(57)【要約】【課題】素子内における電子の移動方向が変換対象光の波長に応じて変化する光電変換素子を実現する。【解決手段】光電変換部２０は、変換対象光が入射される活性層４０と、活性層４０に対して変換対象光の入射側とは反対側に配置される中間層５０と、中間層５０を挟んで活性層４０と対向するように配置される反射層６０とを備える。活性層４０は、変換対象光との相互作用によってプラズモン共鳴が生じる材料であるプラズモニック材料を含む。中間層５０は、半導体特性及び変換対象光に対する透明性の双方を有する。反射層６０は、変換対象光に対する反射性を有する。【選択図】図１
2017028243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部を外部回路に接続するための電極と、を備えた光電変換素子であって、
前記光電変換部は、光電変換の対象の光である変換対象光が入射される活性層と、前記活性層に対して前記変換対象光の入射側とは反対側に配置される中間層と、前記中間層を挟んで前記活性層と対向するように配置される反射層と、を備え、
前記活性層は、前記変換対象光との相互作用によってプラズモン共鳴が生じる材料であるプラズモニック材料を含み、
前記中間層は、半導体特性及び前記変換対象光に対する透明性の双方を有し、
前記反射層は、前記変換対象光に対する反射性を有する光電変換素子。
【請求項２】
前記活性層は、前記プラズモニック材料を用いて形成されるプラズモニック層と、前記プラズモニック材料とは異なる材料を用いて形成される非プラズモニック層とが、交互に積層された構造を有する請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記プラズモニック材料は、金であり、
前記中間層は、酸化チタンを用いて形成され、
前記反射層は、金を用いて形成されている請求項１又は２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子に電気的に接続される波長情報出力部と、を備え、
前記活性層において発生するプラズモン共鳴の共鳴波長よりも短い特定の波長を境界波長として、前記波長情報出力部は、前記変換対象光の波長が前記境界波長よりも長い場合と、前記変換対象光の波長が前記境界波長よりも短い場合とで、互いに異なる信号を出力する波長センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子及び波長センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子として、特開２００９−７１１４７号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の光電変換素子は、プラズモン共鳴を利用して光エネルギを電気エネルギに変換するプラズモン共鳴型の光電変換素子である。特許文献１の段落００３１に記載のように、この光電変換素子では、プラズモン共鳴による光の吸収によって励起された金属薄膜表面の電子が半導体薄膜へ移動することによって、電気エネルギが生成される。
【０００３】
ところで、特許文献１の図７から明らかなように、プラズモン共鳴による光の吸収の強さ（吸光度）には波長依存性があり、この結果、光電変換効率にも、同様の傾向の波長依存性が表れる。しかしながら、光電変換効率の波長依存性は、エネルギ変換効率の程度が光電変換の対象の光である変換対象光の波長に応じて変化するという現象に過ぎず、光電変換素子内における電子の移動方向は、変換対象光の波長によらず基本的に同じ方向である。そのため、例えば、光電変換素子の出力信号の波長依存性を利用することを考えた場合に、異なる波長の出力信号間の差異が必ずしも明確とはならない。しかしながら、特許文献１ではこの点について特段の認識がなされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７１１４７号公報（段落００３１、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、素子内における電子の移動方向が変換対象光の波長に応じて変化する光電変換素子の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記に鑑みた、光電変換部と、前記光電変換部を外部回路に接続するための電極と、を備えた光電変換素子の特徴構成は、前記光電変換部は、光電変換の対象の光である変換対象光が入射される活性層と、前記活性層に対して前記変換対象光の入射側とは反対側に配置される中間層と、前記中間層を挟んで前記活性層と対向するように配置される反射層と、を備え、前記活性層は、前記変換対象光との相互作用によってプラズモン共鳴が生じる材料であるプラズモニック材料を含み、前記中間層は、半導体特性及び前記変換対象光に対する透明性の双方を有し、前記反射層は、前記変換対象光に対する反射性を有する点にある。
【０００７】
上記の特徴構成によれば、活性層に対して変換対象光の入射側とは反対側（すなわち、変換対象光の出射側）に、変換対象光に対する反射性を有する反射層が備えられると共に、活性層と反射層との間に配置される中間層が、変換対象光に対する透明性を有する。よって、活性層を透過した変換対象光を、反射層で反射させて活性層に再度入射させることができ、その分だけ、変換対象光と活性層に含まれるプラズモニック材料との相互作用を強めることが可能となる。すなわち、上記の特徴構成によれば、中間層及び反射層が備えられない場合に比べて、変換対象光と活性層に含まれるプラズモニック材料との相互作用を強めることができ、この結果、変換対象光が活性層において吸収される割合を高めることができる。なお、中間層は、変換対象光に対する透明性に加えて半導体特性を有しているため、このような中間層を設けた場合であっても、電気エネルギの生成時における活性層と反射層との間の電子の移動は許容される。
そして、上記のように変換対象光が活性層において吸収される割合を高めることができる結果、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合と短い場合とで、活性層と中間層との間での電子の移動方向を互いに逆向きにすることが可能となる。ここで、特定波長は、プラズモン共鳴の共鳴波長（以下、「プラズモン共鳴波長」という。）よりも短い波長である。すなわち、活性層から中間層へ電子が移動する電気的現象と、中間層から活性層へ電子が移動する電気的現象とのうちの、一方の電気的現象を、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合に生じさせ、他方の電気的現象を、変換対象光の波長が特定波長よりも短い場合に生じさせることができる。
以上のように、上記の特徴構成によれば、素子内における電子の移動方向が変換対象光の波長に応じて変化する光電変換素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る光電変換部の断面構造の一例を示す概略図である。
【図２】実施形態に係る光電変換部の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】実施形態に係る活性層形成工程の一例を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る波長センサの一例の概略図である。
【図５】実施例１に係る光電変換部の光電流の時間応答性の測定結果を示す図である。
【図６】実施例１に係る光電変換部の光電流の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図７】実施例２に係る光電変換部の光電流の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図８】実施例２に係る光電変換部の光電圧の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図９】実施例３に係る光電変換部の光電流の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１０】実施例４に係る光電変換部の光電流の時間応答性の測定結果を示す図である。
【図１１】実施例４に係る光電変換部の光電流の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１２】実施例４に係る光電変換部の光電圧の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１３】実施例５に係る光電変換部の光電流の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１４】実施例５に係る光電変換部の光電流及び相対透過率の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１５】実施例５に係る光電変換部の光電流及び相対透過率の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１６】実施例５に係る光電変換部の光電流及び相対透過率の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１７】実施例５に係る光電変換部の光電流及び相対透過率の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図１８】実施例６に係る光電変換部の光電流の波長依存性の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
光電変換素子及び波長センサの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で参照する図１及び図４では、光電変換部（光電変換素子）を構成する各層の厚さ（図中上下方向の幅）の比率は、必ずしも現実の比率を正確に反映しているわけではない。また、図１や図４では、光電変換部（光電変換素子）の断面構造（層構成）を簡略化して示している。例えば、本実施形態では、プラズモニック層４０ａは、複数の微粒子（ナノ粒子）を含む層であるが、図１では、各微粒子の図示を省略しており、プラズモニック層４０ａやそれに積層された非プラズモニック層４０ｂの双方を、均一な厚みの一様な層として簡略化して示している。
【００１０】
１．光電変換素子の構成
図１及び図４に示すように、光電変換素子１０は、光電変換部２０と電極３０とを備えている。電極３０は、光電変換部２０を外部回路に接続するための電極である。ここで、外部回路は、光電変換部２０の外部（光電変換素子１０の外部）に設けられる電気回路である。図４に示す例のように、光電変換素子１０が波長センサ１に用いられる場合には、波長センサ１が、電極３０を介して光電変換部２０に接続される外部回路を備える。図４に示す例では、波長センサ１は、光電変換素子１０と、光電変換素子１０に電気的に接続される波長情報出力部２とを備えており、この波長情報出力部２を含む回路が「外部回路」に相当する。
【００１１】
光電変換素子１０は、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換部２０を備える。図１に示すように、光電変換部２０は、活性層４０と、中間層５０と、反射層６０とを備える。活性層４０は、光電変換の対象の光である変換対象光が入射される層である。中間層５０は、活性層４０に対して変換対象光の入射側とは反対側（以下、「変換対象光の出射側」という。）に配置される層である。図１に示す例では、活性層４０に対して図中上側が変換対象光の入射側であり、活性層４０に対して図中下側が変換対象光の出射側である。反射層６０は、中間層５０を挟んで活性層４０と対向するように配置される層である。すなわち、活性層４０に対して中間層５０及び反射層６０が記載の順に積層されている。言い換えれば、反射層６０に対して中間層５０及び活性層４０が記載の順に積層されている。以下では、活性層４０と中間層５０とが積層される方向であり、中間層５０と反射層６０とが積層される方向を、すなわち、図１における上下方向を、「積層方向」という。図１では、光電変換部２０が支持基板７０に直接的に支持される形態を例として示している。すなわち、図１に示す例では、支持基板７０上に、反射層６０、中間層５０、及び活性層４０が記載の順に積層されている。また、図４では、光電変換部２０が支持基板７１に間接的に（すなわち、間に他の層を介して）支持される形態を例として示している。支持基板７０や支持基板７１として、Ｓｉ基板，ガラス基板（例えば石英ガラス基板），ＴｉＯ２単結晶基板を例示することができる。なお、ＴｉＯ２単結晶基板は、例えば、ＮｂがドープされたＴｉＯ２単結晶基板とされる。
【００１２】
活性層４０は、変換対象光との相互作用によってプラズモン共鳴が生じる材料であるプラズモニック材料を含む。変換対象光は、例えば、可視光の波長領域の光、又は近赤外光の波長領域の光とされる。プラズモニック材料として、例えば、金属、金属窒化物、又は金属酸化物を用いることができる。プラズモニック材料として用いる金属として、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄを例示することができる。プラズモニック材料として用いる金属窒化物として、ＴｉＮを例示することができる。プラズモニック材料として用いる金属酸化物として、ＩＴＯ（Indium tin oxide），ＦＴＯ（Fluorine-doped tin oxide），他元素（アルミニウムやガリウム等）をドープしたＺｎＯを例示することができる。以下では、ＩＴＯ，ＦＴＯ，及び他元素をドープしたＺｎＯを総称して「透明導電性材料」という場合がある。プラズモニック材料として、複数種の材料を組み合わせた複合材料を用いることも可能である。活性層４０の厚さは、変換対象光の一部が活性層４０における変換対象光の出射側の端部に到達する範囲内の値に、言い換えれば、変換対象光の一部が活性層４０を透過する範囲内の値に設定される。活性層４０の厚さは、例えば、４００ｎｍ以下の範囲に含まれる厚さとされる。
【００１３】
活性層４０において局在表面プラズモン共鳴を発生させることが可能な波長の光が活性層４０に入射されると、局在表面プラズモン共鳴による光の吸収や散乱が生じる。活性層４０において局在表面プラズモン共鳴を発生させることが可能な光の波長範囲において吸光度が最大となる波長（吸光度スペクトルのピーク波長）をプラズモン共鳴波長とすると、プラズモン共鳴波長は、プラズモニック材料の種類、プラズモニック材料により形成される構造体（後述するように、本実施形態ではプラズモニック粒子）の形状、プラズモニック材料により形成される構造体の寸法、プラズモニック材料により形成される構造体同士の離間距離等によって制御することができる。例えば、プラズモニック粒子の粒径が小さくなるに従って、プラズモン共鳴波長は一般に短波長シフトする。また、例えば、プラズモニック粒子の形状が球に近づくに従って、プラズモン共鳴波長は一般に短波長シフトする。
【００１４】
中間層５０は、半導体特性及び変換対象光に対する透明性の双方を有する。本実施形態では、中間層５０は、平板状の層である。ここで、「半導体特性を有する」とは、導電率（電気伝導率）に応じて導電率の高い側から順に「導体」、「半導体」、及び「絶縁体」の区分を設定する場合に、「半導体」に分類される導電率を有することを意味する。例えば、常温における導電率が１０−６Ｓ／ｍ以上１０６Ｓ／ｍ以下の範囲に含まれることを、半導体特性を有するとすることできる。中間層５０が半導体特性を有することで、電気エネルギを発生させるための中間層５０における電子の移動を可能としている。また、「変換対象光に対する透明性を有する」とは、変換対象光に対する透過率が４０％以上であることを意味する。ここでの透過率は、変換対象光の波長範囲における最も透過率が高くなる波長での透過率とする。なお、中間層５０の変換対象光に対する透過率は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることが更に好ましい。中間層５０の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００μｍ以下の範囲に含まれる厚さとされる。
【００１５】
中間層５０を形成する材料（中間層形成材料）として、例えば、金属酸化物（酸化物半導体）又は導電性高分子（高分子半導体）を用いることができる。中間層形成材料として用いる金属酸化物として、ＴｉＯ２，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＮｉＯ，ＶＯ２を例示することができる。例えば、中間層形成材料としてＴｉＯ２を用いると好適である。中間層形成材料として用いる金属酸化物を、他元素のドープ又は酸素欠損によって導電性を向上させた金属酸化物とすることもできる。例えば、中間層形成材料として、第５族元素（Ｎｂ等）がドープされたＴｉＯ２を用いることができる。この場合、中間層５０の半導体特性を維持するという観点から、第５族元素（Ｎｂ等）の含有量を、１重量％以下とするのが好ましい。また、例えば、中間層形成材料として、酸素欠損を有するＴｉＯ２−Ｘを用いることができる。この場合、中間層５０の半導体特性を維持するという観点から、ＴｉＯ２−Ｘの“Ｘ”を、０．５以下とするのが好ましい。中間層形成材料として、複数種の材料を組み合わせた複合材料を用いることも可能である。
【００１６】
反射層６０は、変換対象光に対する反射性を有する。本実施形態では、反射層６０は、平板状の層である。ここで、「変換対象光に対する反射性を有する」とは、変換対象光に対する反射率が４０％以上であることを意味する。ここでの反射率は、変換対象光の波長範囲における最も反射率が高くなる波長での反射率とする。なお、反射層６０の変換対象光に対する反射率は、６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることが更に好ましい。反射層６０の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上数μｍ以下の範囲に含まれる厚さとされる。
【００１７】
反射層６０を形成する材料（反射層形成材料）として、例えば、金属又は金属窒化物を用いることができる。反射層形成材料として用いる金属として、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｔを例示することができる。また、反射層形成材料として用いる金属窒化物として、ＴｉＮを例示することができる。反射層形成材料を、活性層４０に含まれるプラズモニック材料と同じ材料（後述する実施例ではＡｕ）とすることもできる。反射層形成材料として、複数種の材料を組み合わせた複合材料を用いることも可能である。
【００１８】
光電変換部２０は、活性層４０において発生する表面プラズモン共鳴（特に局在表面プラズモン共鳴）を利用して、変換対象光の光エネルギを電気エネルギに変換する。具体的には、変換対象光の活性層４０における吸収に起因して活性層４０及び中間層５０の一方から他方への電子移動が生じることで、電気エネルギが生成される。活性層４０に入射される変換対象光と活性層４０に含まれるプラズモニック材料との相互作用を強めることで、変換対象光が活性層４０において吸収される割合を高めることができる。この点に関し、光電変換部２０は、活性層４０に対して変換対象光の出射側に、変換対象光に対する反射性を有する反射層６０を備えている。そして、活性層４０と反射層６０との間に配置される中間層５０は、変換対象光に対する透明性を有している。そのため、活性層４０を透過した変換対象光を、反射層６０で反射させて活性層４０に再度入射させることができ、その分だけ、変換対象光と活性層４０に含まれるプラズモニック材料との相互作用を強めることが可能となっている。この際、光の多重反射による干渉を考慮して中間層５０の厚さを適切に設定することで、活性層４０から変換対象光の入射側に戻る光（反射光）の強度を低く抑えることができる。この結果、活性層４０を透過した変換対象光が、活性層４０において吸収されるまで中間層５０に閉じ込められる割合を高めることが可能となる。
【００１９】
本実施形態では、図１に示すように、活性層４０を、プラズモニック層４０ａと非プラズモニック層４０ｂとが積層方向に交互に積載された構造（積層体）を有する層としている。ここで、プラズモニック層４０ａは、プラズモニック材料を用いて形成される層であり、非プラズモニック層４０ｂは、プラズモニック材料とは異なる材料（非プラズモニック材料）を用いて形成される層である。活性層４０を、プラズモニック層４０ａと非プラズモニック層４０ｂとが交互に積載された構造を有する層とすることで、活性層４０が単一のプラズモニック層４０ａのみを有する場合とは異なり、異なるプラズモニック層４０ａの間での表面プラズモンの結合効果を利用して、変換対象光が活性層４０において吸収される割合の向上を図ることができる。非プラズモニック材料として、例えば、金属酸化物を用いることができる。非プラズモニック材料として用いる金属酸化物として、ＴｉＯ２，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＳｒＴｉＯ３を例示することができる。例えば、非プラズモニック材料としてＴｉＯ２を用いると好適である。非プラズモニック材料を、中間層形成材料と同じ材料（後述する実施例ではＴｉＯ２）とすることもできる。
【００２０】
プラズモニック層４０ａ及び非プラズモニック層４０ｂのそれぞれの厚さは、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲に含まれる厚さとすることができる。なお、後述するように、本実施形態では、プラズモニック層４０ａは、複数のプラズモニック粒子を含む層とされ、プラズモニック層４０ａの厚さは、積層方向に直交する面内の位置に応じて異なり得る。この場合、プラズモニック層４０ａの厚さを、例えば、積層方向に直交する面内の各位置における厚さの平均値や最大値等と定義することができる。活性層４０を構成するプラズモニック層４０ａ及び非プラズモニック層４０ｂのそれぞれの層数の和を積層数とすると、積層数は、変換対象光の一部が活性層４０における変換対象光の出射側の端部に到達する範囲内の値に設定される。積層数は、例えば、２０以下の範囲に含まれる値とされる。本実施形態では、図１に示すように、活性層４０を構成する積層体の最下層（最も変換対象光の出射側の層）がプラズモニック層４０ａとされると共に、活性層４０を構成する積層体の最上層（最も変換対象光の入射側の層）もプラズモニック層４０ａとされる。よって、本実施形態では、積層数は奇数とされる。図１に示す例では、積層数は“１５”である。
【００２１】
また、本実施形態では、変換対象光と活性層４０に含まれるプラズモニック材料との相互作用の増大を図るべく、プラズモニック層４０ａを、複数のプラズモニック粒子を含む層としている。ここで、プラズモニック粒子は、プラズモニック材料を含む微粒子であり、例えば、プラズモニック材料からなる微粒子とされる。プラズモニック粒子の粒径は、例えば、ナノメートルオーダ（１ｎｍ〜１００ｎｍ）の粒径、又はサブミクロンオーダ（１００ｎｍ〜１μｍ）の粒径とされる。本実施形態では、プラズモニック層４０ａに含まれる複数のプラズモニック粒子は、積層方向に直交する面に沿って、２次元的に分散配置されている。当該面に沿った複数のプラズモニック粒子の配置は、規則的であっても不規則的であっても良い。複数のプラズモニック粒子は、基本的に互いに離間して配置される。プラズモニック層４０ａが、プラズモニック材料及び非プラズモニック材料の双方を用いて形成される構成とすることもでき、例えば、プラズモニック層４０ａにおけるプラズモニック粒子間の隙間の全体或いは一部に非プラズモニック材料が存在する構成や、プラズモニック粒子が非プラズモニック材料によって覆われた構成とすることができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る光電変換部の製造方法について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る光電変換部の製造方法は、反射層形成工程（ステップ＃０１）、中間層形成工程（ステップ＃０２）、及び活性層形成工程（ステップ＃０３）を含む。本実施形態では、反射層形成工程（ステップ＃０１）、中間層形成工程（ステップ＃０２）、及び活性層形成工程（ステップ＃０３）が、記載の順に実行される。
【００２３】
反射層形成工程（ステップ＃０１）は、支持基板上に或いは支持基板に支持された他層（図４に示す例では第二電極３２）上に、反射層６０を形成する工程である。反射層形成工程は、例えば、反射層形成材料をスパッタリングにより堆積させる工程とされる。中間層形成工程（ステップ＃０２）は、反射層６０上に中間層５０を形成する工程である。中間層形成工程は、例えば、中間層形成材料をスパッタリングにより堆積させる工程とされる。活性層形成工程（ステップ＃０３）は、中間層５０上に活性層４０を形成する工程である。
【００２４】
図３に示すように、本実施形態に係る活性層形成工程は、プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１１、ステップ＃１３）、非プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１２）、及びアニール工程（ステップ＃１４）を含む。本実施形態では、プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１１）を実行した後に非プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１２）を実行する工程がｎ回繰り返し実行された後、プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１３）及びアニール工程（ステップ＃１４）が記載の順に実行される。“ｎ”の値は、上述した積層数の半数の整数部分の値（積層数から“１”を減算した値の半数）となる。プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１１、ステップ＃１３）は、プラズモニック材料を堆積させてプラズモニック層４０ａを形成する工程である。プラズモニック材料堆積工程は、例えば、プラズモニック材料をスパッタリングにより堆積させる工程とされる。非プラズモニック材料堆積工程（ステップ＃１２）は、非プラズモニック材料を堆積させて非プラズモニック層４０ｂを形成する工程である。非プラズモニック材料堆積工程は、例えば、非プラズモニック材料をスパッタリングにより堆積させる工程とされる。アニール工程（ステップ＃１４）は、アニール処理によって、プラズモニック材料堆積工程によって堆積された薄膜を粒子化させて、プラズモニック層４０ａを、複数のプラズモニック粒子を含む層に変化させる工程である。
【００２５】
２．波長センサの構成
図４に示すように、本実施形態に係る波長センサ１は、光電変換素子１０と、光電変換素子１０に電気的に接続される波長情報出力部２とを備えている。図４に示す例では、光電変換素子１０は、第一電極３１及び第二電極３２の一対の電極３０を備えると共に、光電変換素子１０の光電変換部２０は、活性層４０に対して変換対象光の入射側に電荷移動層８０を備えている。本例では、光電変換素子１０の光電変換部２０は、一対の電極３０の間に配置されている。また、図４に示す例では、支持基板７１の表面に絶縁層４が形成され、絶縁層４の表面に露出するように形成された配線層３上に、第二電極３２、反射層６０、中間層５０、活性層４０、電荷移動層８０、及び第一電極３１が、記載の順に積層されている。
【００２６】
電極３０は、導電性を有する材料を用いて形成される。電極３０を形成する材料（電極形成材料）として、例えば、金属又は金属酸化物を用いることができる。電極形成材料として用いる金属として、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄを例示することができる。また、電極形成材料として用いる金属酸化物として、ＩＴＯ，ＦＴＯを例示することができる。なお、図４に示す例では、変換対象光が、第一電極３１及び電荷移動層８０を透過して活性層４０に入射されるため、第一電極３１は、導電性に加えて変換対象光に対する透明性を有する必要がある。よって、第一電極３１は、例えば、ＩＴＯやＦＴＯ等の透明導電性材料を用いて形成される。第二電極３２が、反射層形成材料と同じ材料を用いて形成される構成とすることもでき、この場合、反射層６０が第二電極３２の機能を兼ね備えても良い。
【００２７】
電荷移動層８０は、光エネルギが電気エネルギに変換される際の、第一電極３１と活性層４０との間の電荷移動を担う層である。電荷移動層８０は、例えば、酸化還元種を含む電解質（例えば、液体電解質、ゲル電解質等）を含む層、又はｐ型半導体を用いたホール輸送層とされる。酸化還元種として、例えば、ハロゲン及び金属の一方又は双方を用いることができる。酸化還元種として用いるハロゲンとして、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉを例示することができ、酸化還元種として用いる金属として、Ｎａ，Ｋ，Ｆｅを例示することができる。また、ホール輸送層として用いるｐ型半導体として、ＣｕＡｌＯ２，ＣｕＮｂＯを例示することができる。なお、図４に示す例では、変換対象光が、第一電極３１及び電荷移動層８０を透過して活性層４０に入射されるため、電荷移動層８０は、変換対象光に対する透明性を有する必要がある。よって、電荷移動層８０をホール輸送層とする場合には、ホール輸送層は、例えば、ＣｕＡｌＯ２やＣｕＮｂＯ等のｐ型半導体（ｐ型透明導電酸化物）を用いて形成される。
【００２８】
波長情報出力部２は、特定の波長を境界波長として、変換対象光の波長が境界波長よりも長い場合と、変換対象光の波長が境界波長よりも短い場合とで、互いに異なる信号を出力する。よって、変換対象光が単色光或いは単色に近い光である場合に、波長情報出力部２の出力信号に基づいて、当該変換対象光が境界波長よりも長波長の光であるか境界波長よりも短波長の光であるかを判別することができる。
【００２９】
波長情報出力部２は、変換対象光の活性層４０への入射時の光電変換部２０における電子の移動方向が当該変換対象光の波長に応じて変化する現象に基づいて、上記のような信号の出力を行う。この現象については後の実施例で説明するが、本実施形態に係る光電変換部２０においては、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合には、光電変換部２０の内部における電子の移動方向が活性層４０から中間層５０へ向かう方向となり、変換対象光の波長が特定波長よりも短い場合には、光電変換部２０の内部における電子の移動方向が中間層５０から活性層４０へ向かう方向となる。ここで、特定波長は、プラズモン共鳴波長よりも短い波長である。よって、図４に示すように構成された波長センサ１では、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合には、第二電極３２から外部回路（波長情報出力部２）に向かう電子の流れが形成され、変換対象光の波長が特定波長よりも短い場合には、外部回路（波長情報出力部２）から第二電極３２に向かう電子の流れが形成される。波長情報出力部２は、このような電子の移動方向の違い（すなわち、電流の流れる方向の違い）に応じて互いに異なる信号（例えば、電圧の異なる２つの信号）を出力する回路部品を備える。この回路部品は、例えば、整流器や比較器等とされる。これにより、波長情報出力部２は、特定波長を境界波長として、変換対象光の波長が境界波長よりも長い場合と、変換対象光の波長が境界波長よりも短い場合とで、互いに異なる信号を出力する。なお、変換対象光の波長が境界波長よりも長いか或いは短いかを検出するために利用される現象は、電流の向きの違いであり、電流の向きの検出は、電流の大きさの検出等に比べて一般に簡素な構成で行うことができる。これにより、波長情報出力部２の構成（例えば、上記回路部品の構成）の簡素化を図ることが可能となっている。なお、後述するように、ゼロバイアス状態では特定波長がプラズモン共鳴波長よりも短い波長となるが、バイアス電圧を付与することで、特定波長をプラズモン共鳴波長と同程度の波長とすることや、特定波長をプラズモン共鳴波長よりも長い波長とすることが可能である。よって、境界波長は、プラズモン共鳴波長と同程度の波長や、プラズモン共鳴波長よりも長い波長にも設定され得る。
【００３０】
３．実施例
以下、光電変換部（光電変換素子）の実施例について説明する。なお、本開示に係る光電変換部（光電変換素子）は、以下の実施例によって限定されるものではない。
【００３１】
３−１．実施例１
支持基板７０をＴｉＯ２単結晶基板とし、プラズモニック材料及び反射層形成材料をＡｕとし、非プラズモニック材料及び中間層形成材料をＴｉＯ２として、図１に示すような構造の光電変換部２０を、図２及び図３に示す手順に沿って作製した。すなわち、本実施例では、プラズモニック材料は金であり、中間層は酸化チタンを用いて形成され、反射層は金を用いて形成される。具体的には、Ａｕのスパッタリングにより、支持基板７０上に２００ｎｍの厚さの反射層６０を形成した。次に、ＴｉＯ２のスパッタリングにより、反射層６０上に１００ｎｍの厚さの中間層５０を形成した。次に、ＡｕのスパッタリングとＴｉＯ２のスパッタリングとを交互に行うことで、２ｎｍの厚さのプラズモニック層４０ａと３ｎｍの厚さの非プラズモニック層４０ｂとが交互に積層された構造を有する活性層４０を、中間層５０上に形成した。ここでは、図１に示すように、積層数が“１５”の活性層４０を、すなわち、８層のプラズモニック層４０ａ及び７層の非プラズモニック層４０ｂを備える活性層４０を形成した。そして、アルゴン雰囲気中でのアニール処理を８００℃で１時間行い、プラズモニック層４０ａを、複数のプラズモニック粒子を含む層に変化させた。以上のような工程で、図１に示すような構造の光電変換部２０を作製した。
【００３２】
作製した光電変換部２０を用い、光電変換部２０による光電変換によって発生する光電流の測定を行った。具体的には、光電変換部２０を作用極とし、Ｐｔ製の電極を対極とし、カロメル電極を参照極とする測定回路を形成した。そして、活性層４０へ光が入射される状態と活性層４０へ光が入射されない状態とを５秒毎に切り替えた場合における、作用極と対極との間に流れる光電流を、電気化学アナライザを用いて計測した。なお、支持基板７０の反射層６０とは反対側の面に設けた電極によって、光電変換部２０と電気化学アナライザとを接続した。また、ＫＣｌＯ４水溶液を電解液として用い、作用極（活性層４０の中間層５０とは反対側の面）、対極、及び参照極を、電解液に浸漬させた。
【００３３】
活性層４０へ入射される光の波長が５５０ｎｍである場合と６００ｎｍである場合とのそれぞれについての、光電流の測定結果を図５に示す。なお、光源としてキセノンランプを用い、バンドパスフィルタによって活性層４０へ入射される光の波長を切り替えた。図５より、波長が６００ｎｍの光が活性層４０へ入射された場合には、正の光電流が流れるのに対し、波長が５５０ｎｍの光が活性層４０へ入射された場合には、負の光電流が流れるのが分かる。なお、正の光電流は、光電変換部２０内において電子が活性層４０から中間層５０へ流れる場合に対応し、負の光電流は、光電変換部２０内において電子が中間層５０から活性層４０へ流れる場合に対応する。
【００３４】
図６は、上記のような測定によって得られた光電流の、入射光の波長依存性の測定結果を示す図である。なお、図６における縦軸は、光の照射後の電流値から光の照射前の電流値（暗電流値）を減算した電流（正味電流）を表している。図６より、変換対象光の波長が特定波長（この例では、５５０ｎｍと６００ｎｍとの間の波長）よりも長い場合と、変換対象光の波長が特定波長よりも短い場合とで、光電流の向きが逆向きとなることが分かる。この現象を利用することで、上述したような波長センサ１を実現することが可能となっている。本実施例で示した光電変換部２０を波長センサ１として用いる場合には、主に可視領域の光を変換対象光とする波長センサとなる。
【００３５】
３−２．実施例２
中間層形成工程で形成する中間層５０の厚さを２５ｎｍとした点、プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを３ｎｍとした点、非プラズモニック材料堆積工程で形成する非プラズモニック層４０ｂの１層の厚さを１０ｎｍとした点、アニール工程として乾燥空気雰囲気中でのアニール処理を４５０℃で１時間行った点以外は、実施例１と同様の手法及び材料で光電変換部２０を作製した。そして、実施例１と同様の測定回路を形成し、光電変換部２０による光電変換によって発生する光電流及び光電圧の測定を行った。
【００３６】
光電流についての入射光の波長依存性の測定結果を図７に示し、光電圧についての入射光の波長依存性の測定結果を図８に示す。なお、図７の縦軸は、図６の縦軸と同様、正味電流を表している。また、図８の縦軸は、作用極と対極との間の電圧（開放電圧）を表している。図７より、実施例２の光電変換部２０では特定波長が６５０ｎｍ程度となり、実施例１の光電変換部２０の特定波長（図６参照）よりも長い波長となることが分かる。また、図７及び図８より、特定波長において光電圧の向き（正負）が切り替わることに応じて光電流の向きが切り替わることが分かる。
【００３７】
３−３．実施例３
プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを除いて実施例２と同様の手法及び材料で、４つの光電変換部２０を作製した。具体的には、プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを１ｎｍとした光電変換部２０と、プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを２ｎｍとした光電変換部２０と、プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを３ｎｍとした光電変換部２０（実施例２と同様の光電変換部２０）と、プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを５ｎｍとした光電変換部２０とを作製した。そして、実施例１と同様の測定回路を形成し、これら４つの光電変換部２０のそれぞれについて、光電変換部２０による光電変換によって発生する光電流の測定を行った。
【００３８】
光電流についての入射光の波長依存性の測定結果を図９に示す。なお、図９の縦軸は、図６の縦軸と同様、正味電流を表している。また、図９中に示す凡例の数値は、プラズモニック材料堆積工程で形成したプラズモニック層４０ａの１層の厚さを示している。図９より、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが大きくなるに従って、光電流の向きが切り替わる波長（光電流のスイッチングが起こる波長）である特定波長が長波長側（本例では可視光領域から近赤外光領域側に）にシフトすることが分かる。具体的には、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが１ｎｍの光電変換部２０については特定波長が５４０ｎｍとなり、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが３ｎｍの光電変換部２０については特定波長が６５０ｎｍとなっている。
【００３９】
３−４．実施例４
支持基板７０をＦＴＯ基板とした点以外は実施例２と同様の手法及び材料で、光電変換部２０を作製した。そして、実施例１と同様の測定回路を形成し、光電変換部２０による光電変換によって発生する光電流及び光電圧の測定を行った。
【００４０】
活性層４０へ光が入射される状態と活性層４０へ光が入射されない状態とを５秒毎に切り替えた場合における、作用極と対極との間に流れる光電流の測定結果を図１０に示す。なお、図１０における右側に、各グラフに対応する入射光の波長を示している。図１０より、波長が６００ｎｍ以下の光が活性層４０へ入射された場合には、負の光電流が流れるのに対し（図１０中の下向き矢印参照）、波長が６５０ｎｍ以上の光が活性層４０へ入射された場合には、少なくとも光の照射の開始後の短時間の間、正の光電流が流れることが分かる（図１０中の上向き矢印参照）。すなわち、実施例４の光電変換部２０では、光電流のスイッチングが起こる波長（特定波長）が６５０ｎｍ程度（具体的には６００ｎｍと６５０ｎｍとの間の波長）となることが分かる。
【００４１】
光電流についての入射光の波長依存性の測定結果を図１１に示し、光電圧についての入射光の波長依存性の測定結果を図１２に示す。なお、図１１の縦軸は、各波長での入射光の強度で正規化した正味電流を表している。また、図１２の縦軸は、各波長での入射光の強度で正規化した開放電圧を表している。図１１及び図１２より、光電流のスイッチング（正負の切り替わり）と光電圧のスイッチングとが、互いに同一の波長（本例では６５０ｎｍ程度の波長）で起こることが分かる。
【００４２】
３−５．実施例５
プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを除いて実施例４と同様の手法及び材料で、６つの光電変換部２０を作製した。具体的には、プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを０．３３ｎｍとした光電変換部２０と、当該厚さを０．６６ｎｍとした光電変換部２０と、当該厚さを１ｎｍとした光電変換部２０と、当該厚さを２ｎｍとした光電変換部２０と、当該厚さを３ｎｍとした光電変換部２０（実施例４と同様の光電変換部２０）と、当該厚さを５ｎｍとした光電変換部２０とを作製した。そして、実施例１と同様の測定回路を形成し、光電変換部２０による光電変換によって発生する光電流の測定を行った。
【００４３】
光電流についての入射光の波長依存性の測定結果を図１３に示す。なお、図１３の縦軸は、図１１の縦軸と同様、正規化した正味電流を表している。また、図１３中に示す凡例の数値は、プラズモニック材料堆積工程で形成したプラズモニック層４０ａの１層の厚さを示している。図１３より、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが０．３３ｎｍの光電変換部２０では、負の光電流のみ発生するが、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが０．６６ｎｍの光電変換部２０、当該厚さが１ｎｍの光電変換部２０、当該厚さが２ｎｍの光電変換部２０、及び当該厚さが３ｎｍの光電変換部２０の、４つの光電変換部２０については、光電流のスイッチングが起こることが分かる。プラズモニック層４０ａの１層の厚さが０．６６ｎｍの場合の４８０ｎｍと、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが３ｎｍの場合の６５０ｎｍとの間で、当該厚さが大きくなるに従ってスイッチングが起こる波長（特定波長）が長波長側にシフトすることが分かる。なお、図１３より、４００ｎｍ〜９００ｎｍの入射光の波長範囲では、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが５ｎｍの光電変換部２０について光電流のスイッチングは観測されなかった。
【００４４】
光電流のスイッチングが観測された４つの光電変換部２０のそれぞれについて、図１３に示す光電流スペクトルの測定結果と、透過率スペクトルの測定結果とを重ねたものを図１４〜図１７に示す。なお、図１４は、プラズモニック層４０ａの１層の厚さが０．６６ｎｍの光電変換部２０についての測定結果であり、図１５は、当該厚さが１ｎｍの光電変換部２０についての測定結果であり、図１６は、当該厚さが２ｎｍの光電変換部２０についての測定結果であり、図１７は、当該厚さが３ｎｍの光電変換部２０についての測定結果である。透過率スペクトルは、反射層６０がない光電変換部（以下、「反射層なしサンプル」という。）をガラス基板上に作製し、ガラス基板を基準とする反射層なしサンプルの透過率（相対透過率）を測定することにより得られたものである。すなわち、中間層５０の透過率を１００％とみなすと、この相対透過率は、活性層４０の透過率に等しい。なお、反射層なしサンプルは、反射層６０を形成しない点以外は、光電流の測定を行った光電変換部２０と同一の条件及び工程で作製した。
【００４５】
図１４〜図１７より、４つの光電変換部２０のそれぞれについて、光電流のスイッチングが、透過率が極小となる波長よりも短波長側（すなわち、高エネルギ側）の波長で起こることが分かる。ここで、透過率が極小となる波長は、活性層４０において発生するプラズモン共鳴の共鳴波長に相当する。よって、図１４〜図１７は、光電流のスイッチングが起こる特定波長が、プラズモン共鳴波長よりも短い波長となることを示している。これは、プラズモン共鳴波長の短波長側の調整限界値よりも短い波長で、光電流のスイッチングを起こすことが可能であることを示している。また、図１４〜図１７より、正規化された光電流が極大となる波長が、プラズモン共鳴波長と一致或いは概ね一致することが分かる。
【００４６】
３−６．実施例６
プラズモニック材料堆積工程で形成するプラズモニック層４０ａの１層の厚さを２ｎｍとした点を除いて実施例４と同様の手法及び材料で、光電変換部２０を作製した。そして、実施例１と同様の測定回路を形成し、光電変換部２０による光電変換によって発生する光電流の測定を行った。なお、光電流の測定は、ゼロバイアス状態（バイアス電圧＝０Ｖ）に加えて、電極間（対極と作用極との間）にバイアス電圧を付与した状態でも行った。具体的には、７つの異なるバイアス条件下（バイアス電圧＝＋０．３Ｖ，＋０．２Ｖ，＋０．１Ｖ，０Ｖ，−０．１Ｖ，−０．３Ｖ，−０．５Ｖ）で、光電流の測定を行った。なお、バイアス電圧の符号は、対極を基準とする作用極の電圧の符号と一致する。
【００４７】
異なるバイアス条件下での光電流スペクトルの測定結果を図１８に示す。なお、図１８の縦軸は、図１３の縦軸と同様、正規化した正味電流を表している。また、図１８中における凡例の数値は、光電流を測定する際に付与したバイアス電圧を示している。図１８より、プラズモン共鳴波長ではなくバイアス電圧を変更することによっても、光電流のスイッチングが起こる特定波長を調整可能であることが分かる。すなわち、バイアス電圧が正の方向に大きくなるに従って特定波長が短波長側にシフトし、バイアス電圧が負の方向に大きくなるに従って特定波長が長波長側にシフトすることが分かる。ゼロバイアス状態では、特定波長はプラズモン共鳴波長よりも短い波長となるが、図１８より、バイアス電圧（ここでは負のバイアス電圧）を付与することで、特定波長をプラズモン共鳴波長と同程度の波長をすることや、特定波長をプラズモン共鳴波長よりも長い波長とすることが可能であることが分かる。
【００４８】
作製した光電変換部２０を用いた上記のような光電流の測定結果から明らかなように、図１に示すような構造の光電変換部２０を用いることで、発生する光電流の向きを、変換対象光の波長に応じて切り替えることができる。具体的には、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合には、光電変換部２０の内部における電子の移動方向が活性層４０から中間層５０へ向かう方向となり、変換対象光の波長が特定波長よりも短い場合には、光電変換部２０の内部における電子の移動方向が中間層５０から活性層４０へ向かう方向となる。この特異な現象のメカニズムの詳細は明らかではないが、例えば以下のような仮説が立てられる。なお、本開示に係る光電変換部（光電変換素子）の構成は、以下の仮説によって必要以上に限定的に解釈されるべきではない。
【００４９】
変換対象光の活性層４０への入射時に光電変換部２０の内部で生成される電子として、活性層４０における局在表面プラズモン共鳴によって生成される電子と、反射層６０の表面（反射層６０と中間層５０との界面）における表面プラズモンポラリトンの励起によって生成される電子とが考えられる。なお、反射層６０の表面における表面プラズモンポラリトンは、例えば、活性層４０及び中間層５０を透過して反射層６０に直接入射する光、活性層４０に含まれるプラズモニック粒子によるミー散乱によって発生した散乱光、局在表面プラズモン共鳴によって活性層４０において発生した光（活性層４０における電子の生成に用いられなかった光）によって励起される。反射層６０の表面における表面プラズモンポラリトンは、活性層４０（プラズモニック粒子）と反射層６０との近接場効果によっても励起され得る。また、光電変換部２０の内部で生成された電子の移動を妨げる障壁として、中間層５０と活性層４０との境界における第一障壁と、中間層５０と反射層６０との境界における第二障壁と、活性層４０の中間層５０とは反対側の端部（図４に示す例では、活性層４０と電荷移動層８０との境界）における第三障壁とが考えられる。ここで、第一障壁及び第二障壁は、層間の界面に形成されるショットキ―バリアである。また、第三障壁は、酸化還元反応の反応速度による制限である。
【００５０】
そして、変換対象光が、活性層４０において局在表面プラズモン共鳴が発生しないようなプラズモン共鳴波長よりも短波長側の波長領域の光である場合には、光電変換部２０の内部で生成される電子量は少ない。そのため、中間層５０の内部の電子は、第一障壁と第二障壁との高低関係に従って第二障壁よりも低い第一障壁側（すなわち、活性層４０側）に移動し、この結果、負の光電流が流れると考えられる。変換対象光の波長が長くなるに従って（すなわち、プラズモン共鳴波長に短波長側から近づくに従って）、局在表面プラズモン共鳴の発生等に起因して光電変換部２０の内部で生成される電子量が多くなるが、酸化還元反応を起こすことが可能な電子量は第三障壁によって制限される。そして、酸化還元反応を起こすことができない電子は、活性層４０から中間層５０へ向かって移動すると共に第二障壁を超えて反射層６０へ移動すると考えられる。すなわち、光電変換部２０の内部で生成される電子量が多くなると、正の光電流を発生させる側への電子の移動が生じ始める。そして、変換対象光の波長が、プラズモン共鳴波長よりも短い特定波長である場合に、負の光電流を発生させる側への電子の移動と正の光電流を発生させる側への電子の移動とのバランスがとれ、発生する光電流がゼロに近くなると考えられる。変換対象光の波長が特定波長よりも長波長側になると、局在表面プラズモン共鳴によって、正の光電流を発生させる側への電子の移動が優位になる程度に多くの電子が活性層４０において生成され、この結果、正の光電流が流れると考えられる。また、変換対象光の波長が、プラズモン共鳴波長の近傍波長よりも長波長側である場合には、活性層４０に含まれるプラズモニック粒子によるミー散乱によって発生した散乱光に起因して光電変換部２０の内部で多くの電子が生成され、この場合も、第三障壁による制限によって正の光電流が流れると考えられる。
【００５１】
そして、光電変換部２０にバイアス電圧を付与した場合には、上記の各障壁の間の高低関係が変化することで、負の光電流を発生させる側への電子の移動と正の光電流を発生させる側への電子の移動とのバランスがとれる波長（すなわち、特定波長）も変化すると考えられる。図１８に示す測定結果は、各障壁の間の高低関係の変化に応じて特定波長が変化することを裏付けているといえる。なお、詳細は省略するが、電解液の酸性度を変化させることで、上記第三障壁の高さ（酸化還元反応の制限の程度）を変化させて特定波長を変化させることができる。
【００５２】
４．その他の実施形態
光電変換素子及び波長センサのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００５３】
（１）上記の実施形態では、活性層４０が、プラズモニック層４０ａと非プラズモニック層４０ｂとが交互に積載された構造（積層体）を有する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、活性層４０が単一のプラズモニック層４０ａのみを備える構成とすることもできる。
【００５４】
（２）上記の実施形態では、活性層４０を構成する積層体の最下層（最も変換対象光の出射側の層）がプラズモニック層４０ａとされると共に、活性層４０を構成する積層体の最上層（最も変換対象光の入射側の層）もプラズモニック層４０ａとされる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、活性層４０を構成する積層体の最下層及び最上層の一方又は双方が非プラズモニック層４０ｂとされる構成とすることも可能である。
【００５５】
（３）上記の実施形態では、アニール処理によって、プラズモニック材料堆積工程によって堆積された薄膜を粒子化させて、プラズモニック層４０ａを、複数のプラズモニック粒子を含む層に変化させる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、微細加工技術によって複数のプラズモニック粒子を含むプラズモニック層４０ａが形成される構成とすることや、コロイド状のプラズモニック粒子を並べることでプラズモニック層４０ａが形成される構成とすることもできる。
【００５６】
（４）上記の実施形態では、プラズモニック層４０ａが複数のプラズモニック粒子を含む層である構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば、プラズモニック層４０ａがプラズモニック材料を用いて形成された薄膜層である構成とすることもできる。
【００５７】
（５）上記の実施形態では、図２に示すように、反射層形成工程（ステップ＃０１）、中間層形成工程（ステップ＃０２）、及び活性層形成工程（ステップ＃０３）が、記載の順に実行されて、光電変換部２０が製造される構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、活性層形成工程、中間層形成工程、及び反射層形成工程が記載の順に実行されることで、支持基板側から活性層４０、中間層５０、及び反射層６０が記載の順に積層された光電変換部２０が製造される構成とすることもできる。この場合、支持基板として、例えば、変換対象光に対する透明性を有する基板が用いられる。
【００５８】
（６）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎないと理解されるべきである。従って、当業者は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。
【００５９】
５．上記実施形態の概要
以下、上記において説明した光電変換素子及び波長センサの概要について説明する。
【００６０】
光電変換素子（１０）は、光電変換部（２０）と、前記光電変換部（２０）を外部回路に接続するための電極（３０）と、を備え、前記光電変換部（２０）は、光電変換の対象の光である変換対象光が入射される活性層（４０）と、前記活性層（４０）に対して前記変換対象光の入射側とは反対側に配置される中間層（５０）と、前記中間層（５０）を挟んで前記活性層（４０）と対向するように配置される反射層（６０）と、を備え、前記活性層（４０）は、前記変換対象光との相互作用によってプラズモン共鳴が生じる材料であるプラズモニック材料を含み、前記中間層（５０）は、半導体特性及び前記変換対象光に対する透明性の双方を有し、前記反射層（６０）は、前記変換対象光に対する反射性を有する。
【００６１】
この構成によれば、活性層（４０）に対して変換対象光の入射側とは反対側（すなわち、変換対象光の出射側）に、変換対象光に対する反射性を有する反射層（６０）が備えられると共に、活性層（４０）と反射層（６０）との間に配置される中間層（５０）が、変換対象光に対する透明性を有する。よって、活性層（４０）を透過した変換対象光を、反射層（６０）で反射させて活性層（４０）に再度入射させることができ、その分だけ、変換対象光と活性層（４０）に含まれるプラズモニック材料との相互作用を強めることが可能となる。すなわち、上記の構成によれば、中間層（５０）及び反射層（６０）が備えられない場合に比べて、変換対象光と活性層（４０）に含まれるプラズモニック材料との相互作用を強めることができ、この結果、変換対象光が活性層（４０）において吸収される割合を高めることができる。なお、中間層（５０）は、変換対象光に対する透明性に加えて半導体特性を有しているため、このような中間層（５０）を設けた場合であっても、電気エネルギの生成時における活性層（４０）と反射層（６０）との間の電子の移動は許容される。
そして、上記のように変換対象光が活性層（４０）において吸収される割合を高めることができる結果、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合と短い場合とで、活性層（４０）と中間層（５０）との間での電子の移動方向を互いに逆向きにすることが可能となる。ここで、特定波長は、プラズモン共鳴波長よりも短い波長である。すなわち、活性層（４０）から中間層（５０）へ電子が移動する電気的現象と、中間層（５０）から活性層（４０）へ電子が移動する電気的現象とのうちの、一方の電気的現象を、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合に生じさせ、他方の電気的現象を、変換対象光の波長が特定波長よりも短い場合に生じさせることができる。
以上のように、上記の構成によれば、素子内における電子の移動方向が変換対象光の波長に応じて変化する光電変換素子（１０）を実現することができる。
【００６２】
ここで、前記活性層（４０）は、前記プラズモニック材料を用いて形成されるプラズモニック層（４０ａ）と、前記プラズモニック材料とは異なる材料を用いて形成される非プラズモニック層（４０ｂ）とが、交互に積層された構造を有すると好適である。
【００６３】
この構成によれば、活性層（４０）が単一のプラズモニック層（４０ａ）のみを有する場合とは異なり、異なるプラズモニック層（４０ａ）の間での表面プラズモンの結合効果を利用して、変換対象光と活性層（４０）に含まれるプラズモニック材料との相互作用の増大を図ることが可能となる。
【００６４】
また、前記プラズモニック材料は、金であり、前記中間層（５０）は、酸化チタンを用いて形成され、前記反射層（６０）は、金を用いて形成されていると好適である。
【００６５】
この構成によれば、可視光領域の光を変換対象光とする光電変換素子（１０）を適切に形成することができる。また、プラズモニック材料と反射層（６０）を形成する材料とが同一の材料とされるため、これらが互いに異なる材料である場合に比べて、光電変換素子（１０）の製造工程の簡略化を図ることもできる。
【００６６】
波長センサ（１）は、光電変換素子（１０）と、前記光電変換素子（１０）に電気的に接続される波長情報出力部（２）と、を備え、前記活性層（４０）において発生するプラズモン共鳴の共鳴波長よりも短い特定の波長を境界波長として、前記波長情報出力部（２）は、前記変換対象光の波長が前記境界波長よりも長い場合と、前記変換対象光の波長が前記境界波長よりも短い場合とで、互いに異なる信号を出力する。
【００６７】
この構成によれば、変換対象光の波長が境界波長よりも長いか或いは短いかを、波長情報出力部（２）の出力信号に基づき判別することが可能な波長センサ（１）を実現することができる。ここで、上記のように、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合と短い場合とで、活性層（４０）と中間層（５０）との間での電子の移動方向が互いに逆向きとなる。すなわち、変換対象光の波長が特定波長よりも長い場合と短い場合とで、光電変換素子（１０）が生成する光電流の向きが互いに逆向きとなる。そのため、この特定波長を境界波長とすることで、変換対象光の波長と境界波長との大小関係を、光電流の向きと一意に対応させることができる。そして、光電流の向きの検出は、光電流の大きさの検出等に比べて一般に簡素な構成で行うことができる。よって、この波長センサ（１）は、波長情報出力部（２）の構成の簡素化を図ることが容易な構成となっている。
【符号の説明】
【００６８】
１：波長センサ
２：波長情報出力部
１０：光電変換素子
２０：光電変換部
３０：電極
４０：活性層
４０ａ：プラズモニック層
４０ｂ：非プラズモニック層
５０：中間層
６０：反射層
【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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【図１７】
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【図１８】
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