Au/Siナノピラーアレイを用いた 近赤外光シリコン型フォトディテクタ

摘要

近赤外光は通信波長帯として利用され，またグルコースなどの物質の吸収波長帯を持つので，光検出器やイメージャが盛hに研究されている波長帯である。シリコンはバンドギャップが約1.1eVであるため，単体では波長1.1μmより長波長の光を検出することができないという問題があった。仮にシリコンで赤外光を受光できれば，MEMSや可視イメージャと融合して，高機能なデバイスを提供できると見込まれる。近年，金属とシリコン界面に形成されるショットキー障壁を利用し，さらに金属アンテナ構造を用いたシリコン型の近赤外光検出器が報告されており，シリコンプロセスとコンパチブルな近赤外ディテクタを構成する方法のひとつとして有望視されている(1, 2)。こうしたデバイスは，数100 nmの長さの金属ナノロッドや回折格子構造で近赤外光吸収し，そのエネルギをショットキー障壁で電流に変換することで，近赤外光を電流信号として検知している(3, 4)。しかし，従来はアンテナを基板上に二次元配置するので，空間の効率的な利用に制限があった。我々は，これまでに自己組織化により形成した金ピラーを利用してアンテナを三次元方向に展開することで，光検出感度が増大することを実証した(5)。一方で，自己組織化では構造の均一性確保が難しいため，本論文では自己組織化ではなく，トップダウンプロセスにより均一なピラー型のアンテナを構成し，近赤外光ディテクタの実現に取り組hだ。