入射すると、ｐ電極３５，３６から夫々電流Ｉ３５、Ｉ３６が取り出される。ｐ電極３５，３６はｐ型拡散領域１８Ｂの両端部に対向状に配設されているので、入射光の強度中心位置とｐ型拡散領域１８Ｂの中心位置との距離ｘに応じたＩ３５、Ｉ３６が取り出される。例えばｐ電極３５とｐ電極３６の間の距離をＬとすると、ｘ＝（Ｌ／２）×（Ｉ３５−Ｉ３６）／（Ｉ３５＋Ｉ３６）の計算式により受光部２Ｂにおける入射光の強度中心位置が求められる。従って、受光部２Ｂは入射光の強度中心位置の位置検出器になっている。
【００５１】
入射光は、その径方向に例えば正規分布に従う強度分布を有し、受光部２Ｂにおける入射光の強度は、その強度分布に第１傾斜面２２ａにおける反射率を乗じた強度になる。第１傾斜面２２ａにおける反射率は、入射光が入射角θ２について角度分布を有するので図４のようになり、このとき受光部２Ｂにおける入射光の強度分布は例えば図１０のようになる。
【００５２】
媒体の屈折率変化に伴って共鳴角θｒと共に反射率が極大になる入射角θ２が変化するので、図１０のように受光部２Ｂにおける強度分布や強度中心位置も媒体の屈折率ｎの変化と共に変化し、電流Ｉ３５，Ｉ３６も変化する。従って、入射角θ１を変化させることなく表面プラズモン共鳴の共鳴角変化等を検出することができ、金属膜２５近傍における媒体の屈折率変化を検出できる。従って、小型の検出装置１Ｂを搭載することにより、表面プラズモン共鳴の検出が容易で、角度可変機構を省略してさらに小型化可能な表面プラズモン共鳴検出機を構成することができる。
【実施例４】
【００５３】
実施例３の検出装置１Ｂを部分的に変更した検出装置１Ｃについて説明する。実施例３と共通する部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５４】
検出装置１Ｃは、図１１に示すように、半導体基板１０の端面３１Ａ近傍の下面１１（第１の面）近傍に受光部２Ｃを有し、受光部２Ｃの電流を取り出すためのｎ電極１４Ｃとアレイ状に並ぶｐ電極群３７を備えている。下面１１に対向する半導体基板１０の上面２１（第２の面）に開口する溝部２２は、端面３１Ａと対向する端面３２近傍に、受光部２Ｃに臨む傾斜部に相当する第１傾斜面２２ａと、第２傾斜面２２ｂとでＶ形状に形成されている。
【００５５】
第１傾斜面２２ａ及び第２傾斜面２２ｂは、夫々上面２１に１２５．３°程度の鈍角に連なっている。第１傾斜面２２ａは、その表面に表面プラズモンを発生可能な例えば４０ｎｍ程度の厚さの金属膜２５（例えば金膜等）を備えている。第１傾斜面２２ａと第２傾斜面２２ｂを有する溝部２２に試料として検出対象を含む水等の媒体が保持される。
【００５６】
下面１１及び上面２１は、入射光を反射するために、誘電体膜（例えばシリコン窒化膜）上に金属膜（例えば銀膜）を積層した反射膜１９，２９を夫々備えているが、下面１１及び上面２１が全反射可能な場合は省略可能である。
【００５７】
図１２に示すように受光部２Ｃは、半導体基板１０側から順に第１ｎ−ＩｎＰ層１６、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層１２、第２ｎ−ＩｎＰ層１７を有し、第２ｎ−ＩｎＰ層１７内にアレイ状ｐ型拡散領域群１８Ｃを有して、複数のｐｉｎフォトダイオードを形成している。そして、第１ｎ−ＩｎＰ層１６のｎ電極１４Ｃ及びアレイ状ｐ型拡散領域群１８Ｃに対応するｐ電極群３７を有する。ｎ電極１４Ｃ及びｐ電極群３７は、検出装置１Ｃを実装する基板に設けられる所定の端子に夫々接続可能であり、受光部２Ｃに入射した光により発生する電子正孔対を電流として取り出して電気信号として出力する。
【００５８】
図１１に示すように、溝部２２の第１傾斜面２２ａ側で上面２１に例えば６８．１°の鋭角に且つ下面１１に例えば１１１．９°の鈍角に連なる半導体基板１０の端面３１Ａは、溝部２２が延びる方向に略平行である。端面３１Ａ側に配設された図示外の発光装置から上面２１及び下面１１に平行な方向に出射された光は、この端面３１Ａの下面１１に近い位置に入射角θ１＝２１．９°で入射する。尚、端面３１Ａが上面２１に連なる上記角度等は１例を示すものであり、第１傾斜面２２ａに入射する入射角θ２が共鳴角θｒの近傍の角度になるように設定することができ、実施例１のように直角の端面３１にして入射角θ１＝５８．１°とすることもできる。
【００５９】
端面３１Ａに入射角θ１＝２１．９°で入射した入射光は、半導体基板１０内を第１傾斜面２２ａに向かって進行する。入射光は進行する程、頂角３°程度の円錐状に径が拡大する。そのため、入射光は第１傾斜面２２ａの入射角θ２について角度分布を有する。
【００６０】
第１傾斜面２２ａで反射した入射光は、下面１１及び上面２１での反射を交互に繰り返して受光部２Ｃに到達する。複数回反射するように構成したことにより、光路を長くして入射光を拡径する。入射光はその径方向に例えば正規分布に従う強度分布を有し、受光部２Ｃにおける入射光の強度は、その強度分布に第１傾斜面２２ａにおける反射率を乗じた強度になる。
【００６１】
このように広がった入射光が受光部２Ｃに入射すると、アレイ状のｐ電極群３７から夫々入射光の強度に応じた電流が取り出される。そのため、入射光の強度中心位置、反射率極小位置を検出することができ、それら位置に対応する反射角を検出することができる。それ故、入射角θ１を変化させることなく表面プラズモン共鳴の共鳴角変化等を検出することができ、金属膜２５近傍における媒体の屈折率変化を検出できる。従って、小型の検出装置１Ｃを搭載することにより、表面プラズモン共鳴の検出が容易で、角度可変機構を省略してさらに小型化可能な表面プラズモン共鳴検出機を構成することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ    検出装置（半導体表面プラズモン共鳴検出装置）
２      受光部
２Ｂ    受光部（位置検出器）
２Ｃ    受光部
１０    半導体基板
１１    下面（第１の面）
１２    ｉ−ＩｎＧａＡｓ層
１４，１４Ｂ，１４Ｃ  ｎ電極
１５    ｐ電極
１８，１８Ｂ  ｐ型拡散領域
１８Ｃ  アレイ状ｐ型拡散領域群
１９，２９  反射膜
２１    上面（第２の面）
２２    溝部
２２ａ  第１傾斜面（傾斜部）
２５    金属膜
３１，３１Ａ  端面（入射面）
３２    端面
３５，３６    ｐ電極
３７    ｐ電極群
【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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