光检测器

技术领域

本公开涉及光检测器。

背景技术

近年来，用于车辆的自动驾驶功能和防撞功能的激光传感技术的发展显著，要求开发红外区域的廉价且高性能的光检测器。例如，在波长1.3μm以上的短波红外(SWIR)波段，以InGaAs作为基板的半导体受光元件是主流，但使用该基板的高性能的阵列型光检测器在成本面存在问题。

在这样的背景中，作为不依赖于InGaAs的光检测器，开发了利用半导体光吸收层的内部的局部不均匀电场的光检测器。在这种光检测器中，一般使用间接跃迁的半导体材料，根据光入射而在半导体光吸收层的内部产生局部不均匀电场。作为局部不均匀电场的效果之一，能够列举由于不确定性原理而对半导体内部的电子施加大频率。因此，利用间接跃迁的半导体材料也可以实现直接光学跃迁，实现了确保充分的光吸收。

作为该光检测器，例如能够列举国际公开第2009/088071号公报中记载的受光元件。在该现有的受光元件中，在基板上依次设置有第1导电型半导体层、非掺杂型半导体光吸收层、第2导电型半导体层、导电层。在导电层、第2导电型半导体层和非掺杂型半导体光吸收层的叠层体，具有周期性排列的多个开口。开口具有入射光的波长以下的宽度，以贯通导电层和第2导电型半导体层并达到非掺杂型半导体光吸收层的方式设置。

例如，美国专利申请公开第2009/0134486号公报中记载的受光元件具有：半导体层；和在该半导体层的表面以规定的间隔d配置的、形成MSM结的一对金属电极。一对金属电极彼此的间隔，在将入射光的波长设为λ的情况下，满足λ＞d的关系。一对金属电极的至少一方，与半导体层形成肖特基结，并且在将半导体层的折射率设为n的情况下，埋入半导体层至小于λ/(2n)的深度的位置。

发明内容

提高上述那样的光检测器中的检测灵敏度，需要充分确保半导体光吸收层中的局部不均匀电场的频率成分。局部不均匀电场的效果因局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层中的耗尽层位置之间的距离增加而急剧减退。在国际公开第2009/088071号公报中记载的受光元件，局部不均匀电场的产生位置为导电层与第2导电型半导体层的界面附近，该产生位置以第2导电型半导体层的厚度的量与非掺杂型半导体光吸收层隔开间隔。因此，从检测灵敏度的提高的观点出发，存在进一步改良的余地。

在美国专利申请公开第2009/0134486号公报中记载的受光元件中，通过将金属电极埋入半导体层，来实现检测灵敏度的提高。但是，由于作为局部不均匀电场的产生位置的半导体层与光电流的引出电极一体化，因此，存在因肖特基结而引起的暗电流变得比较大这样的问题。因此，在美国专利申请公开第2009/0134486号公报中记载的受光元件中，存在SN比难以提高这样的问题。

本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制暗电流并且提高检测灵敏度的光检测器。

本公开的一个方面的光检测器具备：第1导电型半导体层；半导体光吸收层，其设置在第1导电型半导体层上；散射体，其以与半导体光吸收层相接的方式，以入射光的波长以下的宽度设置，并且通过使入射光散射而在半导体光吸收层的内部形成局部不均匀电场；第2导电型半导体层，其与散射体隔开间隔地设置在半导体光吸收层上；和引出电极，其与散射体隔开间隔地设置在第2导电型半导体层上，并且将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层产生的光电流引出。

在该光检测器中，通过使入射光散射而在半导体光吸收层的内部形成局部不均匀电场的散射体，以与半导体光吸收层相接的方式，以入射光的波长以下的宽度设置。由此，能够使局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层的耗尽层位置一致或接近，能够充分发挥在半导体光吸收层中的局部不均匀电场的效果，因此，实现检测灵敏度的提高。此外，在该光检测器中，将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层产生的光电流引出的引出电极与散射体隔开间隔地设置。根据这样的结构，相比半导体光吸收层与引出电极相接的情况或散射体自身为引出电极的情况，能够抑制因肖特基结而引起的暗电流的产生。

也可以为，散射体是使表面等离子激元(plasmon)共振在该散射体与半导体光吸收层的界面附近产生的金属纳米结构体。在这种情况下，能够通过纳米图案化在期望的位置以高再现性形成散射体。因此，能够提高光检测器的制造成品率。

也可以为，在第2导电型半导体层，设置有贯通该第2导电型半导体层并将半导体光吸收层的一部分切除的凹部，散射体配置在凹部的底面。根据该结构，能够使散射体和第1导电型半导体层与半导体光吸收层的接合界面根据凹部的深度接近。因此，能够缩短在半导体光吸收层产生的光电流的路径，实现光检测的高速响应。

也可以为，在第2导电型半导体层，设置有贯通该第2导电型半导体层并将半导体光吸收层的一部分切除的凹部，散射体遍及凹部的底面和内壁面地配置。在这种情况下，在散射体的形成时不需要进行使用了纳米图案化用的抗蚀剂的剥离，因此，能够提高光检测器的制造容易性。

也可以为，半导体光吸收层由导电型为p型的第1层、导电型为i型的第2层和导电型为n型的第3层构成，凹部以将第2层的一部分切除的深度设置，散射体以埋没于第2层的方式配置在凹部的底面。根据该结构，由于散射体埋没于成为耗尽层位置的导电型为i型的第2层，因此，能够缩短在半导体光吸收层产生的光电流的路径，实现光检测的高速响应。此外，能够使耗尽层位置与因局部不均匀电场而电场急剧变化的区域一致，能够高效地产生入射光的光电转换。

也可以为，凹部的宽度遍及整个深度方向为入射光的波长以下。在这种情况下，容易使耗尽层位置与因局部不均匀电场而电场急剧变化的区域一致，能够进一步提高入射光的光电转换的效率。

也可以为，凹部中的、贯通第2导电型半导体层的部分的宽度大于将半导体光吸收层的一部分切除的部分的宽度。在这种情况下，能够减少由第2导电型半导体层导致的入射光的损失。该结构适用于使光从第2导电型半导体层侧入射的结构。

也可以为，在凹部内，设置有由折射率小于半导体光吸收层的材料形成的绝缘层。在这种情况下，能够通过绝缘层实现散射体的保护和防止从散射体的泄漏。此外，通过绝缘层的折射率小于半导体光吸收层的折射率，能够使局部不均匀电场集中于折射率相对高的半导体光吸收层。因此，实现检测灵敏度的进一步提高。

也可以为，散射体沿该散射体与半导体光吸收层的界面的面内方向以一定的间隔设置有多个。在这种情况下，通过扩张入射光的受光区域(散射体的面积)，实现检测灵敏度的提高。

也可以为，光检测器是使入射光从第1导电型半导体层侧入射的背面入射型光检测器，在第2导电型半导体层上，设置有：反射膜，其将背面入射的入射光中的、透过散射体的成分向半导体光吸收层侧反射。在这种情况下，透过散射体的成分被反射膜反射，再次朝向半导体光吸收层，因此，能够提高在半导体光吸收层的光吸收量。

附图说明

图1的(a)是示出本公开的第1实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图1的(b)是其俯视图。

图2的(a)是示出本公开的第2实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图2的(b)是其俯视图。

图3的(a)是示出本公开的第3实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图3的(b)是其俯视图。

图4的(a)是示出本公开的第4实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图4的(b)是其俯视图。

图5的(a)是示出本公开的第5实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图5的(b)是其俯视图。

图6的(a)是示出本公开的第6实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图6的(b)是其俯视图。

图7的(a)是示出本公开的第7实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图7的(b)是其俯视图。

图8的(a)是示出本公开的第8实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图8的(b)是其俯视图。

图9的(a)是示出本公开的第9实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图9的(b)是其俯视图。

图10的(a)是示出本公开的第10实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图10的(b)是其俯视图。

图11的(a)是示出本公开的第11实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图11的(b)是其俯视图。

图12的(a)是示出本公开的第12实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图12的(b)是其俯视图。

图13的(a)是示出本公开的第13实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图13的(b)是其俯视图。

图14的(a)～(c)是示出第1实施方式的光检测器的制造工序的一例的概略截面图。

图15的(a)～(c)是示出图14的后续的工序的概略截面图。

图16的(a)和(b)是示出图15的后续的工序的概略截面图。

图17的(a)～(c)是示出图16的后续的工序的概略截面图。

图18的(a)～(c)是示出第3实施方式的光检测器的制造工序的一例的概略截面图。

图19的(a)～(c)是示出图18的后续的工序的概略截面图。

图20的(a)～(c)是示出第4实施方式的光检测器的制造工序的一例的概略截面图。

图21的(a)～(c)是示出图20的后续的工序的概略截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本公开的一个方面的光检测器的优选实施方式进行详细说明。

在以下所示的光检测器的各实施方式和附图中，将成为检测对象的入射光的入射区域的一个结构单位作为主要部分示出。在实际的光检测器中，这些结构单位以规定的间距阵列化。

[光检测器的第1实施方式]

图1的(a)是示出本公开的第1实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图1的(b)是其俯视图。如该图所示，第1实施方式的光检测器1A具备：第1导电型半导体层2、半导体光吸收层3、散射体4、第2导电型半导体层5和引出电极6A、6B。在本实施方式中，为了便于说明，将第1导电型半导体层2侧规定为光检测器1A的背面侧，将第2导电型半导体层5侧规定为光检测器1A的表面侧。在图1的(a)的例子中，光检测器1A为入射光I从表面侧入射的表面入射型检测器，本公开的光检测器也可以为表面入射型检测器和背面入射型检测器中的任意种。

在光检测器1A中，在将波长比半导体的吸收端波长(具有超过带隙(band gap)的能量的光的波长)长的光作为入射光I入射的情况下，通过该入射光I激发表面等离子体激元(plasmon)。通过该表面等离子体激元的共振产生局部不均匀电场。在光检测器1A中，通过利用局部不均匀电场的效果，能够实现半导体内的直接的光学跃迁，能够产生半导体内的充分的光吸收。在光检测器1A中，在半导体内产生的光吸收作为光电流被引出至外部，从而能够实现比半导体的吸收端波长更长的波长的光检测。此处，设想作为检测对象的入射光I的波长为1200nm附近的情况，并例示光检测器1A的各构成要素的尺寸等。

第1导电型半导体层2例如由导电型为n型的Si构成。第1导电型半导体层2由载流子浓度高的低电阻半导体(n+)构成。第1导电型半导体层2在俯视中为矩形状。第1导电型半导体层2具有：第1面2a、和第1面2a的相反侧的第2面2b。第1面2a是朝向光检测器1A的背面侧的面。第2面2b是朝向光检测器1A的表面侧的面。第1导电型半导体层2的厚度例如为1μm以上且50μm以下。

半导体光吸收层3例如由导电型为p型的Si构成。半导体光吸收层3由载流子浓度低的高电阻半导体(p-)构成。半导体光吸收层3在俯视中为矩形状。半导体光吸收层3具有：第1面3a、和第1面3a的相反侧的第2面3b。第1面3a是朝向光检测器1A的背面侧的面。第2面3b是朝向光检测器1A的表面侧的面。半导体光吸收层3以覆盖第1导电型半导体层2的第2面2b的整面的方式设置。半导体光吸收层3的厚度根据第1导电型半导体层2和半导体光吸收层3的载流子浓度确定。半导体光吸收层3的厚度例如为50nm以上且100μm以下。在半导体光吸收层3与第1导电型半导体层2的界面，形成有半导体的pn结。

散射体4是通过使入射光I散射而在半导体光吸收层3的内部形成局部不均匀电场的结构体。散射体4由折射率与周边的要素的至少一部分不同的材料构成。具体而言，散射体4由折射率与半导体光吸收层3和空气中的至少一方不同的材料构成。此处，散射体4由金属纳米结构体7构成，金属纳米结构体7通过入射光I的入射而使表面等离子激元(plasmon)共振在该散射体4与半导体光吸收层3的界面附近产生。作为构成金属纳米结构体7的金属材料，例如能够列举金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等。金属纳米结构体7也可以由含这些金属的化合物材料构成。

在图1的(a)和图1的(b)的例子中，金属纳米结构体7以与半导体光吸收层3的第2面3b相接的方式，以入射光I的波长以下的宽度W设置。金属纳米结构体7的宽度W1例如为20nm以上且500nm以下。金属纳米结构体7的厚度T1小于半导体光吸收层3的厚度，例如为10nm以上且500nm以下。金属纳米结构体7在俯视中为矩形状。金属纳米结构体7，以从半导体光吸收层3的第2面3b的一个边到达另一个边的方式，沿该第2面3b的面内方向的一个方向直线状地延伸。在入射光I的波长为1200nm附近的情况下，例如，当将金属纳米结构体7的宽度W1设为100nm、厚度T1设为100nm时，能够使因入射光I而引起的表面等离子激元共振在散射体4与半导体光吸收层3的界面附近适当地产生。

第2导电型半导体层5例如由导电型为p型的Si构成。第2导电型半导体层5由载流子浓度高的低电阻半导体(p+)构成。第2导电型半导体层5在俯视中为矩形状。第2导电型半导体层5具有：第1面5a、和第1面5a的相反侧的第2面5b。第2导电型半导体层5的厚度大于金属纳米结构体7的厚度T1，例如为100nm以上且1000nm以下。在第2导电型半导体层5的中央部分，设置有凹部8。凹部8的深度D与第2导电型半导体层5的厚度相等。在凹部8的底面8a，成为半导体光吸收层3的第2面3b和该第2面3b上的金属纳米结构体7露出的状态。

凹部8，以在俯视中，从半导体光吸收层3的第2面3b的一个边到达另一个边的方式，沿该第2面3b的面内方向的一个方向直线状地延伸。凹部8的宽度W2相比金属纳米结构体7的宽度W1充分地地大。第2导电型半导体层5在俯视中，在宽度方向上夹持金属纳米结构体7且与金属纳米结构体7隔开间隔地配置。第2导电型半导体层5与金属纳米结构体7之间的间隔宽度没有特别限制，例如大于金属纳米结构体7的宽度W1。

引出电极6A、6B是将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层3产生的光电流引出的电极。引出电极6A是作为光检测器1A的阳极而发挥功能的电极层。引出电极6A设置在第1导电型半导体层2的第1面2a侧。引出电极6A在俯视中为矩形状。引出电极6A，例如，以在与第2导电型半导体层5重叠的位置，从第1导电型半导体层2的第1面2a的一个边到达另一个边的方式，沿该第1面2a的面内方向的一个方向直线状地延伸。引出电极6A例如由铝(Al)、钛(Ti)、铟(In)等金属形成。引出电极6A也可以由含这些金属的化合物材料构成。引出电极6A并不限定于单层，也可以由多层构成。

引出电极6B是作为光检测器1A的阴极而发挥功能的电极层。引出电极6B设置在第2导电型半导体层5的第2面5b侧。第2导电型半导体层5，如上所述，与金属纳米结构体7充分地隔开间隔地配置。因此，对于第2导电型半导体层5上的引出电极6B，也与金属纳米结构体7充分地隔开间隔地配置。引出电极6B与引出电极6A一样，在俯视中为矩形状。以从第2导电型半导体层5的第2面5b的一个边到达另一个边的方式，沿该第2面5b的面内方向的一个方向直线状地延伸。引出电极6B例如由金(Au)、铝(Al)、铂(Pt)等金属形成。引出电极6B也可以由含这些金属的化合物材料构成。引出电极6B并不限定于单层，也可以由多层构成。

如上所述，在光检测器1A中，通过使入射光I散射而在半导体光吸收层3的内部形成局部不均匀电场的散射体4，以与半导体光吸收层3相接的方式，以入射光I的波长以下的宽度设置。由此，能够使局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层的耗尽层位置一致或接近，能够充分发挥在半导体光吸收层3中的局部不均匀电场的效果。因此，能够实现检测灵敏度的提高。

在光检测器1A中，将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层3产生的光电流引出的引出电极6A、6B与散射体4隔开间隔地设置。根据这样的结构，散射体4无助于光电流的引出，而仅具有局部不均匀电场的形成功能。因此，与半导体光吸收层3与引出电极6A、6B相接的情况或散射体4自身为引出电极的情况相比，能够抑制因肖特基结而引起的暗电流的产生。

在光检测器1A中，由使表面等离子激元共振产生于散射体4与半导体光吸收层3的界面附近的金属纳米结构体7构成散射体4。在由金属纳米结构体7构成散射体4的情况下，能够通过纳米图案化(nano-patterning)在期望的位置高再现性地形成散射体4。因此，能够提高光检测器1A的制造成品率。

[光检测器的第2实施方式]

图2的(a)是示出本公开的第2实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图2的(b)是其俯视图。如该图所示，第2实施方式的光检测器1B在第2导电型半导体层5的凹部8贯通该第2导电型半导体层5并进一步切除半导体光吸收层3的一部分这点上，与上述第1实施方式不同。

金属纳米结构体7配置在凹部8的底面8a。金属纳米结构体7，在半导体光吸收层3，位于比设置有第2导电型半导体层5的面低一级的面。在图2的(a)的例子中，在光检测器1B中，由凹部8的半导体光吸收层3的切口部分的深度Da为作为散射体4的金属纳米结构体7的厚度T1以下。因此，在光检测器1B中，配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7成为与设置有第2导电型半导体层5的面相比向第2导电型半导体层5侧稍微突出的状态。由凹部8的半导体光吸收层3的切口部分的深度Da也可以大于作为散射体4的金属纳米结构体7的厚度T1。

在这样的光检测器1B中，由于散射体4以与半导体光吸收层3相接的方式，以入射光I的波长以下的宽度设置，因此，能够使局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层的耗尽层位置一致或接近。因此，能够充分发挥在半导体光吸收层3中的局部不均匀电场的效果，能够实现检测灵敏度的提高。在光检测器1B中也为，引出电极6A、6B与散射体4隔开间隔地设置，因此，能够抑制因肖特基结而引起的暗电流的产生。

在光检测器1B中，贯通第2导电型半导体层5并将半导体光吸收层3的一部分切除的凹部8设置于第2导电型半导体层5，散射体4配置于该凹部8的底面8a。根据该结构，能够使散射体4和第1导电型半导体层2与半导体光吸收层3的pn结的界面，根据凹部8的深度而接近。因此，能够缩短在半导体光吸收层3产生的光电流的路径(pass)，实现光检测的高速响应。

[光检测器的第3实施方式]

图3的(a)是示出本公开的第3实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图3的(b)是其俯视图。如该图所示，第3实施方式的光检测器1C在凹部8的宽度W2遍及整个深度方向为入射光I的波长以下这点上，进一步与上述第2实施方式不同。

在光检测器1C中，金属纳米结构体7的宽度W1为入射光I的波长以下。在光检测器1C中，凹部8的宽度W2与金属纳米结构体7的宽度W1一致。在光检测器1C中，由凹部8的半导体光吸收层3的切口部分的深度Da大于作为散射体4的金属纳米结构体7的厚度T1。因此，在光检测器1C中，配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7并未相比于设置有第2导电型半导体层5的面更向第2导电型半导体层5侧突出，而成为埋没于半导体光吸收层3的状态。

在这样的光检测器1C中也为，由于散射体4以与半导体光吸收层3相接的方式，以入射光I的波长以下的宽度设置，因此，也能够使局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层的耗尽层位置一致或接近。因此，能够充分发挥在半导体光吸收层3中的局部不均匀电场的效果，实现检测灵敏度的提高。在光检测器1C中也为，由于引出电极6A、6B与散射体4隔开间隔地设置，因此，也能够抑制因肖特基结而引起的暗电流的产生。

在光检测器1C中，能够通过第1导电型半导体层2和半导体光吸收层3的载流子浓度的调整，在半导体光吸收层3的内部扩展耗尽层。作为一例，当在光检测器1C中，将第1导电型半导体层2的载流子浓度深红色为1×10

[光检测器的第4实施方式]

图4的(a)是示出本公开的第4实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图4的(b)是其俯视图。如该图所示，第4实施方式的光检测器1D，在散射体4遍及凹部8的底面8a和内壁面8b而配置这点上，进一步与第3实施方式不同。在光检测器1D中，不由金属纳米结构体7而由非导电性的电介质纳米结构体10构成散射体4。

在光检测器1D中，凹部8的宽度W2遍及整个深度方向为入射光I的波长以下，另一方面，电介质纳米结构体10遍及凹部8的底面8a和内壁面8b而配置。在光检测器1D中，电介质纳米结构体10向第2导电型半导体层5的第2面5b侧伸出，沿着凹部8的开口边缘部8c延伸。电介质纳米结构体10的宽度W1大于凹部8的宽度W2，但为入射光I的波长以下。在这样的光检测器1D中，也能够获得与第3实施方式同样的作用效果。此外，根据该结构，在散射体4的形成时不需要进行使用了纳米图案化用的抗蚀剂的剥离，因此，能够提高光检测器1D的制造容易性。

[光检测器的第5实施方式]

图5的(a)是示出本公开的第5实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图5的(b)是其俯视图。如该图所示，第5实施方式的光检测器1E的半导体光吸收层3的结构进一步与第3实施方式不同。

在光检测器1E中，凹部8的宽度W2遍及整个深度方向为入射光I的波长以下，另一方面，半导体的pn结置换成pin结。具体而言，半导体光吸收层3由：由导电型为p型的高电阻半导体层构成的第1层11、由导电型为i型的半导体层构成的第2层12、和由导电型为n型的高电阻半导体层构成的第3层13而构成。第1层11位于第1导电型半导体层2侧。第3层13位于第2导电型半导体层5侧。第2层12位于第1层11与第3层13之间。凹部8以将第2层12的一部分切除的深度设置。散射体4以埋没于第2层12的方式配置在凹部8的底面8a。

在这样的光检测器1E中，也能够获得与第3实施方式同样的作用效果。根据光检测器1E的结构，由于散射体4埋没于成为耗尽层位置的导电型为i型的第2层12，因此，能够缩短在半导体光吸收层3产生的光电流的路径，实现光检测的高速响应。此外，能够使耗尽层位置与因局部不均匀电场而电场急剧变化的区域一致，能够高效地产生入射光I的光电转换。

[光检测器的第6实施方式]

图6的(a)是示出本公开的第6实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图6的(b)是其俯视图。如该图所示，第6实施方式的光检测器1F的凹部8的结构进一步与第2实施方式不同。

具体而言，在光检测器1F中，凹部8中的、贯通第2导电型半导体层5的部分的宽度W2a大于将半导体光吸收层3的一部分切除的部分的宽度W2b。贯通第2导电型半导体层5的部分的宽度W2a与第2实施方式的凹部8的宽度W一样，与金属纳米结构体7的宽度W1相比充分地大。将半导体光吸收层3的一部分切除的部分的宽度W2b如第3实施方式～第5实施方式那样，为入射光I的波长以下。

由凹部8的半导体光吸收层3的切口部分的深度Da，与第3实施方式一样，大于作为散射体4的金属纳米结构体7的厚度T1。因此，配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7并未相比于设置有第2导电型半导体层5的面更向第2导电型半导体层5侧突出，而成为埋没于半导体光吸收层3的状态。在光检测器1F中，除获得上述的作用效果之外，通过贯通第2导电型半导体层5的部分的宽度W2a比金属纳米结构体7的宽度W1充分地大，还能够减少由第2导电型半导体层5而导致的入射光I的损失(由散射导致的损失)。光检测器1F特别适用于使光从第2导电型半导体层5侧入射的表面入射型的光检测器的结构。

[光检测器的第7实施方式]

图7的(a)是示出本公开的第7实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图7的(b)是其俯视图。如该图所示，第7实施方式的光检测器1G在凹部8内设置有绝缘层15这点上，进一步与第6实施方式不同。绝缘层15由折射率小于半导体光吸收层3的材料形成。作为绝缘层15的形成材料，例如，能够使用二氧化硅(SiO

在光检测器1G中，由凹部8的半导体光吸收层3的切口部分的深度D小于作为散射体4的金属纳米结构体7的厚度T1。在光检测器1G中，配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7为相比于设置有第2导电型半导体层5的面向第2导电型半导体层5侧稍微突出的状态。绝缘层15，以与向第2导电型半导体层5侧突出的金属纳米结构体7成为同一平面的方式，设置在从凹部8中的贯通第2导电型半导体层5的部分露出的半导体光吸收层3的第2面3b的整个面。

根据这样的光检测器1G，除获得上述的作用效果之外，还能够通过绝缘层15实现散射体4的保护和防止从散射体4的泄漏(leak)。在光检测器1G中，通过绝缘层15的折射率小于半导体光吸收层3的折射率，能够使局部不均匀电场集中于折射率相对高的半导体光吸收层3。因此，能够实现检测灵敏度的进一步提高。

[光检测器的第8实施方式]

图8的(a)是示出本公开的第8实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图8的(b)是其俯视图。如该图所示，第8实施方式的光检测器1H在凹部8内设置有绝缘层15这点上，进一步与第3实施方式不同。绝缘层15与第7实施方式一样，由折射率小于半导体光吸收层3的材料形成。作为绝缘层15的形成材料，例如，能够使用二氧化硅(SiO

在光检测器1H中，在凹部8内填充有绝缘层15。在光检测器1H中，配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7被绝缘层15覆盖。在光检测器1H中，绝缘层15在第2导电型半导体层5的第2面5b，在除引出电极6B的形成区域以外的整个面均设置。

根据这样的光检测器1H，除获得上述的作用效果之外，还能够通过绝缘层15实现散射体4的保护和防止从散射体4的泄漏。在光检测器1H中，通过绝缘层15的折射率小于半导体光吸收层3的折射率，能够使局部不均匀电场集中于折射率相对高的半导体光吸收层3。因此，能够实现检测灵敏度的进一步提高。

[光检测器的第9实施方式]

图9的(a)是示出本公开的第9实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图9的(b)是其俯视图。如该图所示，第9实施方式的光检测器1I的凹部8的平面形状与第1实施方式不同。

在光检测器1I中，凹部8的平面形状为正方形状。在上述的第1实施方式～第8实施方式中，与共振对应的入射光I的偏光方向仅为凹部8的宽度方向，但在光检测器1I中，对于与凹部的宽度方向正交的方向，也能够与入射光I的共振对应。因此，能够进行偏光方向相互正交的入射光I的检测。凹部8的平面形状并不限定于正方形状，也可以为圆形状等其它的形状。如第9实施方式中所示那样的凹部8的平面形状也可以适用于上述第1实施方式～第8实施方式。

[光检测器的第10实施方式]

图10的(a)是示出本公开的第10实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图10的(b)是其俯视图。如该图所示，第10实施方式的光检测器1J，在沿散射体4与半导体光吸收层3的界面的面内方向以一定的间隔配置有多个散射体4这点上，与第1实施方式不同。

具体而言，在光检测器1J中，多个(此处为2个)凹部8沿金属纳米结构体7的宽度方向排列。各凹部8的平面形状为沿着金属纳米结构体7的延伸方向延伸的长方形状。相邻的凹部8、8彼此相互隔开间隔。第2导电型半导体层5位于凹部8、8间。根据这样的光检测器1J，通过扩张入射光I的受光区域(散射体的面积)，能够实现检测灵敏度的提高。如第10实施方式中所示那样的散射体4的配置也可以适用于上述第1实施方式～第8实施方式。

[光检测器的第11实施方式]

图11的(a)是示出本公开的第11实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图11的(b)是其俯视图。如该图所示，第11实施方式的光检测器1K，在沿散射体4与半导体光吸收层3的界面的面内方向以一定的间隔配置有多个散射体4这点上，进一步与第9实施方式不同。

具体而言，在光检测器1K中，多个(此处为4个)凹部8格子状地排列。各凹部8的平面形状为沿着金属纳米结构体7的延伸方向延伸的长方形状。相邻的凹部8、8彼此相互隔开间隔。第2导电型半导体层5位于凹部8、8间。根据这样的光检测器1K，通过扩张入射光I的受光区域(散射体的面积)，能够实现检测灵敏度的提高。此外，与第9实施方式一样，能够进行偏光方向相互正交的入射光I的检测。凹部8的平面形状并不限定于正方形状，也可以为圆形状等其它的形状。如第11实施方式中所示那样的散射体4的配置也可以适用于上述第1实施方式～第8实施方式。

[光检测器的第12实施方式]

图12的(a)是示出本公开的第12实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图12的(b)是其俯视图。如该图所示，第12实施方式的光检测器1L在半导体光吸收层3的导电型反转这点上，与第3实施方式不同。

具体而言，在光检测器1L中，半导体光吸收层3例如由导电型为n型的Si构成。半导体光吸收层3由载流子浓度低的高电阻半导体(n-)构成。第2导电型半导体层5与第3实施方式一样，例如由导电型为p型的Si构成。第2导电型半导体层5由载流子浓度高的低电阻半导体(p+)构成。在其它实施方式中，在第1导电型半导体层2与半导体光吸收层3的界面形成有pn结，而在本实施方式中，在半导体光吸收层3与第2导电型半导体层5的界面形成有pn结。根据这样的光检测器1L，能够简单地形成pn结。在第2导电型半导体层5的半导体光吸收层3侧，也可以设置有由载流子浓度低的高电阻半导体(p-)构成的半导体层5A。

在本实施方式中，包含半导体层5A的第2导电型半导体层5的厚度为几百nm的程度，与此相对地，半导体光吸收层3的厚度增厚至50μm的程度。根据这样的结构，在光检测器1L中，能够将耗尽层从半导体光吸收层3与第2导电型半导体层5的界面扩展至半导体光吸收层3的深的位置。因此，由于在将耗尽层位置对准因局部不均匀电场而电场急剧变化的区域时，不需要精密地调整凹部8的深度，因此，实现制造工序的简单化。

在光检测器1L中，也可以如第8实施方式所示那样，在凹部8内设置有绝缘层15。在这种情况下，与第8实施方式一样，能够通过绝缘层15实现散射体4的保护和防止从散射体4的泄漏。此外，通过绝缘层15的折射率小于半导体光吸收层3的折射率，能够使局部不均匀电场集中于折射率相对高的半导体光吸收层3。因此，能够实现检测灵敏度的进一步提高。能够通过绝缘层15实现散射体4的保护和防止从散射体4的泄漏。进一步，在本实施方式中，通过在凹部8内填充绝缘层15，半导体光吸收层3与第2导电型半导体层5之间的pn结的界面被绝缘层15覆盖，因此，能够抑制从该界面的侧漏的产生。

[光检测器的第13实施方式]

图13的(a)是示出本公开的第13实施方式的光检测器的结构的概略截面图，图13的(b)是其俯视图。如该图所示，第13实施方式的光检测器1M，在设置有多个(此处为2个)凹部8和配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7，且为入射光I从背面侧入射的背面入射型光检测器这点上，与第3实施方式不同。

在光检测器1M中，凹部8和配置在凹部8的底面8a的金属纳米结构体7，沿凹部8的宽度方向以规定的间隔设置。在第2导电型半导体层5的第2面5b设置有反射膜31。在图13的(a)和图13的(b)的例子中，反射膜31，在第2面5b，设置于望到凹部8的引出电极6B侧的边缘部与凹部8、8间的整体。金属纳米结构体7位于凹部8的底面8a，反射膜31位于第2导电型半导体层5的第2面5b，因此，两者未电连接。根据这样的光检测器1M，背面入射的入射光I中的、透过散射体4的成分被反射膜31反射，再次朝向半导体光吸收层3，因此，能够提高在半导体光吸收层3的光吸收量。

[光检测器的制造工序]

接着，说明光检测器的制造工序。此处，作为代表例，分别说明第1实施方式的光检测器1A、第3实施方式的光检测器1C和第4实施方式的光检测器1D的制造工序的一例。

在制造光检测器1A时，首先，如图14的(a)所示那样，准备导电型为n型的半导体基板21。对该半导体基板21实施离子注入和热处理，进行半导体基板21的一部分杂质反转。由此，如图14的(b)所示那样，形成导电型为n型的第1导电型半导体层2和导电型为p型的半导体光吸收层3，形成pn结。作为掺杂(dopant)，例如能够使用硼(B)、镓(Ga)、铝(Al)等。

接着，对半导体光吸收层3实施提高了掺杂量的离子注入和热处理，如图14的(c)所示那样，将半导体光吸收层3的一部分转换为导电型为p型的第2导电型半导体层5。在形成了第2导电型半导体层5后，如图15的(a)所示那样，在第2导电型半导体层5上将成为引出电极6B的金属层22成膜。接着，如图15(b)所示那样，使用光刻，在金属层22上将抗蚀剂R图案化。抗蚀剂R的图案化之后，如图15(c)所示那样，对从抗蚀剂R露出的金属层22进行蚀刻，形成引出电极6B。

在形成了引出电极6B后，如图16的(a)所示那样，使用光刻，以覆盖引出电极6B的方式在第2导电型半导体层5上将抗蚀剂R图案化。在抗蚀剂R的图案化之后，如图16的(b)所示那样，将第2导电型半导体层5以半导体光吸收层3露出的深度进行蚀刻，形成凹部8。作为抗蚀剂R的材料，能够列举在光刻中普遍使用的正型抗蚀剂等。作为蚀刻方法，例如能够使用利用六氟化硫(SF

在形成了凹部8后，如图17的(a)所示那样，使用电子束绘图装置，在第2导电型半导体层5、引出电极6B和从凹部8露出的半导体光吸收层3上将抗蚀剂R纳米图案化。在抗蚀剂R的纳米图案化之后，如图17的(b)所示那样，将成为散射体4的层(此处为金属层23)在抗蚀剂R上和从抗蚀剂R露出的半导体光吸收层3上(凹部8的底面8a)成膜。作为抗蚀剂R的材料，能够使用在电子束绘图中普遍使用的材料。作为该材料，例如能够列举非化学放大型的正型电子束抗蚀剂和聚甲基丙烯酸甲酯树脂等。

在金属层23的成膜后，将抗蚀剂R和抗蚀剂R上的金属层23剥离。由此，如图17(c)所示那样，在凹部8的底面8a，形成：与半导体光吸收层3性接，且与第2导电型半导体层5和引出电极6B隔开间隔的散射体4(金属纳米结构体7)。最后，在第1导电型半导体层2侧形成引出电极6A(参照图1)，获得图1所示的光检测器1A。

在制造光检测器1C时，首先，实施上述图14的(a)～图14的(c)所示的各工序，形成第1导电型半导体层2、半导体光吸收层3和第2导电型半导体层5。然后，如图18的(a)所示那样，使用电子束绘图装置，在第2导电型半导体层5上将抗蚀剂R纳米图案化。在抗蚀剂R的纳米图案化之后，如图18的(b)所示那样，将从抗蚀剂R露出的第2导电型半导体层5以将半导体光吸收层3的一部分切除的深度进行蚀刻，形成凹部8。

在凹部8的形成后，如图18的(c)所示那样，将成为散射体4的层(此处为金属层23)在抗蚀剂R上和从抗蚀剂R露出的半导体光吸收层3上(凹部8的底面8a)成膜。在金属层23的成膜后，将抗蚀剂R和抗蚀剂上的金属层23剥离。由此，如图19的(a)所示那样，在凹部8的底面8a，形成与半导体光吸收层3相接的散射体4(金属纳米结构体7)。

接着，如图19的(b)所示那样，使用光刻，在第2导电型半导体层5上和凹部8内将抗蚀剂R图案化。在抗蚀剂R的图案化后，在第2导电型半导体层5上将成为引出电极6B的金属层22成膜。在金属层22的成膜后，如图19的(c)所示那样，除去抗蚀剂R，形成引出电极6B。最后，在第1导电型半导体层2侧形成引出电极6A(参照图1)，获得图3所示的光检测器1C。

在制造光检测器1D时，首先，实施上述的图14的(a)～图14的(c)、图18的(a)和图18的(b)所示的各工序，在第2导电型半导体层5形成将半导体光吸收层3的一部分切除的深度的凹部8。在凹部8的形成之后，如图20的(a)所示那样，除去第2导电型半导体层5上的抗蚀剂R。

接着，如图20的(b)所示那样，使用光刻，在除凹部8和凹部8的开口边缘部8c以外的第2导电型半导体层5上将抗蚀剂R纳米图案化。在抗蚀剂R的形成之后，如图20的(c)所示那样，将成为散射体4的层(此处为非导电性的电介质层25)在抗蚀剂R上、凹部8的底面8a、内壁面8b和开口边缘部8c成膜。在非导电性的电介质层25的成膜后，将抗蚀剂R和抗蚀剂上的非导电性的电介质层25剥离。由此，如图21的(a)所示那样，遍及凹部8的底面8a、内壁面8b和开口边缘部8c形成与半导体光吸收层3相接的散射体4(非导电性的电介质层25)。

在散射体4的形成之后，如图21的(b)所示那样，使用光刻，在第2导电型半导体层5上、散射体4上和凹部8内将抗蚀剂R图案化。在抗蚀剂R的图案化后，在第2导电型半导体层5上将成为引出电极6B的金属层22成膜。在金属层22的成膜后，如图21的(c)所示那样，除去抗蚀剂R，形成引出电极6B。最后，在第1导电型半导体层2侧形成引出电极6A(参照图1)，获得图4所示的光检测器1D。

[变形例]

本公开并不限定于上述实施方式。例如在上述实施方式中，将第1导电型设为n型，将第2导电型设为p型地例示了各半导体层，也可以将第1导电型设为p型，将第2导电型设为n型。

在上述实施方式中，除第4实施方式以外，作为散射体4的一例例示了使表面等离子激元共振产生的金属纳米结构体7，在其它实施方式中，也可以将散射体4设为电介质纳米结构体10。作为电介质纳米结构体的材料，考虑成膜的容易性，优选使用半导体材料或绝缘材料。作为半导体材料，例如能够列举锗(Ge)、硅(Si)、锗硅(GeSi)、锗锡(GeSn)、砷化镓(GaAs)等。散射体4也可以由金属或电介质的微粒构成。作为金属微粒，例如能够列举金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等微粒。作为电介质微粒，例如能够列举二氧化硅球、氧化铝球、氧化钛球等。