半導体光素子および半導体光装置
【課題】フィルタ構造を用いずに所定の波長の光を選択的に検出できる半導体光素子および半導体光装置を提供する。
【解決手段】温度検知部と、温度検知部に熱的に接続された吸収部１０とを含み、吸収部１０に入射した光を検出する半導体光素子であって、吸収部１０が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部１１および凸部を有し、特定波長の入射光の吸収量を、特定波長以外の入射光の吸収量より大きくする。また、複数の半導体光素子をアレイ状に配置する。
【解決手段】温度検知部と、温度検知部に熱的に接続された吸収部１０とを含み、吸収部１０に入射した光を検出する半導体光素子であって、吸収部１０が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部１１および凸部を有し、特定波長の入射光の吸収量を、特定波長以外の入射光の吸収量より大きくする。また、複数の半導体光素子をアレイ状に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体光素子および半導体光装置に関し、特に、熱型赤外センサ素子および熱型赤外センサ素子をアレイ状に配した半導体光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱型赤外センサ装置では、検出する赤外線の波長を選択する場合、熱型赤外センサ素子の前に、光学フィルタを装着していた。この光学フィルタには、多層膜光学フィルタの他、例えば、特許文献１に示すような、プラズモン共鳴を利用して選択的に所望の波長の光を透過させる光学フィルタや、構造体極近傍における電界増強を利用した光学フィルタが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４８３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、波長選択フィルタと熱型赤外センサを組み合わせた構造では、第１に、センサの他にフィルタが必要となり構造が複雑になる、第２に、どのようなフィルタを用いても必要な波長成分も部分的にカットされてしまい検出効率が低下する、第３に、光学フィルタは入射角度依存性が大きく、検出特性も入射角度に大きく依存する、第４に、複数の赤外域の波長を同時に検出するためには、センサ素子毎に構造の異なるフィルタを装着しなければならない、等の問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、フィルタ構造を用いずに所定の波長の光を選択的に検出できる半導体光素子および半導体光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の形態は、温度検知部と、温度検知部に熱的に接続された吸収傘とを含み、吸収傘に入射した光を検出する半導体光素子であって、吸収傘が、特定波長の入射光を表面に結合させ表面プラズモンを励起するために表面にアレイ状に配置された凹部を有し、特定波長の入射光の吸収量を、特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子である。
【０００７】
本発明の他の形態は、温度検知部と、温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部を有し、特定波長の入射光の吸収量を、特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子である。
【０００８】
本発明の他の形態は、複数の半導体光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする半導体光装置である。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明にかかる半導体光素子では、フィルタを用いることなく、特定波長の入射光を選択的に増強させることができ、検出感度を向上できるとともに、入射角への依存性も少なくできる。
【００１０】
また、本発明にかかる半導体光装置では、異なる波長の入射光を同時に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる吸収傘の吸収特性を示す。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの平面図を示す。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる吸収傘の吸収特性を示す。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態６にかかる熱型赤外センサ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ａにおける熱型赤外センサ素子の断面図である。
【００１３】
図１、２に示すように、熱型赤外センサ素子１００は、例えばシリコンからなる基板１を含む。基板１には中空部２が設けられ、中空部２の上には、温度検知部４が支持脚３により支持されている。支持脚３は、ここでは２本であり、上方から見るとＬ字型に折れ曲がったブリッジ形状となっている。支持脚３は薄膜金属配線６とこれを支える誘電体膜を含んでいる。
【００１４】
温度検知部４は、検知膜５と薄膜金属配線６を含む。検知膜５は、例えば結晶シリコンを用いたダイオードからなる。薄膜金属配線６は支持脚３にも設けられ、検知膜５とアルミニウム配線７とを電気的に接続している。薄膜金属配線６は例えば厚さ１００ｎｍのチタン合金からなる。検知膜５が出力した電気信号は、支持脚３に形成された薄膜金属配線６を経由してアルミニウム配線７に伝わり、検出回路（図示せず）により取り出される。薄膜金属配線６と検知膜５の間、および薄膜金属配線６とアルミニウム配線７との間の電気的接続は、必要に応じて上下方向に延在する導電体（図示せず）を介して行っても良い。
【００１５】
赤外線を反射する反射膜８は、中空部２を覆うように配置されている。但し、反射膜８と温度検知部４は熱的に接続されない状態で、支持脚３の少なくとも一部の上方を覆うように配置されている。
【００１６】
温度検知部４の上には、支持柱９が設けられ、その上に吸収傘１０が支持されている。図１に示すように、熱型赤外センサ素子１００は、上方から見ると吸収傘１０のみが見える。吸収傘１０は、例えばＡｕ、Ａｇなどの金属薄膜６からなり、膜厚は数ｎｍ程度から数百ｎｍ程度である。ここでは、吸収傘１０は金属薄膜６の単層構造としたが、例えば１００〜２００ｎｍ程度の酸化シリコンなどの誘電体薄膜で金属薄膜６の上下を挟み込んだ３層構造や、誘電体薄膜の上に金属薄膜６を形成した２層構造を用いても良い。後述するように、表面プラズモンを利用する場合は、金属薄膜６としてＡｕ、Ａｇを用いることが好ましい。
【００１７】
吸収傘１０には、アレイ状に凹部１１が設けられている。凹部１１は等間隔に配置され、その周期（ピッチ）は検出したい赤外線の波長（特定波長）と同程度である。また、凹部１１の深さは、例えば、検出したい波長である特定波長の４分の１程度が好ましい。
【００１８】
例えば、検出したい特定波長が１０００ｎｍの場合、凹部１１の形状は、一辺が５００ｎｍの正方形（平面）で、深さは２５０ｎｍ、凹部の間隔は５００ｎｍとするのが好ましい。この場合、凹部１１の周期（ピッチ）は特定波長と同じ１０００ｎｍとなる。
【００１９】
吸収傘１０の膜厚は、吸収、熱時定数、材料の応力等を考慮して適宜決められる。図２から分かるように、吸収傘１０は温度検知部４の上に支持柱９で接続されており、即ち、吸収傘１０と温度検知部４は熱的に接続されている。一方、吸収傘１０は、反射膜８とは熱的に接続されない状態で、反射膜８より上方に保持され、反射膜８の少なくとも一部を覆い隠すように側方に板状に広がっている。
【００２０】
かかる熱型赤外センサ素子１００では、入射した赤外線は主に吸収傘１０で吸収される。一方、吸収傘１０を透過した赤外線は、反射膜８で反射されて吸収傘１０に裏面から入射して吸収される。吸収傘１０に吸収された赤外線は熱に変換され、支持柱９を通って温度検知部４に伝わる。温度検知部４では、検知膜５の電気抵抗が温度により変化するため、外部に設けた検出回路（図示せず）でこれを検出することにより、赤外線の量を検出する。ここでは反射膜８を設けた構造を示したが、反射膜８は無くても良い。
【００２１】
次に、吸収傘１０の表面プラズモンについて説明する。自由電荷の集団振動が電磁波と結合した系はプラズモンポラリトンと呼ばれる（但し、本実施の形態では特に区別する場合を除き、表面プラズモンと呼ぶ）。表面（または境界面）では、固体中でのプラズモンとは状況が異なり、表面での境界条件を満たす別の集団振動が存在することになる。
電磁波で表面プラズモンを励起するためには、電磁波の位相速度が表面プラズモンの位相速度と一致しなければならない。この時、電磁波が境界面で全反射する時に発生するエバネッセント波が用いられる。
【００２２】
例えば、媒質１（位相速度：β１、誘電率：ε１）と媒質２（位相速度：β２、誘電率：ε２）に挟まれた境界面を考える（媒質１が物質で、媒質２が真空の場合、この境界面が物質表面に相当する）。この境界面において表面プラズモンモードが存在し得る条件は、以下の式（１）のようになる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
つまり、ε１とε２が逆符号であること、即ち一方が正、他方が負の誘電率をもつことである。
【００２５】
一般に、金属のように自由電荷を持つ物質は、プラズマ周波数以下の周波数領域で誘電率が負である。よって金属と誘電体（空気、真空を含む）の境界面においては、上記式１を満たす表面波が存在できる。また、表面プラズモンの伝搬方向に垂直で、境界面上の波数をｋｓｐとすると、表面プラズモンの分散関係は、以下の式２のようになる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
但し、ωは周波数、ｃは真空の光速である。
【００２８】
即ち、式２が、誘電体と金属の間に表面プラズモンを励起するための共鳴条件となる。
【００２９】
一般に表面プラズモンは式２の分散関係をもつ。この条件を満たす場合に、表面に強く局在する表面プラズモンが励起されるとともに、このような表面波の形成は強い波長依存性を有する。また、式２は通常のライトラインより下側になるため、エバネッセント波を用いて表面プラズモンを励起させる必要があり、入射角度依存性を強くもつ。
【００３０】
しかし、表面に周期的な構造、（例えば、図１に示す凹部１１）を設けると、通常の入射光で表面プラズモンが励起できる。つまり、表面プラズモンの波数ベクトルを
入射光の波数ベクトルを
逆格子ベクトルを
とすると、
【００３１】
【数３】
【００３２】
となる。例えば、１次元の周期構造の場合、表面プラズモンの波数をｋｓｐ、入射光の波数をｋ０、入射角をθ、構造の周期をｄ、ｍを整数とすると、以下の式４のような関係が成立する。
【００３３】
【数４】
【００３４】
式３、４から明らかなように、周期構造により、波数のミスマッチが克服され、通常の入射光において表面プラズモンが励起され、表面に結合することが分かる。表面に結合した光は結果的に吸収されることになるので、共鳴波長において吸収が増加する。
【００３５】
ここで、近赤外域より長い波長域である、中赤外波長域、遠赤外波長域、テラヘルツの波長域においても、表面に周期的な凹凸を形成することで疑似表面プラズモンとよばれる表面に強く局在するモードを形成することができる。これは、自由電子の集団振動である本来の表面プラズモンとは異なるが、分散関係、つまり入射光を表面に結合させる効果は相似である。同様に、一部メタマテリアルと呼ばれる効果も同じことを意味する。
【００３６】
この波長域では、金属がほぼ完全導体となる。しかし、例えば、図３のような形状で、ａ、ｂ、ｃが波長に対して十分に小さい場合は、有効媒質近似が適用できる。つまり、波長に対して十分無視できるほど小さな周期的凹凸内部に、入射電磁波が存在することになるため、完全導体（金属）中に電磁波が浸透しているのと等価と見なすことができる。このため、分散関係も式２で表される表面プラズモンと同じ関係を等価的に形成できる。このように、構造パラメータであるａ、ｂ、ｃにより分散関係を決定することができる。
【００３７】
このように、表面プラズモン、表面プラズモンポラリトン、表面プラズモン共鳴、擬似表面プラズモン、メタマテリアルとそれぞれ文言は異なるが、導体（金属）と誘電体の界面に周期的凹凸により入射光を強く結合させ、吸収波長を制御するという本発明の観点からは同じ内容である。
なお、以下の記載や特許請求の範囲の記載では、これらの文言を特に区別せず、単に「表面プラズモン」または「表面結合波」と呼ぶこととする。
【００３８】
また、以下の解析例は、近赤外域付近を吸収対象としているが、既に述べたように可視域、あるいは近赤外域よりも大きな波長に対しても有効に適用できる。
【００３９】
次に、板状の吸収傘１０に、周期的な凹部１１を設けた構造について説明する。この凹部１１の大きさ、周期、深さに応じた波長で、入射電磁波が吸収傘１０の構造と結合し、表面に強く局在する表面プラズモンモードが励起される。
【００４０】
図３は、実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子１００の吸収傘１０に設けた微細パターン（凹部１１）の平面図である。図３では、凹部１１の配列を３行３列（３×３）で示してあるが、任意の配列に形成することができる。ａ、ｂは凹部の縦、横の長さ、ｃは凹部の間隔である（縦方向、横方向とも間隔はｃである）。図３では、横方向の周期は（ａ＋ｃ）であり、縦方向の周期は（ｂ＋ｃ）である。
【００４１】
図４は、ａ＝ｂ＝ｃ、吸収傘１０の材料がＡｕ、凹部の深さ１００ｎｍの条件で、厳密結合波解析法によって垂直入射波に対する吸収を求めた吸収傘の吸収特性である。図４において、横軸は波長、縦軸は吸収量を示す。実線はａ＝ｂ＝ｃ＝０．５μｍの場合、長い破線はａ＝ｂ＝ｃ＝１．０μｍの場合、短い破線はａ＝ｂ＝ｃ＝１．５μｍの場合である
【００４２】
図４から、凹部１１の大きさ、形状によって吸収のピーク波長を制御できることがわかる。例えば、実線（０．５μｍ）では、パターン周期は１．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約１μｍである。また、長い方の点線（１．０μｍ）では、パターン周期は２．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約１．５μｍ、約２μｍである。また、短い方の点線（１．５μｍ）では、パターン周期は３．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約２μｍ、約３μｍである。
【００４３】
また、凹部１１を深くすることで吸収は大きくなる傾向にある。ここでは簡単のためＡｕ単層の薄膜を用いた簡単な２次元周期パターンを用いて説明したが、Ａｇのような他の材料、あるいは誘電体層に挟まれたような多層構造でも、パターン形状を制御することによって同様の効果が得られる。また、凹部１１の形状、周期を調整することにより、吸収波長ピークも調整できる。
【００４４】
なお、図２の構造では、周期的な凹部１１が吸収傘１０の上面のみ、つまり電磁波の入射面のみに設けているが、反射膜８により反射される光を吸収するために、吸収傘１０の裏面にも設けても良い。この場合、表面プラズモンは、吸収傘１０の裏面においても同様に発生する。
【００４５】
このように、本実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子１００では、周期的に配置された凹部１１を有する吸収傘１０を用いることにより、特定波長の赤外線を共振させ、その波長のみを選択的に吸収することが可能となり、従来のようなバンドパスフィルタを用いる必要がなくなり、効率的な検出が可能となる。また、バンドパスフィルタが不要となるため、センサモジュールとしての光学系が小型、簡略化できる。更には、検出特性の入射角度依存性が殆ど無くなる。
【００４６】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターン（凹部）を示す。凹部１０は平面が円形であり、他は図３の構造と同じである。ここでは、ａ＝ｂの真円としているが、ａとｂが異なる楕円でも良い。楕円の場合は、特定の偏光に対してのみ表面プラズモンが強調されるため、特定の偏光についてのみ検出を行う場合に利用できる。
【００４７】
図６は、図５の構造を有する吸収傘の吸収特性であり、ａ＝ｂ＝ｃ、吸収傘の材料はＡｕ、凹部１１の深さは１００ｎｍとした。
【００４８】
図６から、凹部１１を円形とすることによって、吸収量と、吸収のピーク波長を変化させることが可能となることが分かる。例えば、実線（０．５μｍ）は、パターン周期が１．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約１μｍである。一方、長い方の点線（１．０μｍ）では、パターン周期が２．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約２μｍよりやや長波長側にシフトしている。このように、凹部１１を円形とすることにより、吸収量、吸収ピーク数、吸収波長を変化させ、任意の波長の赤外線の検出が可能となる。
【００４９】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの断面図である。実施の形態１、２では、凹部１１の断面は矩形であったが（例えば、図２参照）、本実施の形態３では、角部の無い丸みを帯びた形状となっている。つまり、断面において、凹部１１の最底面と最表面の、それぞれの頂点を結ぶ連続面（内壁）が曲面となっている。好ましくは、曲面がサイン（ｓｉｎ）カーブとなる。なお、吸収傘１０を上方からから見た場合、凹部１１は図１や図５のように矩形や円形となっている。
【００５０】
本実施の形態にかかる吸収傘１０では、凹部１１の側面が曲面となっているため、より広い入射角の電磁波に対して表面プラズモンが生じる。また、吸収傘１０では偏光依存性が小さくなるため、より広範な入射光を吸収できる。このため、高効率な熱変換が可能となり、赤外線の検出効率が高くなる。
【００５１】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図であり、図１に示す熱型赤外センサ素子１００をアレイ状に配置したものである。ここでは、説明を簡単にするために２行２列の合計４個の熱型赤外センサ素子からなる熱型赤外センサ素子アレイを示しているが、配置される熱型赤外センサ素子の個数に制限は無い。これらの熱型赤外センサ素子アレイは、外部の走査回路（図示せず）等により各行、各列の熱型赤外センサ素子を選択して、各素子が検出した情報を時系列に取り出す方式としてもよい。また、並列に読み出す方式であってもよい。
【００５２】
このように、熱型赤外センサ素子をアレイ状に並べて、一定の面内で特定の波長を選択的に検出することにより、画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。
【００５３】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。図９の熱型赤外センサ素子アレイでは、熱型赤外センサ素子の吸収傘１０に形成したパターンがそれぞれ異なり、図６に示したａ＝ｂ＝ｃ＝０．５μｍ（吸収傘Ａ１３）、１．０μｍ（吸収傘Ｂ１４）、１．５μｍ（吸収傘Ｃ１５）のパターンをそれぞれ形成した３つの熱型赤外センサ素子を組み合わせた構造となっている。これらの熱型赤外センサ素子は、それぞれ異なる波長において強い吸収ピークを有している。
【００５４】
図１０は、これら３つの異なる熱型赤外センサ素子を１単位として、多くの単位の熱型赤外センサ素子をアレイ化した熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。ここでは、説明を簡単にするために１２個（４単位）の熱型赤外センサ素子からなる熱型赤外センサ素子アレイを示しているが、配置される熱型赤外センサ素子の個数に制限は無い。また、１単位の熱型赤外センサ素子の並べ方は、図１０に示すような三角形の配置でなくても良い。
【００５５】
これらの熱型赤外センサ素子アレイは、外部の走査回路（図示せず）等により各行、各列の熱型赤外センサ素子を選択して、各素子が検出した情報を時系列に取り出す方式としてもよく、または、並列に読み出す方式としてもよい。
【００５６】
このように、熱型赤外センサ素子をアレイ状に並べて、一定の面内で複数の波長を選択的に検出することにより、画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。また、複数の波長を選択的に吸収することで、実施の形態４の場合より詳しい画像が得られる。
【００５７】
実施の形態６．
図１１に、本発明の実施の形態６にかかる熱型赤外センサ素子の温度検知部４の断面図を示す。温度検知部４は、温度検知部４は検知膜５と薄膜金属配線６を含む。検知膜５は、例えばダイオードであり、シリコンからなる。薄膜金属配線６は、例えば厚みが１００ｎｍのチタン合金の膜からなる。検知膜５が出力した電気信号は、薄膜金属配線６を介して検出回路（図示せず）により取り出される。薄膜金属配線６と検知膜５の間の電気的接続は、必要に応じて上下方向に延在する導電体（図示せず）を介して行っても良い。
【００５８】
温度検知部４は、赤外線を吸収する吸収膜１６を、その上部に直接備えている。吸収膜１６はＡｕ、Ａｇなどの金属からなり、材料は検出対象となる表面波に合わせて選択される。更に、吸収膜１６には実施の形態１〜３で示したような、周期的な凹部が形成されており、構造により決定される表面プラズモンにより特定の波長の吸収が増加する。
【００５９】
なお、温度検知部４以外の構造は、図２の熱型赤外センサ素子１００と同じであり、温度検知部４は支持脚３で中空部２の上部に支持される。
【００６０】
このような、吸収傘と一体形成された温度検知部４を有する熱型赤外センサ素子では、所望の赤外波長が共振して選択的に吸収量が増加するため、特定波長のみを選択的に検出可能となる。また、吸収傘を支持柱で支持する工程が不要となり、製造工程が簡略化され、より安価に製品を製造できる。
【００６１】
なお、実施の形態４、５の熱型赤外センサ素子アレイに用いられる熱型赤外センサ素子として、本実施の形態６の熱型赤外センサ素子を用いても構わない。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基板、２ 中空部、３ 支持脚、４ 温度検知部、５ 検知膜、６ 薄膜金属配線、７ アルミニウム配線、８ 反射膜、９ 支持柱、１０ 吸収傘、１１ 凹部、１２ 絶縁膜、１３ 吸収傘Ａ、１４ 吸収傘Ｂ、１５ 吸収傘Ｃ、１６ 吸収膜、１００ 熱型赤外センサ素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体光素子および半導体光装置に関し、特に、熱型赤外センサ素子および熱型赤外センサ素子をアレイ状に配した半導体光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱型赤外センサ装置では、検出する赤外線の波長を選択する場合、熱型赤外センサ素子の前に、光学フィルタを装着していた。この光学フィルタには、多層膜光学フィルタの他、例えば、特許文献１に示すような、プラズモン共鳴を利用して選択的に所望の波長の光を透過させる光学フィルタや、構造体極近傍における電界増強を利用した光学フィルタが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４８３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、波長選択フィルタと熱型赤外センサを組み合わせた構造では、第１に、センサの他にフィルタが必要となり構造が複雑になる、第２に、どのようなフィルタを用いても必要な波長成分も部分的にカットされてしまい検出効率が低下する、第３に、光学フィルタは入射角度依存性が大きく、検出特性も入射角度に大きく依存する、第４に、複数の赤外域の波長を同時に検出するためには、センサ素子毎に構造の異なるフィルタを装着しなければならない、等の問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、フィルタ構造を用いずに所定の波長の光を選択的に検出できる半導体光素子および半導体光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の形態は、温度検知部と、温度検知部に熱的に接続された吸収傘とを含み、吸収傘に入射した光を検出する半導体光素子であって、吸収傘が、特定波長の入射光を表面に結合させ表面プラズモンを励起するために表面にアレイ状に配置された凹部を有し、特定波長の入射光の吸収量を、特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子である。
【０００７】
本発明の他の形態は、温度検知部と、温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部を有し、特定波長の入射光の吸収量を、特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子である。
【０００８】
本発明の他の形態は、複数の半導体光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする半導体光装置である。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明にかかる半導体光素子では、フィルタを用いることなく、特定波長の入射光を選択的に増強させることができ、検出感度を向上できるとともに、入射角への依存性も少なくできる。
【００１０】
また、本発明にかかる半導体光装置では、異なる波長の入射光を同時に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる吸収傘の吸収特性を示す。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの平面図を示す。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる吸収傘の吸収特性を示す。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態６にかかる熱型赤外センサ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ａにおける熱型赤外センサ素子の断面図である。
【００１３】
図１、２に示すように、熱型赤外センサ素子１００は、例えばシリコンからなる基板１を含む。基板１には中空部２が設けられ、中空部２の上には、温度検知部４が支持脚３により支持されている。支持脚３は、ここでは２本であり、上方から見るとＬ字型に折れ曲がったブリッジ形状となっている。支持脚３は薄膜金属配線６とこれを支える誘電体膜を含んでいる。
【００１４】
温度検知部４は、検知膜５と薄膜金属配線６を含む。検知膜５は、例えば結晶シリコンを用いたダイオードからなる。薄膜金属配線６は支持脚３にも設けられ、検知膜５とアルミニウム配線７とを電気的に接続している。薄膜金属配線６は例えば厚さ１００ｎｍのチタン合金からなる。検知膜５が出力した電気信号は、支持脚３に形成された薄膜金属配線６を経由してアルミニウム配線７に伝わり、検出回路（図示せず）により取り出される。薄膜金属配線６と検知膜５の間、および薄膜金属配線６とアルミニウム配線７との間の電気的接続は、必要に応じて上下方向に延在する導電体（図示せず）を介して行っても良い。
【００１５】
赤外線を反射する反射膜８は、中空部２を覆うように配置されている。但し、反射膜８と温度検知部４は熱的に接続されない状態で、支持脚３の少なくとも一部の上方を覆うように配置されている。
【００１６】
温度検知部４の上には、支持柱９が設けられ、その上に吸収傘１０が支持されている。図１に示すように、熱型赤外センサ素子１００は、上方から見ると吸収傘１０のみが見える。吸収傘１０は、例えばＡｕ、Ａｇなどの金属薄膜６からなり、膜厚は数ｎｍ程度から数百ｎｍ程度である。ここでは、吸収傘１０は金属薄膜６の単層構造としたが、例えば１００〜２００ｎｍ程度の酸化シリコンなどの誘電体薄膜で金属薄膜６の上下を挟み込んだ３層構造や、誘電体薄膜の上に金属薄膜６を形成した２層構造を用いても良い。後述するように、表面プラズモンを利用する場合は、金属薄膜６としてＡｕ、Ａｇを用いることが好ましい。
【００１７】
吸収傘１０には、アレイ状に凹部１１が設けられている。凹部１１は等間隔に配置され、その周期（ピッチ）は検出したい赤外線の波長（特定波長）と同程度である。また、凹部１１の深さは、例えば、検出したい波長である特定波長の４分の１程度が好ましい。
【００１８】
例えば、検出したい特定波長が１０００ｎｍの場合、凹部１１の形状は、一辺が５００ｎｍの正方形（平面）で、深さは２５０ｎｍ、凹部の間隔は５００ｎｍとするのが好ましい。この場合、凹部１１の周期（ピッチ）は特定波長と同じ１０００ｎｍとなる。
【００１９】
吸収傘１０の膜厚は、吸収、熱時定数、材料の応力等を考慮して適宜決められる。図２から分かるように、吸収傘１０は温度検知部４の上に支持柱９で接続されており、即ち、吸収傘１０と温度検知部４は熱的に接続されている。一方、吸収傘１０は、反射膜８とは熱的に接続されない状態で、反射膜８より上方に保持され、反射膜８の少なくとも一部を覆い隠すように側方に板状に広がっている。
【００２０】
かかる熱型赤外センサ素子１００では、入射した赤外線は主に吸収傘１０で吸収される。一方、吸収傘１０を透過した赤外線は、反射膜８で反射されて吸収傘１０に裏面から入射して吸収される。吸収傘１０に吸収された赤外線は熱に変換され、支持柱９を通って温度検知部４に伝わる。温度検知部４では、検知膜５の電気抵抗が温度により変化するため、外部に設けた検出回路（図示せず）でこれを検出することにより、赤外線の量を検出する。ここでは反射膜８を設けた構造を示したが、反射膜８は無くても良い。
【００２１】
次に、吸収傘１０の表面プラズモンについて説明する。自由電荷の集団振動が電磁波と結合した系はプラズモンポラリトンと呼ばれる（但し、本実施の形態では特に区別する場合を除き、表面プラズモンと呼ぶ）。表面（または境界面）では、固体中でのプラズモンとは状況が異なり、表面での境界条件を満たす別の集団振動が存在することになる。
電磁波で表面プラズモンを励起するためには、電磁波の位相速度が表面プラズモンの位相速度と一致しなければならない。この時、電磁波が境界面で全反射する時に発生するエバネッセント波が用いられる。
【００２２】
例えば、媒質１（位相速度：β１、誘電率：ε１）と媒質２（位相速度：β２、誘電率：ε２）に挟まれた境界面を考える（媒質１が物質で、媒質２が真空の場合、この境界面が物質表面に相当する）。この境界面において表面プラズモンモードが存在し得る条件は、以下の式（１）のようになる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
つまり、ε１とε２が逆符号であること、即ち一方が正、他方が負の誘電率をもつことである。
【００２５】
一般に、金属のように自由電荷を持つ物質は、プラズマ周波数以下の周波数領域で誘電率が負である。よって金属と誘電体（空気、真空を含む）の境界面においては、上記式１を満たす表面波が存在できる。また、表面プラズモンの伝搬方向に垂直で、境界面上の波数をｋｓｐとすると、表面プラズモンの分散関係は、以下の式２のようになる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
但し、ωは周波数、ｃは真空の光速である。
【００２８】
即ち、式２が、誘電体と金属の間に表面プラズモンを励起するための共鳴条件となる。
【００２９】
一般に表面プラズモンは式２の分散関係をもつ。この条件を満たす場合に、表面に強く局在する表面プラズモンが励起されるとともに、このような表面波の形成は強い波長依存性を有する。また、式２は通常のライトラインより下側になるため、エバネッセント波を用いて表面プラズモンを励起させる必要があり、入射角度依存性を強くもつ。
【００３０】
しかし、表面に周期的な構造、（例えば、図１に示す凹部１１）を設けると、通常の入射光で表面プラズモンが励起できる。つまり、表面プラズモンの波数ベクトルを
入射光の波数ベクトルを
逆格子ベクトルを
とすると、
【００３１】
【数３】
【００３２】
となる。例えば、１次元の周期構造の場合、表面プラズモンの波数をｋｓｐ、入射光の波数をｋ０、入射角をθ、構造の周期をｄ、ｍを整数とすると、以下の式４のような関係が成立する。
【００３３】
【数４】
【００３４】
式３、４から明らかなように、周期構造により、波数のミスマッチが克服され、通常の入射光において表面プラズモンが励起され、表面に結合することが分かる。表面に結合した光は結果的に吸収されることになるので、共鳴波長において吸収が増加する。
【００３５】
ここで、近赤外域より長い波長域である、中赤外波長域、遠赤外波長域、テラヘルツの波長域においても、表面に周期的な凹凸を形成することで疑似表面プラズモンとよばれる表面に強く局在するモードを形成することができる。これは、自由電子の集団振動である本来の表面プラズモンとは異なるが、分散関係、つまり入射光を表面に結合させる効果は相似である。同様に、一部メタマテリアルと呼ばれる効果も同じことを意味する。
【００３６】
この波長域では、金属がほぼ完全導体となる。しかし、例えば、図３のような形状で、ａ、ｂ、ｃが波長に対して十分に小さい場合は、有効媒質近似が適用できる。つまり、波長に対して十分無視できるほど小さな周期的凹凸内部に、入射電磁波が存在することになるため、完全導体（金属）中に電磁波が浸透しているのと等価と見なすことができる。このため、分散関係も式２で表される表面プラズモンと同じ関係を等価的に形成できる。このように、構造パラメータであるａ、ｂ、ｃにより分散関係を決定することができる。
【００３７】
このように、表面プラズモン、表面プラズモンポラリトン、表面プラズモン共鳴、擬似表面プラズモン、メタマテリアルとそれぞれ文言は異なるが、導体（金属）と誘電体の界面に周期的凹凸により入射光を強く結合させ、吸収波長を制御するという本発明の観点からは同じ内容である。
なお、以下の記載や特許請求の範囲の記載では、これらの文言を特に区別せず、単に「表面プラズモン」または「表面結合波」と呼ぶこととする。
【００３８】
また、以下の解析例は、近赤外域付近を吸収対象としているが、既に述べたように可視域、あるいは近赤外域よりも大きな波長に対しても有効に適用できる。
【００３９】
次に、板状の吸収傘１０に、周期的な凹部１１を設けた構造について説明する。この凹部１１の大きさ、周期、深さに応じた波長で、入射電磁波が吸収傘１０の構造と結合し、表面に強く局在する表面プラズモンモードが励起される。
【００４０】
図３は、実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子１００の吸収傘１０に設けた微細パターン（凹部１１）の平面図である。図３では、凹部１１の配列を３行３列（３×３）で示してあるが、任意の配列に形成することができる。ａ、ｂは凹部の縦、横の長さ、ｃは凹部の間隔である（縦方向、横方向とも間隔はｃである）。図３では、横方向の周期は（ａ＋ｃ）であり、縦方向の周期は（ｂ＋ｃ）である。
【００４１】
図４は、ａ＝ｂ＝ｃ、吸収傘１０の材料がＡｕ、凹部の深さ１００ｎｍの条件で、厳密結合波解析法によって垂直入射波に対する吸収を求めた吸収傘の吸収特性である。図４において、横軸は波長、縦軸は吸収量を示す。実線はａ＝ｂ＝ｃ＝０．５μｍの場合、長い破線はａ＝ｂ＝ｃ＝１．０μｍの場合、短い破線はａ＝ｂ＝ｃ＝１．５μｍの場合である
【００４２】
図４から、凹部１１の大きさ、形状によって吸収のピーク波長を制御できることがわかる。例えば、実線（０．５μｍ）では、パターン周期は１．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約１μｍである。また、長い方の点線（１．０μｍ）では、パターン周期は２．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約１．５μｍ、約２μｍである。また、短い方の点線（１．５μｍ）では、パターン周期は３．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約２μｍ、約３μｍである。
【００４３】
また、凹部１１を深くすることで吸収は大きくなる傾向にある。ここでは簡単のためＡｕ単層の薄膜を用いた簡単な２次元周期パターンを用いて説明したが、Ａｇのような他の材料、あるいは誘電体層に挟まれたような多層構造でも、パターン形状を制御することによって同様の効果が得られる。また、凹部１１の形状、周期を調整することにより、吸収波長ピークも調整できる。
【００４４】
なお、図２の構造では、周期的な凹部１１が吸収傘１０の上面のみ、つまり電磁波の入射面のみに設けているが、反射膜８により反射される光を吸収するために、吸収傘１０の裏面にも設けても良い。この場合、表面プラズモンは、吸収傘１０の裏面においても同様に発生する。
【００４５】
このように、本実施の形態１にかかる熱型赤外センサ素子１００では、周期的に配置された凹部１１を有する吸収傘１０を用いることにより、特定波長の赤外線を共振させ、その波長のみを選択的に吸収することが可能となり、従来のようなバンドパスフィルタを用いる必要がなくなり、効率的な検出が可能となる。また、バンドパスフィルタが不要となるため、センサモジュールとしての光学系が小型、簡略化できる。更には、検出特性の入射角度依存性が殆ど無くなる。
【００４６】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターン（凹部）を示す。凹部１０は平面が円形であり、他は図３の構造と同じである。ここでは、ａ＝ｂの真円としているが、ａとｂが異なる楕円でも良い。楕円の場合は、特定の偏光に対してのみ表面プラズモンが強調されるため、特定の偏光についてのみ検出を行う場合に利用できる。
【００４７】
図６は、図５の構造を有する吸収傘の吸収特性であり、ａ＝ｂ＝ｃ、吸収傘の材料はＡｕ、凹部１１の深さは１００ｎｍとした。
【００４８】
図６から、凹部１１を円形とすることによって、吸収量と、吸収のピーク波長を変化させることが可能となることが分かる。例えば、実線（０．５μｍ）は、パターン周期が１．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約１μｍである。一方、長い方の点線（１．０μｍ）では、パターン周期が２．０μｍ（ａ＋ｃ）であり、吸収のピーク波長は約２μｍよりやや長波長側にシフトしている。このように、凹部１１を円形とすることにより、吸収量、吸収ピーク数、吸収波長を変化させ、任意の波長の赤外線の検出が可能となる。
【００４９】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外センサ素子の吸収傘に設けた微細パターンの断面図である。実施の形態１、２では、凹部１１の断面は矩形であったが（例えば、図２参照）、本実施の形態３では、角部の無い丸みを帯びた形状となっている。つまり、断面において、凹部１１の最底面と最表面の、それぞれの頂点を結ぶ連続面（内壁）が曲面となっている。好ましくは、曲面がサイン（ｓｉｎ）カーブとなる。なお、吸収傘１０を上方からから見た場合、凹部１１は図１や図５のように矩形や円形となっている。
【００５０】
本実施の形態にかかる吸収傘１０では、凹部１１の側面が曲面となっているため、より広い入射角の電磁波に対して表面プラズモンが生じる。また、吸収傘１０では偏光依存性が小さくなるため、より広範な入射光を吸収できる。このため、高効率な熱変換が可能となり、赤外線の検出効率が高くなる。
【００５１】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図であり、図１に示す熱型赤外センサ素子１００をアレイ状に配置したものである。ここでは、説明を簡単にするために２行２列の合計４個の熱型赤外センサ素子からなる熱型赤外センサ素子アレイを示しているが、配置される熱型赤外センサ素子の個数に制限は無い。これらの熱型赤外センサ素子アレイは、外部の走査回路（図示せず）等により各行、各列の熱型赤外センサ素子を選択して、各素子が検出した情報を時系列に取り出す方式としてもよい。また、並列に読み出す方式であってもよい。
【００５２】
このように、熱型赤外センサ素子をアレイ状に並べて、一定の面内で特定の波長を選択的に検出することにより、画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。
【００５３】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。図９の熱型赤外センサ素子アレイでは、熱型赤外センサ素子の吸収傘１０に形成したパターンがそれぞれ異なり、図６に示したａ＝ｂ＝ｃ＝０．５μｍ（吸収傘Ａ１３）、１．０μｍ（吸収傘Ｂ１４）、１．５μｍ（吸収傘Ｃ１５）のパターンをそれぞれ形成した３つの熱型赤外センサ素子を組み合わせた構造となっている。これらの熱型赤外センサ素子は、それぞれ異なる波長において強い吸収ピークを有している。
【００５４】
図１０は、これら３つの異なる熱型赤外センサ素子を１単位として、多くの単位の熱型赤外センサ素子をアレイ化した熱型赤外センサ素子アレイの平面図である。ここでは、説明を簡単にするために１２個（４単位）の熱型赤外センサ素子からなる熱型赤外センサ素子アレイを示しているが、配置される熱型赤外センサ素子の個数に制限は無い。また、１単位の熱型赤外センサ素子の並べ方は、図１０に示すような三角形の配置でなくても良い。
【００５５】
これらの熱型赤外センサ素子アレイは、外部の走査回路（図示せず）等により各行、各列の熱型赤外センサ素子を選択して、各素子が検出した情報を時系列に取り出す方式としてもよく、または、並列に読み出す方式としてもよい。
【００５６】
このように、熱型赤外センサ素子をアレイ状に並べて、一定の面内で複数の波長を選択的に検出することにより、画像を検出する熱画像イメージャとして用いることが可能となる。また、複数の波長を選択的に吸収することで、実施の形態４の場合より詳しい画像が得られる。
【００５７】
実施の形態６．
図１１に、本発明の実施の形態６にかかる熱型赤外センサ素子の温度検知部４の断面図を示す。温度検知部４は、温度検知部４は検知膜５と薄膜金属配線６を含む。検知膜５は、例えばダイオードであり、シリコンからなる。薄膜金属配線６は、例えば厚みが１００ｎｍのチタン合金の膜からなる。検知膜５が出力した電気信号は、薄膜金属配線６を介して検出回路（図示せず）により取り出される。薄膜金属配線６と検知膜５の間の電気的接続は、必要に応じて上下方向に延在する導電体（図示せず）を介して行っても良い。
【００５８】
温度検知部４は、赤外線を吸収する吸収膜１６を、その上部に直接備えている。吸収膜１６はＡｕ、Ａｇなどの金属からなり、材料は検出対象となる表面波に合わせて選択される。更に、吸収膜１６には実施の形態１〜３で示したような、周期的な凹部が形成されており、構造により決定される表面プラズモンにより特定の波長の吸収が増加する。
【００５９】
なお、温度検知部４以外の構造は、図２の熱型赤外センサ素子１００と同じであり、温度検知部４は支持脚３で中空部２の上部に支持される。
【００６０】
このような、吸収傘と一体形成された温度検知部４を有する熱型赤外センサ素子では、所望の赤外波長が共振して選択的に吸収量が増加するため、特定波長のみを選択的に検出可能となる。また、吸収傘を支持柱で支持する工程が不要となり、製造工程が簡略化され、より安価に製品を製造できる。
【００６１】
なお、実施の形態４、５の熱型赤外センサ素子アレイに用いられる熱型赤外センサ素子として、本実施の形態６の熱型赤外センサ素子を用いても構わない。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基板、２ 中空部、３ 支持脚、４ 温度検知部、５ 検知膜、６ 薄膜金属配線、７ アルミニウム配線、８ 反射膜、９ 支持柱、１０ 吸収傘、１１ 凹部、１２ 絶縁膜、１３ 吸収傘Ａ、１４ 吸収傘Ｂ、１５ 吸収傘Ｃ、１６ 吸収膜、１００ 熱型赤外センサ素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検知部と、該温度検知部に熱的に接続された吸収部とを含み、該吸収部に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収部が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部および凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
温度検知部と、該温度検知部に熱的に接続された吸収部とを含み、該吸収部に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収部が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】
温度検知部と、該温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、該吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部および凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項４】
温度検知部と、該温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、該吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項５】
上記吸収部または上記吸収膜は、金属膜の単層構造、または金属膜と誘電体膜の多層構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項６】
上記吸収部または上記吸収膜の凸部は、平面が円形、楕円形、正方形、または長方形であり、断面が矩形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項７】
上記吸収部または上記吸収膜の凸部の側壁は、曲面から形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項８】
上記吸収部または上記吸収膜の凹部および凸部は一定の周期で配置され、その周期は上記特定波長と同程度であることを特徴とする請求項１または３に記載の半導体光素子。
【請求項９】
上記吸収部または上記吸収膜の凸部は一定の周期で配置され、その周期は上記特定波長と同程度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載された複数の半導体光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする半導体光装置。
【請求項１１】
第１の特定波長の表面波を誘起する第１の半導体光素子と、該第１の特定波長とは異なる第２の特定波長の表面波を誘起する第２の半導体光素子とを、アレイ状に配置したことを特徴とする請求項１０に記載の半導体光装置。
【請求項１２】
上記第１の半導体光素子の凹部および凸部の周期あるいは形状と、上記第２の半導体光素子の凹部および凸部の周期あるいは形状とが、異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体光装置。
【請求項１３】
上記第１の半導体光素子の凸部の周期あるいは形状と、上記第２の半導体光素子の凸部の周期あるいは形状とが、異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体光装置。
【請求項１】
温度検知部と、該温度検知部に熱的に接続された吸収部とを含み、該吸収部に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収部が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部および凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
温度検知部と、該温度検知部に熱的に接続された吸収部とを含み、該吸収部に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収部が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】
温度検知部と、該温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、該吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凹部および凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項４】
温度検知部と、該温度検知部の上に積層された吸収膜とを含み、該吸収膜に入射した光を検出する半導体光素子であって、
該吸収膜が、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された凸部を有し、該特定波長の入射光の吸収量を、該特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項５】
上記吸収部または上記吸収膜は、金属膜の単層構造、または金属膜と誘電体膜の多層構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項６】
上記吸収部または上記吸収膜の凸部は、平面が円形、楕円形、正方形、または長方形であり、断面が矩形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項７】
上記吸収部または上記吸収膜の凸部の側壁は、曲面から形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項８】
上記吸収部または上記吸収膜の凹部および凸部は一定の周期で配置され、その周期は上記特定波長と同程度であることを特徴とする請求項１または３に記載の半導体光素子。
【請求項９】
上記吸収部または上記吸収膜の凸部は一定の周期で配置され、その周期は上記特定波長と同程度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載された複数の半導体光素子をアレイ状に配置したことを特徴とする半導体光装置。
【請求項１１】
第１の特定波長の表面波を誘起する第１の半導体光素子と、該第１の特定波長とは異なる第２の特定波長の表面波を誘起する第２の半導体光素子とを、アレイ状に配置したことを特徴とする請求項１０に記載の半導体光装置。
【請求項１２】
上記第１の半導体光素子の凹部および凸部の周期あるいは形状と、上記第２の半導体光素子の凹部および凸部の周期あるいは形状とが、異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体光装置。
【請求項１３】
上記第１の半導体光素子の凸部の周期あるいは形状と、上記第２の半導体光素子の凸部の周期あるいは形状とが、異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体光装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図７】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図７】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７７６９６（Ｐ２０１２−１７７６９６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７２６６４（Ｐ２０１２−７２６６４）
【出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【分割の表示】特願２００９−２５０２４７（Ｐ２００９−２５０２４７）の分割
【原出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【分割の表示】特願２００９−２５０２４７（Ｐ２００９−２５０２４７）の分割
【原出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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