(57)【要約】光または電磁波３の照射により内部にキャリア４を発生する光伝導性物質１と、カーボンナノチューブ２とを有し、光または電磁波３の照射により前記光伝導性物質１内に発生したキャリア４を前記カーボンナノチューブ２の電気伝導の変化により検出することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光または電磁波の照射により内部にキャリアを発生する光伝導性物質と、カーボンナノチューブとを有し、光または電磁波の照射により前記光伝性導物質内に発生したキャリアを前記カーボンナノチューブの電気伝導の変化により検出することを特徴とする光検出素子。
【請求項２】
請求の範囲１記載の光検出素子において、前記光伝導性物質として、異なった波長範囲に光伝導性を有する複数種類の光伝導性物質による単層構造または多層構造を有することを特徴とする光検出素子。
【請求項３】
請求の範囲２記載の光検出素子において、前記多層構造が、光または電磁波の照射を受ける側にエネルギーギャップのより広い光伝導性物質からなる膜を形成するようになっていることを特徴とする光検出素子。
【請求項４】
請求の範囲１ないし３のいずれか１項記載の光検出素子において、前記光伝導性物質とカーボンナノチューブの間に透明または半透明の絶縁層が形成されていることを特徴とする光検出素子。
【請求項５】
請求の範囲１ないし４のいずれか１項記載の光検出素子において、その光検出素子が電界効果トランジスタ構造または単電子トランジスタ構造を有することを特徴とする光検出素子。
【請求項６】
請求の範囲５記載の光検出素子において、前記電界効果トランジスタ構造が、前記光伝導性物質の下部にゲート電極を設けた構造であることを特徴とする光検出素子。
【請求項７】
請求の範囲５記載の光検出素子において、前記電界効果トランジスタ構造が、前記カーボンナノチューブの上部にゲート電極を設けた構造であることを特徴とする光検出素子。
【請求項８】
請求の範囲５記載の光検出素子において、前記電界効果トランジスタ構造が、前記カーボンナノチューブの近傍にゲート電極を設けた構造であることを特徴とする光検出素子。
【請求項９】
請求の範囲１ないし８のいずれか１項記載の光検出素子において、前記カーボンナノチューブの両端に接続される電極を有し、その両電極が櫛形で互いに対向するように配置されて、その両電極間に前記カーボンナノチューブが多数並列に接続されていることを特徴とする光検出素子。
【請求項１０】
請求の範囲１ないし９のいずれか１項記載の光検出素子において、前記光または電磁波が照射される側上に集光レンズが配置されていることを特徴とする光検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光伝導性物質とカーボンナノチューブを組み合わせた光検出素子に関するものである。
【背景技術】  一般に、光検出素子とは、光または電磁波のエネルギーを電気的なエネルギーに変換するもので、従来の光検出素子には、半導体を主材料とするフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＭＯＳ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサや、光電効果を利用した光電子増倍管などがある。
前者の半導体光検出素子は、光照射によって発生したキャリアすなわち電子または正孔を直接あるいは増幅して外部電流として取り出すものと、光照射によって発生した少数キャリアを所定箇所に蓄積し、それが作る局所電場により多数キャリアの流れを変調することで、外部出力として取り出すものがある。
なお、カーボンナノチューブを用いた検出器の提案やカーボンナノチューブの光特性に関する報告として、下記のような特許文献ならびに非特許文献を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００３−５１７６０４号
【非特許文献１】Ｊ．Ｋｏｎｇ，Ｎ．Ｒ．Ｆｒａｎｋｌｉｎ，Ｃ．Ｚｈｏｕ，Ｍ．Ｇ．Ｃｈａｐｌｉｎｅ，Ｓ．Ｐｅｎｇ，Ｋ．Ｃｈｏ，Ｈ．Ｄａｉ，‘Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｉｒｅｓ  ａｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ’，Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２８７（Ｊａｎｕａｒｙ  ２０００）Ｐ．６２２−６２５
【非特許文献２】Ｐ．Ｇ．Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｋ．Ｂｒａｄｌｅｙ，Ｍ．Ｉｓｈｉｇａｍｉ，Ａ．Ｚｅｔｔｌ，‘Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐｒｏｐｃｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ’，Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２８７（Ｊａｎｕａｒｙ  ２０００）Ｐ．１８０１−１８０４
【非特許文献３】Ｉ．Ａ．Ｌｅｖｉｔｓｋｙ，Ｗ．Ｂ．Ｅｕｌｅｒ，‘Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｕｎｄｅｒ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ’Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８３（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００３）Ｐ．１８５７−１８５９
【発明の開示】
上記の従来の光検出素子は、伝導層や蓄積層としてｎ型半導体やｐ型半導体あるいは金属や絶縁体を複雑に組み合わせた構造を用いねばならない。そのため作製が困難で、ドーピング条件等の最適条件が狭い範囲に制限されているため、歩留りも悪く、コスト高になるという問題があった。さらに従来の半導体光検出素子は、材料の選択が限られているエピタキシャル成長で作製するため、狭い波長範囲でしか感度を有しないという欠点もあった。また後者の光電子増倍管は、真空容器を必要とするためアレイ化や小型化が困難である。
前記特許文献１および非特許文献１，２に開示された内容はカーボンナノチューブを検出素子として用いた例ではあるが、ガスを検出するものであって、光検出素子として用いる内容ではない。また非特許文献３に開示された内容は、カーボンナノチューブに照射された光によるカーボンナノチューブの光電流を測定した例であって、後述する本発明と動作原理が異なるばかりでなく、感度波長領域が狭く、感度も低い。
本発明はこうした従来の実情に鑑み、望ましくはより広い波長範囲に対しても高感度を示し、高速応答を呈し、低消費電力を実現し、簡単に要部が構築できる構造原理を持つ製造コストの低い、新たな光検出素子を提供することを目的とするものである。
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、光または電磁波の照射により内部にキャリアを発生する例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、インジウム燐などの光伝導性物質と、その光伝導性物質と対応して設けられたカーボンナノチューブとを有し、光または電磁波の照射により前記光伝性導物質内に発生したキャリアを前記カーボンナノチューブの電気伝導の変化により検出することを特徴とするものである。
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記光伝導性物質として、例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、インジウム燐などのグループから選択された異なった波長範囲に光伝導性を有する複数種類の光伝導性物質による単層構造または多層構造を有することを特徴とするものである。
本発明の第３の手段は前記第１の手段または第２の手段において、前記多層構造が、光または電磁波の照射を受ける側にエネルギーギャップのより広い光伝導性物質からなる膜を形成するようになっていることを特徴とするものである。
本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記光伝導性物質とカーボンナノチューブの間に例えば酸化シリコンなどの透明または半透明の絶縁層が形成されていることを特徴とするものである。
本発明の第５の手段は前記第１ないし第４の手段において、その光検出素子が電界効果トランジスタ構造または単電子トランジスタ構造を有することを特徴とするものである。
本発明の第６の手段は前記第５の手段において、前記電界効果トランジスタ構造が、前記光伝導性物質の下部にゲート電極を設けた構造であることを特徴とするものである。
本発明の第７の手段は前記第５の手段において、前記電界効果トランジスタ構造が、前記カーボンナノチューブの上部にゲート電極を設けた構造であることを特徴とするものである。
本発明の第８の手段は前記第５の手段において、前記電界効果トランジスタ構造が、前記カーボンナノチューブの近傍にゲート電極を設けた構造であることを特徴とするものである。
本発明の第９の手段は前記第１のないし第８の手段において、前記カーボンナノチューブの両端に接続される電極を有し、その両電極が櫛形で互いに対向するように配置されて、その両電極間に前記カーボンナノチューブが多数並列に接続されていることを特徴とするものである。
本発明の第１０の手段は前記第１ないし第９の手段において、前記光または電磁波が照射される側上に集光レンズが配置されていることを特徴とするものである。
本発明は前述のような構成になっており、構造が単純で、簡単な方法で製作が可能で、広い波長範囲で高感度を有する光検出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態に係る光検出素子の光検出原理を説明するための図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係る光検出素子の斜視図である。
図３は、その光検出素子の断面図である。
図４は、本発明の第２実施形態に係る光検出素子の断面図である。
図５は、本発明の第３実施形態に係る光検出素子の断面図である。
図６は、本発明の第４実施形態に係る光検出素子の断面図である。
図７は、本発明の第５実施形態に係る光検出素子の斜視図である。
図８は、本発明の実施形態に係る光検出素子の波長感度特性例を示す図である。
図９は、本発明の実施形態に係る光検出素子の温度感度特性例を示す図である。
図１０は、本発明の実施形態に係る光検出素子のゲート電圧特性例を示す図である。
図１１は、本発明の第６実施形態に係る光検出素子の平面図である。
図１２は、本発明の第７実施形態に係る光検出デバイスの断面図である。
図１３は、本発明の第８実施形態に係る光検出デバイスの断面図である。
図１４は、本発明の第９実施形態に係る光検出デバイスの断面図である。
図１５は、本発明の実施形態に係る光検出素子を用いた光信号処理回路の概略構成図である。
図１６は、本発明の実施形態に係る光検出素子をイメージセンサに用いた例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光検出素子の光検出原理を説明するための図である。
同図（ａ）に示すように、光伝導性物質１の近辺にカーボンナノチューブ２を設置する。この光伝導性物質１に対して光あるいは電磁波３を照射することにより、同図（ｂ）に示すように光伝導性物質１内でキャリア４が発生する。そしてこのキャリア４が発する電束線５〔同図（ｃ）参照〕がカーボンナノチューブ２の電気伝導に影響を与え、光伝導性物質１に照射された光あるいは電磁波３の存在あるいはその強度を、カーボンナノチューブ２の電気伝導の変化として検出することができる。
従って、光あるいは電磁波３を照射した時に発生したキャリア４の数が少なくても、キャリア４が発する電束線５をカーボンナノチューブ２により検出するため、高感度の検出が可能となる。
また、長距離に拡がる電束線５を検出するため、局所的にキャリアを蓄積する部分を必要とせず、そのための構造やキャリアを蓄積するための余分な電力の消耗がないという特長も有している。
図２と図３は本発明の第１実施形態を説明するための図で、図２は光検出素子の斜視図、図３はその光検出素子の断面図である。
これらの図に示すように、光伝導性物質１の上に絶縁層６を介してカーボンナノチューブ２を形成し、カーボンナノチューブ２の両端に適当な電圧を印加するための電極７，７を設ける。
本実施形態の場合、光伝導性を持つシリコン基板（光伝導性物質１）を用い、その上に酸化シリコンの絶縁層６を形成し、その上にカーボンナノチューブ２を配置した。
なお、光伝導性物質１は、分子線エピタキシー装置（ＭＢＥ装置）などの真空蒸着装置や有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ）などの化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）を用い、結晶成長により作製することもできる。光伝導性物質１は、ｎ型でも、ｐ型でも、半絶縁性でも構わない。
前記絶縁層６は、透明または半透明の材料が用いられる。そして図３に示すように、絶縁層６を通して光伝導性物質１に光あるいは電磁波３を照射することによって発生したキャリア４は、光伝導性物質１内に存在していればよく、カーボンナノチューブ２に流れ込む必要は必ずしもない。なお、光の入射方向は、光検出素子の下面や側面からでも良い。
図４は，本発明の第２実施形態を説明するための光検出素子の断面図である。本実施形態の場合、異なった波長範囲に光伝導性を有する複数種類の光伝導性物質１ａ〜１ｅの多層構造８を採用している。このようにすれば、それぞれの光伝導性物質１がもつ光感度波長範囲の全てにわたって感度を有する光検出素子を作製することができる。
光伝導性物質１における光感度波長範囲の一例を示せば次の通りである。シリコン（Ｓｉ）：２００〜１１００ｎｍ、ゲルマニウム（Ｇｅ）：５００〜１５００ｎｍ、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）：２００〜９００ｎｍ、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）：６５０〜２９００ｎｍ、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）：１３００〜３９００ｎｍ。
その他、例えばアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）、ガリウム砒素燐（ＧａＡｓＰ）、インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）、鉛セレン（ＰｂＳｅ）、鉛硫黄（ＰｂＳ）、カドミウムセレン（ＣｄＳｅ）、カドミウム硫黄（ＣｄＳ）、ガリウム窒素（ＧａＮ）、インジウムガリウム窒素（ＩｎＧａＮ）、アルミニウム窒素（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）などによる無数の組み合わせが可能である。各種光伝導性物質１の組み合わせ（組成比）により、感度波長が変化する。各層の膜厚は、数ナノメータから数ミクロンメータが適当である。膜厚は厚い方が感度領域体積が増えるが、余り厚くすると製膜に時間がかかるため、前述の範囲が適当である。
図４に示すように、光あるいは電磁波３を上から照射する場合、光伝導性物質１の有効利用という観点から、エネルギーギャップの広いものほど上側に配置した方が効率は良い。例えば下側からインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）膜、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）膜、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）膜の順に積層される。但し、必ずしもこのように配置する必要はなく、必要な光応答特性や個々の材料の特性に応じて、積層する膜の順番や膜の厚さ、膜の数を適宜設定すれば良い。
本実施形態では多層構造８としたが、異なった波長範囲に光伝導性を有する複数種類の光伝導性物質１を必要な光応答特性や個々の材料の特性に応じて適宜混合して構成した単層構造のものでも、それぞれの光伝導性物質１がもつ光感度波長範囲の全てにわたって感度を有する光検出素子を作製することができる。
本発明に係る光検出素子は、非常に簡単な構成でありながら、光あるいは電磁波の照射によって発生したキャリアから発する電束線が、絶縁層を介して設置されたカーボンナノチューブの電気伝導に影響するような構成になっているから、高感度に光あるいは電磁波の照射を検出することができる。
図５は、本発明の第３実施形態を説明するための光検出素子の断面図である。本実施形態の場合、光伝導性物質１の下部にゲート電極９を設けて、電界効果トランジスタ構造としている。
図６は、本発明の第４実施形態を説明するための光検出素子の断面図である。本実施形態の場合、カーボンナノチューブ２の上部に絶縁層６を介してゲート電極９を設けて、電界効果トランジスタ構造としている。
図７は、本発明の第５実施形態を説明するための光検出素子の斜視図である。本実施形態の場合、絶縁層６の上部でカーボンナノチューブ２の近傍にゲート電極９を設けて、電界効果トランジスタ構造としている。
前述のような実施形態のように、光伝導性物質１またはカーボンナノチューブ２にゲート電極９を形成して、電界効果トランジスタ構造とすることで、光あるいは電磁波の照射によってカーボンナノチューブ２を流れる電流の変化を大きくすることができる。
また、カーボンナノチューブとして、カーボンナノチューブ内を流れるキャリアの数を１個単位に制限するカーボンナノチューブ単電子トランジスタを用いることにより、暗電流を下げてより高感度となり、単一フォントの測定までも可能となる。
光伝導性物質はカーボンナノチューブの下に在っても良いが、上に在っても良く、塗布による形成方法を探用すれば、簡便に光検出素子を作製できる。この場合、光伝導性物質を樹脂などに溶かして塗布すれば、光検出素子の作製がより容易である。前述の樹脂はバインダーとして機能するもので、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂などの透明な樹脂が好適である。また光伝導性物質１の層を着色することにより、感度波長域を制限する色フィルターの機能を持たせることも可能である。
図８は、前記第１実施形態に係る光検出素子（図２，図３参照）の室温における波長感度特性例を示す図である。ここでは、光伝導性物質１としてシリコンを、絶縁層６として酸化シリコンをそれぞれ用い、絶縁層６の上にカーボンナノチューブ２を形成し、カーボンナノチューブ２の両端に作製した２つの電極７，７間に適当な電圧（本実施形態ではドレン電圧２Ｖ）を印加した。そしてそのときにカーボンナノチューブ２に流れる電流変化から求められる光感度を、光伝導性物質１に照射した光の波長に対して示している。
この図に示す光感度波長はシリコンのものであり、波長６００ｎｍ付近で光強度は１５Ａ／Ｗに達しており、従来のシリコンフォトダイオードの約２０倍という非常に高い光感度を有している。
図９は、この光検出素子の温度感度特性例を示す図である。この時の測定条件は、ドレイン電圧を２Ｖとし、波長６００ｎｍの光を使用し、各温度における光感度を測定した。同図に示すように、この光検出素子の測定温度を調整することにより高い光感度が得られ、測定温度を１７５〜２５０Ｋの範囲に調整することにより光感度を６０Ａ／Ｗ以上に高めることができ、特に測定温度を２００〜２２５Ｋの範囲に調整することにより８０Ａ／Ｗまで光感度を上げることができる。なお、図２と図３において、カーボンナノチューブに完全に光が当らないようにして同様な測定をしても、同様な結果が得られた。
また図２と図３において、その他の構造は同一としてカーボンナノチューブ２のみを作製しない構造では、電気伝導が見られないだけでなく、光検出素子としての動作を示さなかった。
本発明の光検出素子において、例えば図６または図７に示すようにカーボンナノチューブの近辺にゲート電極を形成し、電界効果トランジスタ構造とすることで、光伝導性物質やカーボンナノチューブ内の電子数を制御し、ドレイン電流や光電流を調整することで、光検出素子の感度調整をすることができる。
図１０は、電界効果トランジスタ構造を有する光検出素子において、ゲート電圧を変化させたときの室温におけるドレイン電流ならびに光電流の変化を示す特性図である。この図から明らかなように、電界効果トランジスタ構造を有する光検出素子のゲート電圧を調整することにより、光電流の高い強度を得ることができ、感度を高くできる。
本発明の光検出素子は容易に複数個直列あるいは並列に接続することができるので、出力をさらに大きくすることができる。図１１は、本発明の第６実施形態を説明するための光検出素子の平面図である。本実施形態の場合、絶縁層６の上に櫛形の２つの電極７，７を対向するように設けて、電極７，７間にカーボンナノチューブ２を多数並列に接続している。このようにすることにより、光検出素子の出力を大きくすることができる。
図１２は、本発明の第７実施形態を説明するための光検出デバイスの断面図である。本実施形態は前記実施形態の光検出素子を用いたより具体的な構造を示しており、光検出素子をステム１１上に接着固定する。このステム１１には外部回路に接続するための複数本のリード電極１２ａ〜ｃが支持されており、光検出素子の電極７とリード電極１２ａ，１２ｂがリード線１４を介して電気的に接続されている。ステム１１上の光検出素子は、窓１５を接着剤１６で固定した保護用のキャップ１７で覆われ、キャップ１７の下部はステム１１に溶接または接着固定されている。
この窓１５付きのキャップ１７とステム１１で囲まれた空間を真空状態（減圧状態）にするか、あるいは窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスで満たすことにより、光検出素子の耐久性を増し、安定化を図ることができる。
本実施形態の場合、下部にゲート電極９を有する光検出素子が用いられ、そのゲート電極９が導電性ペースト１０により金属製のステム１１に固定され、そのステム１１にはリード電極１２ｃが直接固定されているから、ゲート電極９は導電性ペースト１０と金属製ステム１１を介してリード電極１２ｃに電気的に接続されている。本実施形態の場合、金属製ステム１１と前記リード電極１２ａ，１２ｂは絶縁碍子１３で電気的に絶縁されている。
図１３は、本発明の第８実施形態を説明するための光検出デバイスの断面図である。本実施形態は、前記の窓１５の一部あるいは全部をレンズ体１８で構成している。なお、レンズ体１８の凸部は下面でも構わないし、上下両面にあってもよい。
図１４は、本発明の第９実施形態を説明するための光検出デバイスの断面図である。本実施形態は、ステム１１上の光検出素子を透明な合成樹脂で封入し、その形状をレンズ体１８としている。このようにレンズ体１８を用いれば、光検出素子の受光部により多くの光３を集めて、光感度を上げることができる。また光検出素子を合成樹脂で封入することにより、光検出素子の耐久性を増し、安定化を図ることができる。
本発明の光検出素子は容易に複数個直列あるいは並列に接続することができるので、１次元、２次元あるいは３次元のイメージセンサとして使用することもできる。
さらに出力電流が大きくとれるため図１５に示すように、本発明の光検出素子１９に電導線２０を介して発光ダイオードなどの発光素子２１と電源２２を接続するだけで、増幅器を介さずに、発光素子２１を直接駆動することもできる。
この際、光出力２４を光入力２３よりも大きくすることができるので、暗視カメラとして用いたり、図１６に示すような２次元の光増幅器あるいはイメージ増幅器や光メモリとしてアナログやデジタルの光信号処理回路への応用も可能である。図１６において、２５は多数の光検出素子１９を２次元に配列したイメージセンサ、２６はイメージセンサ２５（光検出素子１９）に電導線２０で接続されたディスプレイである。
本発明の光検出素子において、光伝導性物質を任意に選択することにより、任意の波長の光または電磁波に応答する光検出素子を構成することができる。また、カーボンナノチューブの大きさ、数または長さを任意に制御することにより、任意の増倍率を有する光検出素子を構成することができる。
前記実施形態ではカーボンナノチューブを面内に形成したが、カーボンナノチューブを埋め込む形で垂直型構造にすることも可能で、その場合、他の素子との積層化が容易にできる。
またカーボンナノチューブは、素子の中央部に設ける必要はなく、端に寄っていても構わない。カーボンナノチューブの形状も直線状である必要はなく、例えば波状あるいは螺旋状などのように曲がっていても構わない。
またカーボンナノチューブを多数並列に並べれば、感度が上がるだけでなく、全体の抵抗が小さくなるため、流し得る電流を大きくすることができる。この際、カーボンナノチューブは互いに交叉したり枝分かれしていてもよい。
前記実施形態ではシリコン上に酸化シリコンを介してカーボンナノチューブを形成した場合について示したが、シリコンやゲルマニウムなどの単元素の他、ガリウム砒素やインジウムガリウム砒素あるいはインジウム燐などの化合物を用いたもの、あるいはそれらを量子井戸構造またはヘテロ接合構造で形成した単層構造や多層構造を基本とするもの、あるいは他の物質と組み合わせたものなど、光または電磁波の照射により内部にキャリアを発生する光伝導性物質であれば、それが絶縁体、誘電体、磁性体、あるいはｎ型またはｐ型の半導体であっても、同様の素子を作製することができる。
特に図４に示す第２実施形態のように、感度波長領域の異なる複数種類の光伝導性物質を多層にした構造を採用すれば、一個の光検出素子で広い波長範囲の検出が可能である。
なお多層構造にする場合、エピタキシャル成長の必要がないため、材料の選択範囲が拡がる。従って、光伝導性物質の多層構造化が容易であるばかりでなく、光伝導性物質を多結晶化したりアモルファス化したりすることで、キャリアの緩和速度を速くすれば、高速動作が可能となる。
多層構造は、水平に設置する必要はなく、垂直配置でも構わない。また必ずしも層構造である必要はなく、多重構造であれば立体構造にしても構わない。
前記実施形態において、絶縁層６は必ずしも必要でないが、絶縁層６を設けることにより、暗電流を少なくする効果がある。前記実施形態では絶縁層６として酸化シリコンを用いが、その他、窒化シリコンや透明または半透明のガラスや樹脂なども使用可能である。また、ノンドープガリウム砒素、ノンドープアルミニウム砒素などの不純物を実質的に含まない半導体材料も薄ければ使用可能である。
前記実施形態において、外部と接続するための電極７はカーボンナノチューブ２と接していればよく、必ずしも光伝導性物質１と電気的に接続する必要はない。
本発明は、例えば高感度光検出素子、光スイッチング素子、アレイ化による一次元、二次元あるいは三次元のイメージセンサやそれを用いた精密計測装置、高感度カメラ、暗視カメラ、発光素子との組み合わせによるフォトカプラやフォトインタラクティブなどの位置検出素子、光演算回路用の光増幅器など各種技術分野への応用が可能である。
【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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【国際調査報告】
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