光器件的制作方法

1.本技术涉及光器件。


背景技术：

2.以往以来，已知有使用了作为金属与半导体的接合的肖特基接合的光电转换技术。其中，利用了肖特基接合中的表面等离子体激元共振的光电转换技术受到瞩目。
3.作为使用了这样的光电转换技术的光器件之一，提出了利用了肖特基接合中的表面等离子体激元共振的肖特基型的光检测元件(例如专利文献1)。
4.对于这种光检测元件而言，如果吸收光，则金属的自由电子通过表面等离子体激元共振暂时成为高能量状态。通过表面等离子体激元共振暂时成为高能量状态的电子被称作热电子(热载流子)，通过光的吸收在金属中生成的热电子超越金属与半导体之间的肖特基势垒而电荷分离，以光电流的形式在半导体侧流动。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2019-47016号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的问题
9.本技术的目的在于，提供能够在实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性的同时、以简易的结构减小暗电流的光器件。
10.用于解决问题的手段
11.本技术的光器件的一个方式具备：硅基板，其主面的晶面的面取向为(111)面，且在上述主面设置有凹凸结构；以及导电体，其与上述硅基板进行肖特基接合，其中，上述导电体与上述凹凸结构中的凸部及凹部中的至少一者的(111)面直接接合。
12.发明效果
13.根据本技术，可以得到能够在实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性的同时、以简易的结构减小暗电流的光器件。
附图说明
14.图1是示意性地表示实施方式的光器件的一部分的构成的立体图。
15.图2a是表示实施方式的光器件的一部分的构成的俯视图。
16.图2b是沿着图2a的iib-iib线切断时的实施方式的光器件的剖面图。
17.图3是示意性地表示实施方式的光器件中的凹凸结构的表面状态的图。
18.图4是表示在硅基板的凹凸结构的表面形成硅氧化膜并通过氢氟酸将硅氧化膜除去了的情况下的凹凸结构的凸部的表面状态的图。
19.图5是表示在硅基板的凹凸结构的表面形成硅氧化膜并通过氢氟酸将硅氧化膜除
去了之后、进一步利用氟化铵水溶液进行了清洁处理的情况下的凹凸结构的凸部的表面状态的图。
20.图6是示意性地表示实施方式的光器件的其他方式的剖面图。
21.图7是表示变形例1的光器件的一部分的构成的剖面图。
22.图8是表示变形例2的光器件的一部分的构成的俯视图。
具体实施方式
23.(达成得到本技术的一个方式的经过)
24.首先，在对本技术的实施方式具体地进行说明之前，对达成得到本技术的一个方式的经过进行说明。
25.作为使用了半导体的光检测元件，已知有半导体光检测元件。现在正在普及的半导体光检测元件利用了基于由带间跃迁带来的光吸收的光电转换，因此，无法检测具有比半导体的带隙能低的能量的光。
26.因此，要求能够进行在比以往更宽的波长区域中的光电转换的光检测元件。例如，如果能够检测近红外区域的光(以下记载为“近红外光”)，则可不分昼夜地使高灵敏度的成像成为可能，因此，要求能够以高灵敏度检测近红外光的光检测元件。此外，由于近红外光对于眼睛的安全性高，因此，也期待检测近红外光的光检测元件被利用于用于汽车的自动驾驶的传感器。
27.关于可见区域的光(以下记载为“可见光”)，利用硅(si)的光检测元件正在以较低的价格广泛地普及。然而，近红外光由于能量比可见光低，因此，如果不使用带隙能更小的半导体，则无法进行检测。
28.另一方面，提出了利用了作为金属与半导体的接合的肖特基接合中的表面等离子体激元共振的光检测元件。这种光检测元件能够检测包含至今为止难以利用的近红外区域中的长波长光的宽波长区域的光。
29.对于使用了肖特基接合的光检测元件而言，要求提高由表面等离子体激元共振带来的光检测灵敏度。因此，对用于增大由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的技术进行了研究。
30.另外，对于使用了肖特基接合的光检测元件而言，也要求光的吸收波长的控制性。即，期望具有能够调整波长吸收区域的结构的光检测元件。
31.因此，为了兼顾由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性，提出了具有凸部或凹部周期性地重复而形成的凹凸结构的光检测元件。例如，如上述专利文献1中公开的那样，提出了一种光检测元件，其具备：半导体层，其具有凸部及凹部周期性地重复而形成的周期性凹凸结构；以及金属膜，其与周期性凹凸结构对应地设置于半导体层的一面侧。
32.另一方面，对于使用了肖特基接合的光检测元件而言，期望减小由肖特基界面处的缺陷能级引起的暗电流。因此，在专利文献1中公开的光检测元件中通过采用使用了绝缘层的帽结构来减小暗电流。具体而言，在专利文献1中公开的光检测元件中，为了减小暗电流，在半导体层的周期性凹凸结构中的凸部的上表面与金属膜之间形成绝缘层，设置金属膜与半导体层的凸部不进行肖特基接合的部分。
33.然而，专利文献1中公开的光检测元件其器件结构本身变得复杂，而且由于形成绝缘层的工序和对绝缘层及半导体层这两者进行蚀刻的工序成为必须，因此制造工艺也复杂化。另外，在专利文献1中公开的光检测元件的结构中，难以使在整个肖特基界面没有缺陷，低暗电流化存在限制。
34.这样一来，在至今为止的光检测元件中，难以在实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性的同时、以简易的结构减小暗电流。即，(i)由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大、(ii)吸收波长的控制性、(iii)暗电流的减小是高灵敏度的光检测元件所要求的重要的要素，但是在至今为止的技术中，难以以简易的结构实现全部满足这些要素的光器件。
35.因此，本技术发明人对这样的问题进行了深入研究，结果发现一种光器件，其能够在实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性的同时、以简易的结构减小暗电流。
36.具体而言，本技术的光器件的一个方式具备：硅基板，其主面的晶面的面取向为(111)面，且在上述主面设置有凹凸结构；以及导电体，其与上述硅基板进行肖特基接合，其中，上述导电体与上述凹凸结构中的凸部及凹部中的至少一者的(111)面直接接合。
37.根据本技术的一个方式，由于在硅基板的主面设置有凹凸结构，因此，能够实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大与吸收波长的控制性的兼顾。而且，由于硅基板的主面的晶面的面取向为(111)面，因此，能够容易地提高硅基板的凹凸结构的表面平坦性。由此，能够减小由硅基板的凹凸结构与导电体的肖特基界面处的缺陷能级引起的暗电流。因此，能够不像专利文献1那样使用绝缘层的帽结构而以简易的结构减小暗电流。
38.这样一来，根据本技术的光器件的一个方式，能够在实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性的同时、以简易的结构减小暗电流。因此，能够实现具有优异的吸收波长的控制性和优异的光电转换效率的结构简易的光器件。
39.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述凸部的(111)面可以为上述凸部的上表面，上述凹部的(111)面可以为上述凹部的底面。
40.通过该构成，凸部的上表面或凹部的底面成为平坦面，因此，能够容易地谋求高光电转换效率与暗电流的减小的兼顾。
41.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述导电体可以与上述凸部的上表面及上述凹部的底面这两者直接接合。
42.通过该构成，导电体与凸部的上表面及凹部的底面这两者接合，因此，能够谋求更高的光电转换效率与暗电流减小的兼顾。
43.另外，在本技术的光器件的一个方式中，可以在上述凸部的侧面或上述凹部的侧面存在不与上述导电体接触的部分。
44.导电体与凸部的侧面和/或凹部的侧面接触时，与导电体不与凸部的侧面和/或凹部的侧面接触的情况相比，虽然肖特基界面的面积增加，但是由表面等离子体激元共振带来的光吸收率降低。而且，由于凸部的侧面及凹部的侧面的晶面的面取向不是(111)面，因此，凸部的侧面及凹部的侧面的平坦性比凸部的上表面及凹部的底面差。因此，如果凸部的侧面和/或凹部的侧面与导电体接触，则由肖特基界面处的缺陷能级引起的暗电流的减小反而受到阻碍。因此，通过在凸部的侧面或凹部的侧面存在不与导电体接触的部分，与导电
体和凸部的整个侧面或凹部的整个侧面接触的情况相比，能够抑制光吸收率的降低而提高光电转换效率，并且能够抑制肖特基界面处的缺陷能级而减小暗电流。此外，从光电转换效率提高和暗电流减小的观点考虑，导电体可以不与凸部的整个侧面及凹部的整个侧面接触。
45.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述凹凸结构可以具有通过表面等离子体激元共振来吸收电磁波的特性。
46.通过该构成，能够在照射了光等电磁波时诱发表面等离子体激元共振。
47.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述导电体可以是选自金、银、铜、钯及铝中的单一金属、或者包含这些金属中的至少一种的合金。
48.通过由具有优异的等离子特性的上述的任意金属构成导电体，能够以高效率生成热电子。即，通过使用这些金属，表面等离子体激元共振变得容易被诱发。由此，能够提高光电转换效率。另外，这些金属的合金层可以通过合金组成来调整功函数，因此，通过将导电体设为合金层，能够实现不与硅发生欧姆接触的程度的低的肖特基势垒，能够提高光电流取出效率。由此，能够进一步提高光电转换效率。
49.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述导电体可以是包含选自铟、锡、锌及镉中的至少一种的氧化物。
50.在该情况下，导电体例如为选自锡掺杂氧化铟(ito)、铝掺杂氧化锌(azo)、镓掺杂氧化锌(gzo)、及氧化镉(cdo)中的至少一种导电性氧化物。通过使用由这样的材料形成的导电体，在近红外区域等波长更长的区域的等离子体激元吸收的效率及热电子的输送效率提高。由此，能够进一步提高光电转换效率。
51.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述导电体可以是包含选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼及钨中至少一种的氮化物。
52.在该情况下，导电体例如为选自氮化钛(tin)、氮化锆(zrn)、氮化钽(tan)、氮化铪(hfn)、氮化钒(vn)、氮化铌(nbn)、氮化钼(mon)、及氮化钨(wn)中的至少一种金属氮化物。通过使用由这样的材料形成的导电体，能够在可见区域中的从长波长区域起至近红外区域为止的波长区域提高等离子体激元吸收的效率。由此，能够进一步提高光电转换效率。
53.另外，在本技术的光器件的一个方式中，上述导电体可以是由选自以上所述的金属或合金、以上所述的氧化物、及以上所述的氮化物中的至少两种形成的层叠结构。
54.通过该构成，能够容易引起光吸收，因此，能够进一步增加光吸收率，并且能够减小肖特基势垒。由此，能够进一步提高光电转换效率。
55.另外，在本技术的光器件的一个方式中，可以进一步具备将上述凸部、上述凹部及上述导电体覆盖的电极层。
56.通过该构成，能够通过电极层容易地取出通过接受光而被光电转换而成的电流。
57.以下，参照附图对本技术的具体的实施方式进行说明。此外，以下进行说明的实施方式均表示本技术的总括的例子或一个具体例子。因此，以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式、以及步骤及步骤的顺序等是一个例子，并不意图对本技术进行限定。因此，对于以下的实施方式中的构成要素之中没有记载于独立权利要求的构成要素，作为任选的构成要素进行说明。
58.另外，各图是示意图，并不一定是严格地进行了图示的示意图。因此，在各图中，比
例尺等并不一定一致。另外，在各图中，对实质上相同的构成标记相同的符号，对重复的说明进行省略或简化。
59.(实施方式)
60.首先，使用图1、图2a及图2b对实施方式的光器件1的构成进行说明。图1是示意性地表示实施方式的光器件1的一部分的构成的立体图。图2a是表示实施方式的光器件1的一部分的构成的俯视图。图2b是表示沿着图2a的iib-iib线切断时的实施方式的光器件1的剖面图。
61.如图1、图2a及图2b所示，光器件1具备硅基板10、和导电体20。
62.硅基板10例如为n型或p型的半导体基板，且作为光器件1中的半导体发挥功能。在本实施方式中，硅基板10为n型半导体基板。另外，硅基板10是主面的晶面的面取向为(111)面的si(111)基板。
63.如图1所示，在硅基板10的主面设置有凹凸结构11。即，凹凸结构11是硅基板10的一部分。通过将作为硅基板10的主面的(111)面加工成凹凸状，可以形成凹凸结构11。
64.凹凸结构11是纳米级尺寸的凸部及凹部中的至少一者通过周期性地重复而排列有多个而成的构成的微细结构体。构成凹凸结构11的多个凸部和/或多个凹部形成于硅基板10的主面(即(111)面)。另外，构成凹凸结构11的多个凸部和/或多个凹部沿着与硅基板10的主面平行的方向重复地形成。
65.如图1、图2a及图2b所示，本实施方式中的凹凸结构11由多个凸部11a构成。具体而言，凹凸结构11由多个凸部11a构成，该多个凸部11a沿着与硅基板10的主面平行且相互正交的两个轴的各自的方向周期性地形成。即，如图2a所示，在俯视下，多个凸部11a以矩阵状排列。由这样的多个凸部11a构成的凹凸结构11通过利用蚀刻等在硅基板10的主面形成凹部11b作为沟槽来制作。因此，凹凸结构11由周期性地排列的多个凸部11a、和作为相邻的两个凸部11a之间的部分的凹部11b构成。在该情况下，如图1及图2a所示，本实施方式中的凹部11b连续而不分离，但是凹部11b也可以分离成多个。此外，由于多个凸部11a周期地排列，因此，如图2b所示，在光器件1的剖面中，相邻的两个凹部11b也周期性地排列。
66.这样一来，在作为si(111)基板的硅基板10的一个主面设置有凹凸结构11作为具有凸部11a及凹部11b的沟槽结构或纹理结构。
67.多个凸部11a分别为由硅形成的柱状体(si柱)。例如，多个凸部11a各自的形状为四棱柱。作为一例，各凸部11a是俯视形状为正方形的四棱柱。在本实施方式中，全部凸部11a成为相同形状且相同尺寸，但不限定于此。
68.各凸部11a例如高度及宽度为10nm以上且小于1000nm，纵横比(高度/宽度)为0.5～2左右。换言之，凹部11b的深度及宽度为10nm以上且小于1000nm、纵横比(深度/宽度)为0.5～2左右。即，凹部11b不是深沟槽结构，而是浅沟槽结构。凸部11a及凹部11b的纵横比可以小于1.0。即，凸部11a及凹部11b可以是宽度比高度长的形状。另外，相邻的两个凸部11a或相邻的两个凹部11b的中心间距离可以为10nm以上且小于1000nm。此外，凸部11a及凹部11b的尺寸不限定于上述的数值范围。
69.凹凸结构11形成于作为硅基板10的主面的(111)面，因此，关于凸部11a及凹部11b，也可以形成于硅基板10的(111)面。具体而言，凸部11a的上表面及凹部11b的底面成为硅基板10的(111)面。
70.导电体20与硅基板10进行肖特基接合。导电体20可以与硅基板10的至少一部分进行肖特基接合。具体而言，导电体20与设置于硅基板10的凹凸结构11进行肖特基接合。与导电体20进行肖特基接合的凹凸结构11具有通过表面等离子体激元共振来吸收电磁波的特性。例如，凹凸结构11在照射了光作为电磁波时诱发表面等离子体激元共振而吸收光。
71.导电体20与凹凸结构11中的凸部11a及凹部11b中的至少一者的(111)面直接接合。在本实施方式中，导电体20与凸部11a的(111)面和凹部11b的(111)面这两者直接接合。具体而言，凸部11a的(111)面为凸部11a的上表面，凹部11b的(111)面为凹部11b的底面，因此，导电体20与凸部11a的上表面及凹部11b的底面这两者直接接合。
72.导电体20形成于多个凸部11a各自的上表面。即，形成于凸部11a的上表面的导电体20按照每个凸部11a的方式分离成多个而形成。在各凸部11a中，导电体20形成于凸部11a的整个上表面。即，各凸部11a的上表面被导电体20覆盖。另外，形成于凹部11b的底面的导电体20遍及凹凸结构11中的凹部11b的整个底面地形成。
73.在本实施方式中，在凸部11a的侧面存在不与导电体20接触的部分。具体而言，导电体20不形成于凸部11a的整个侧面及凹部11b的整个侧面，凸部11a的整个侧面及凹部11b的整个侧面露出。此外，凸部11a的侧面是位于凸部11a的横向的外壁面，凹部11b的侧面是位于凹部11b的横向的内壁面。在本实施方式中，凸部11a的侧面与凹部11b的侧面相同。因此，关于凹部11b的侧面，也存在不与导电体20接触的部分。
74.导电体20例如是厚度为纳米级尺寸的薄膜的导电膜。导电体20的厚度小于凸部11a的高度或凹部11b的深度。作为一例，导电体20的膜厚可以为100nm以下、50nm以下、进而可以为20nm以下。此外，导电体20的膜厚在光器件1的整个区域中恒定，但也可以在局部不同。
75.对于导电体20而言，为了高效地诱发表面等离子体激元共振，根据入射的电磁波的波长或器件结构等来选择最适当的材料。作为导电体20的材料，例如可以使用金属。
76.具体而言，导电体20为选自金(au)、银(ag)、铜(cu)、钯(pd)及铝(al)中的单一金属、或者包含这些金属中的至少一种的合金。在本实施方式中，导电体20为由au及ag形成的合金膜(auag合金膜)。
77.导电体20可以是包含至少两种金属的金属间化合物或固溶体合金。“金属间化合物”是指两种以上的金属以简单的整数比键合而成的化合物，并且是原子遍及较长距离(例如1nm以上)保持秩序而规律地排列而成的合金。“固溶体合金”是指多个金属元素在晶体内均匀并且无秩序地分布的单相的合金，是指保持任意金属的结构并且具有其他金属侵入或取代而成的结构的合金。
78.某一物质是否为合金例如可以通过使用了扫描型透射电子显微镜(stem)的元素分布来确认。该物质只要不分离成作为其构成要素的多个金属元素的相，就可以判断为合金。更具体而言，例如只要满足以下的(1)及(2)的条件，就可以说导电体20是第一金属及第二金属的合金。
79.(1)在使用stem以1nm
×
1nm的分解能进行了元素分布测定时，在导电体20所占的整个区域之中80％以上的区域中检测到第一金属及第二金属。
80.(2)由能量分散型x射线分析(edx)及线分析，在层的剖面也以反映了组成比的比例检测到第一金属及第二金属。
81.某一物质是否为固溶体合金例如可以基于由x射线衍射法得到的衍射图案来确认。在该衍射图案中，只要基于维加德(vegard)定律反映组成比并观测到从第一金属单质及第二金属单质的峰位置的峰漂移，就可以判断导电体20为第一金属及第二金属的固溶体合金。
82.另一方面，导电体20是否为金属间化合物例如可以通过基于电子束衍射法或x射线衍射法的分析来确认。由电子束衍射法或x射线衍射法得到的衍射图案只要与专业书等文献所公开的第一金属及第二金属的金属间化合物的衍射图案一致，就可以判断合金层12为第一金属及第二金属的金属间化合物。
83.在金属间化合物的组成比与文献所公开的组成比不同的情况下，有时会根据晶面间距的偏差而仅观察到衍射斑(在x射线衍射的情况下为峰)的间距的偏差。在该情况下，可以根据由使用了stem的晶粒的结构分析得到的晶格图像来求出晶格间距，并基于根据该晶格间距算出的峰位置与文献所公开的峰位置是否一致来判断是否包含金属间化合物。或者，也可以通过edx求出晶粒的组成比并根据维加德(vegard)定律算出晶格间距，并基于该晶格间距算出的峰位置与文献所公开的峰位置是否一致来判断是否包含金属间化合物。
84.此外，导电体20可以为包含选自铟(in)、锡(sn)、锌(zn)及镉(cd)中的至少一种的氧化物。
85.另外，导电体20可以为包含选自钛(ti)、锆(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、钼(mo)及钨(w)中的至少一种的氮化物。
86.或者，导电体20可以为由选自下述(i)、(ii)以及(iii)中的至少两种形成的层叠结构：(i)选自金、银、铜、钯及铝中的单一金属或包含这些金属中的至少一种的合金、(ii)包含选自铟、锡、锌及镉中的至少一种的氧化物、以及(iii)包含选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼及钨中的至少一种的氮化物。即，导电体20可以为由多层形成的层叠膜。
87.如上所述地构成的光器件1可以用作通过照射光而进行光电转换的光检测元件。对于本实施方式中的光器件1而言，通过将在被照射了光时由表面等离子体激元共振诱发的热电子以电流的形式取出，能够实现光电转换功能。例如，如果光入射至光器件1，则该光通过表面等离子体激元共振而被导电体20高效地吸收，在导电体20中诱发热电子。在导电体20中被诱发的热电子通过导电体20与硅基板10的肖特基接合而被光电转换。具体而言，在导电体20中被诱发的热电子超越导电体20与硅基板10的凹凸结构11中的凸部11a及凹部11b之间的肖特基势垒而被电荷分离，并以光电流的形式在硅基板10侧流动。
88.在图1所示的构成的光器件1中，由于基于纳米天线结构的表面等离子体激元共振而使得光吸收率变高，因此，能够提高光电转换效率。例如，在本实施方式中的光器件1中，能够将近红外光的光吸收率提高至90％左右。
89.另外，本实施方式中的光器件1由于具有凹凸结构11，因此能够控制诱发表面等离子体激元共振的电磁波的波长区域。例如，通过调整凹凸结构11中的凸部11a及凹部11b的形状及尺寸，能够控制入射至光器件1的光的波长区域。具体而言，通过调整凸部11a(si柱)的宽度或高度、凸部11a的周期、导电体20的膜厚，或者调整凹部11b的宽度或深度、凹部11b的周期、导电体20的膜厚，能够使入射至光器件1的光的吸收峰波长偏移。在该情况下，通过增大凸部11a及凹部11b的宽度，能够使吸收峰波长向长波长侧偏移。作为一例，在使用了auag合金膜(例如膜厚15nm)作为导电体20的情况下，通过调整凸部11a的宽度、高度及周
期，能够将光器件1的吸收峰波长设为1310nm、或者设为1550nm。这样一来，根据本实施方式中的光器件1，能够独立地设计对于表面等离子体激元共振最适当的结构。由此，能够谋求光吸收率的提高和由低肖特基势垒化带来的灵敏度提高的兼顾。
90.接下来，对本实施方式的光器件1的制造方法进行说明。
91.首先，制作具有凹凸结构11的硅基板10。具有凹凸结构11的硅基板10例如可以使用电子束光刻等布图技术来制作。
92.例如，作为硅基板10，准备主面的晶面的面取向为(111)面的si(111)基板，通过旋涂法等在硅基板10的主面涂布正型的抗蚀剂，对期望的部位照射电子束，然后进行显影处理，由此将照射了电子束的部位的抗蚀剂除去。对于该硅基板10，通过利用使用了sf6气体等蚀刻气体的反应性离子蚀刻技术等，对仅除去了抗蚀剂的部位的硅基板10的主面进行蚀刻。由此，可以使由凸部11a及凹部11b构成的凹凸结构11形成于硅基板10的主面。
93.接下来，进行用于使通过蚀刻露出的硅基板10的凹凸结构11的表面(露出面)清洁化、并减少硅基板10的表面缺陷的处理。
94.例如，对形成有凹凸结构11的硅基板10例如通过食人鱼(piranha)溶液等除去了硅基板10的表面的污染，然后通过氟化铵水溶液(nh4f水溶液)进行硅基板10的凹凸结构11的表面的清洁处理。
95.由此，如图3所示，可以将凹凸结构11的表面设为埃尺寸(即原子水平)的高度的台阶/平台结构。由此，能够以原子水平使凹凸结构11中的硅基板10的(111)面平坦化。图3是示意性地表示在原子水平下观察凹凸结构11的凸部11a的上表面或凹部11b的底面的一部分时的剖面的图。如图3所示，通过进行清洁处理，硅基板10的凹凸结构11的表面成为由在原子水平下为完全平坦面的平台与高度差部分的台阶形成的台阶/平台结构。
96.此外，作为用于清洁处理的氟化铵水溶液，可以使用经脱氧化的氟化铵水溶液。另外，用于清洁处理的处理剂不限定于氟化铵水溶液。也可以通过脱氧化超纯水来代替氟化铵水溶液进行清洁处理。
97.这样一来，通过使用si(111)基板作为硅基板10，可以将硅基板10的凹凸结构11的表面设为台阶/平台结构。具体而言，可以将作为凹凸结构11的(111)面的凸部11a的上表面及凹部11b的底面设为台阶/平台结构从而设为原子水平下的平坦面。
98.而且，通过进行硅基板10的凹凸结构11的表面的清洁处理，可以如图3所示那样用氢对成为台阶/平台结构的凹凸结构11的平台的表面(即，凸部11a的上表面、凹部11b的底面)上的硅的未键合键进行封端。此外，也存在氧等除氢以外的原子吸附于台阶/平台结构的台阶的情况，对于台阶而言，可以用氢进行封端。
99.因此，通过对作为形成有凹凸结构11的si(111)基板的硅基板10的表面实施清洁处理而进行清洁化，可以将凹凸结构11中的凸部11a的上表面及凹部11b的底面设为在原子水平下被平坦化且被氢封端的平坦面。
100.此外，在本实施方式中，在硅基板10形成了凹凸结构11之后，进行了利用氟化铵水溶液的清洁处理的工序，但也可以在该清洁处理的工序之前进行在硅基板10的表面形成氧化膜的工序、和将氧化膜除去的工序。具体而言，在硅基板10形成了凹凸结构11之后，通过退火处理或强酸处理使硅基板10的表面氧化而有意地形成硅氧化膜，接着通过氢氟酸(hf)将硅氧化膜除去，然后通过氟化铵水溶液进行清洁处理。由此，在凹凸结构11的表面形成膜
厚均匀的硅氧化膜，因此，通过将该硅氧化膜除去，能够将凹凸结构11的整个表面设为均匀的台阶/平台结构。因此，可以进一步减少凹凸结构11的表面缺陷。此外，在通过氢氟酸(hf)将硅氧化膜除去时，可以有意地进行蚀刻，将硅氧化膜下的硅表面层与硅氧化膜一起除去。由此，可以将露出的凹凸结构11的(111)面的整个表面设为更均匀的台阶/平台结构。
101.接下来，在进行了硅基板10的清洁处理之后，形成导电体20。例如，可以通过溅射法或真空蒸镀法等使导电体20成膜。由此，可以制造图1、图2a及图2b所示的结构的光器件1。此外，使导电体20成膜时，有时在凸部11a的侧面(或凹部11b的侧面)的一部分也形成有导电体20。
102.对于如此制造的光器件1而言，由于进行了硅基板10的清洁处理，所以能够将凹凸结构11中的凸部11a的上表面及凹部11b的底面设为在原子水平下被平坦化且被氢封端的平坦面。由此，能够大幅减少硅基板10的凹凸结构11的表面缺陷。因此，能够抑制在凹凸结构11的硅与导电体20的界面形成氧化物层，能够无缺陷地将凹凸结构11与导电体20直接接合。
103.此处，使用图4及图5对凹凸结构11的表面的清洁处理的效果进行说明。图4示出在凹凸结构11的表面形成硅氧化膜并通过氢氟酸将硅氧化膜除去的情况下的凹凸结构11的凸部11a的表面状态。另外，图5示出在凹凸结构11的表面形成硅氧化膜并通过氢氟酸将硅氧化膜除去之后、进一步进行了利用氟化铵水溶液的清洁处理的情况下的凹凸结构11的凸部11a的表面状态。即，图4是未通过氟化铵水溶液进行凹凸结构11的清洁处理的情况，图5是通过氟化铵水溶液进行了凹凸结构11的清洁处理的情况。此外，图4及图5是原子力显微镜图像，在图4及图5中，(a)二维地示出凸部11a的上表面的一部分，(b)三维地示出凸部11a的上表面的一部分。
104.如图4所示，在未通过氟化铵水溶液进行凹凸结构11的清洁处理的情况下，凹凸结构11的表面虽然被平坦化，但是未在原子水平下被平坦化。如图4所示，在未进行清洁处理的情况下，没有观测到台阶/平台结构。
105.另一方面，如图5所示，可知：在通过氟化铵水溶液进行了凹凸结构11的清洁处理的情况下，在凹凸结构11的表面观测到台阶/平台结构，凹凸结构11的硅表面成为在原子水平下几乎平坦的面。在这样的状态下，凹凸结构11的表面成为无缺陷的状态。另外，还可知：成为台阶/平台结构的凹凸结构11的表面被氢封端。
106.此外，在本实施方式中的光器件1中，只要凹凸结构11中的凸部11a的上表面a及凹部11b的底面的表面缺陷能够减少，则不一定需要能够明确认到如图5所示的台阶/平台结构这样的状态。即，即使在如图4那样没有进行清洁处理的情况下，通过使用si(111)基板作为硅基板10，与使用si(100)基板或si(110)基板作为硅基板10的情况相比，也能够将凹凸结构11的表面设为平坦。另外，硅基板10的表面是否被氢封端例如可以通过傅立叶变换红外光谱法(ft-ir)来辨别。此外，通过该ft-ir对由si-h键或si-h2键带来的红外光吸收峰进行分析，由此能够鉴定si-h键状态或si-h2键状态，可以作为硅基板10的表面平坦性或缺陷状态等的指标。
107.以上，根据本实施方式的光器件1，由于在硅基板10的主面设置有凹凸结构11，因此，能够谋求由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大与吸收波长的控制性的兼顾。
108.而且，由于硅基板10的主面的晶面的面取向为(111)面，因此，能够容易地提高硅基板10的凹凸结构11的表面平坦性。具体而言，能够将凹凸结构11的凸部11a的上表面及凹部11b的底面设为在原子水平下平坦的面。其结果是，能够减少凸部11a的上表面及凹部11b的底面各自的缺陷。由此，能够以低缺陷使凸部11a及凹部11b与导电体20直接接合。因此，能够减小由硅基板10的凹凸结构11与导电体20的肖特基界面处的缺陷能级引起的暗电流。
109.这样一来，根据本实施方式的光器件1，能够在实现由表面等离子体激元共振带来的光吸收率的增大和吸收波长的控制性的同时，以简易的结构减小暗电流。因此，能够实现具有优异的吸收波长的控制性和优异的光电转换效率的结构简易的光器件1。
110.此外，通过光器件1中的光电转换得到的电流可以通过如图6所示的光器件1a那样使用第一电极层31及第二电极层32来取出。图6所示的光器件1a成为相对于上述光器件1进一步具备第一电极层31和第二电极层32的构成。另外，第一电极层31与第二电极层32通过电线40电连接。
111.第一电极层31将凸部11a、凹部11b及导电体20覆盖。具体而言，第一电极层31将导电体20和凹凸结构11的整个露出面覆盖。因此，第一电极层31形成为跨越通过形成于各凸部11a的上表面而被分离成多个的导电体20。即，第一电极层31与通过凹凸结构11相互分离的多个导电体20分别相接。
112.第一电极层31为欧姆电极层。因此，第一电极层31与导电体20接触的部分成为欧姆接触。另外，第一电极层31与硅基板10接触的部分也成为欧姆接触。具体而言，第一电极层31与凸部11a的侧面(或凹部11b的侧面)接触的部分成为欧姆接触。
113.第一电极层31只要是对导电体20具有欧姆特性的材料，则材料的种类任意。然而，在图6中第一电极层31形成于光器件1a的电磁波的入射侧的情况下，期望对该电磁波的波长具有透过特性。例如，在光器件1a吸收可见光或红外光的情况下，作为第一电极层31，可以使用由氧化铟锡(ito)等形成的透明导电膜。
114.第二电极层32形成于与硅基板10的形成有凹凸结构11的主面相反侧的主面。具体而言，如果将硅基板10的形成有凹凸结构11的主面作为第一主面，则第二电极层32形成于与第一主面反向的第二主面。例如，第二电极层32可以形成于硅基板10的第二主面的整个面，但也可以形成于第二主面的一部分。
115.第二电极层32是欧姆电极层。因此，第二电极层32与硅基板10接触的部分成为欧姆接触。第二电极层32只要是对硅基板10具有欧姆特性的材料，则材料的种类任意。
116.在如上所述地构成的光器件1a中，通过对光器件1a照射从光源2射出的光，与上述光器件1同样，通过导电体20与硅基板10的肖特基接合，由表面等离子体激元共振诱发的热电子被光电转换而流动电流。在光器件1a中生成的电流能够被通过电线40连接的第一电极层31与第二电极层32取出至光器件1a的外部。即，如果从光源2对光器件1a照射光，则电流通过电线40在光器件1a中流动。
117.此外，在图6中，光源2配置于硅基板10的形成有导电体20的一侧(第一主面侧)。具体而言，光源2配置于光器件1的第一电极层31侧。因此，光源2向光器件1a的第一电极层31照射光。作为一例，光源2为激光二极管、发光二极管等使用了半导体发光元件的固体发光光源、或者氙灯、汞灯、卤素灯等。光源2只要是包含光器件1a的吸收峰波长的光，则也可以射出包含较宽的波长范围的光。光源2的波长范围被确定为包含光器件1a的表面等离子体
激元共振的波长。光源2可以是光器件1a的构成要素，也可以是光器件1a的外部的要素。
118.(变形例)
119.以上，基于实施方式对本技术的光器件进行了说明，但本技术不限定于上述实施方式。
120.例如，在上述实施方式中，导电体20形成于凹凸结构11中的凸部11a的上表面和凹部11b的底面，在凸部11a的侧面(即凹部11b的侧面)没有形成导电体20，但不限定于此。具体而言，也可以如图7所示的光器件1b那样，导电体20b可以不仅形成于凸部11a的上表面及凹部11b的底面，还形成于凸部11a的侧面(即凹部11b的侧面)。在图7中，导电体20b不使凹凸结构11的表面露出，而沿着凹凸结构11的凹凸形状将凹凸结构11的整个表面覆盖。根据图7所示的光器件1b，在不像图6所示的光器件1a那样必须设置第一电极层31的情况下就能够将在光器件1b产生的电流取出。即，在图7所示的光器件1b中，导电体20b不仅作为诱发表面等离子体激元共振的结构体发挥功能，而且也作为用于将所诱发的热电子以电流的形式取出的电极发挥功能。
121.另外，在上述实施方式中的光器件1中，凹凸结构11中的凸部11a在俯视下以矩阵状排列多个的方式形成，但不限定于此。例如，如图8所示的光器件1c那样，凹凸结构11c可以在俯视下以梳形的方式形成。具体而言，凹凸结构11c具有相当于梳齿的条状的多条第一凸部11a1、和将多条第一凸部11a1的端部彼此连接的第二凸部11a2作为凸部。多条第一凸部11a1沿着一个方向延伸，且相互平行。此外，相邻的两条第一凸部11a1之间的部分为凹部11b。
122.另外，在上述实施方式中，导电体20与凸部11a的上表面及凹部11b的底面这两者直接接合，但不限定于此。例如，导电体20可以仅与凸部11a的上表面及凹部11b的底面中的任一面直接接合。即，导电体20可以仅与凸部11a的上表面及凹部11b的底面中的任一面进行肖特基接合。
123.另外，在上述实施方式中，凹凸结构11由周期性地形成的多个凸部11a构成，但不限定于此。凹凸结构11也可以由周期性地形成的多个凹部11b构成。即，在上述光器件1中，凹凸结构11可以是凸部11a与凹部11b成为相反的关系的形状。此外，凹凸结构11可以是分别周期性地形成有多个凸部11a及凹部11b的构成。
124.另外，在上述实施方式中，凹凸结构11由单一形状的凸部11a及凹部11b构成，但不限定于此。可以由具有多个宽度、高度、深度的凸部11a及凹部11b构成，凸部11a及凹部11b的剖面形状不仅成为矩形状，也可以成为梯形状。另外，在上述实施方式中，凸部11a(si柱)由俯视形状为正方形的四棱柱构成，但不限定于此，也可以成为长方形的四棱柱、多棱柱、或圆柱。另外，在上述实施方式中，凹凸结构11通过以单一周期排列的方式构成，但不限定于此，也可以成为具有多个周期的排列、无规的排列。在这些构成的情况下，显示出与多个波长下的表面等离子体激元共振相伴的宽的吸收光谱，对于检测波长的宽频带化而言是有用的。
125.另外，在上述实施方式中，光源2配置于硅基板10的形成有导电体20的一侧(第一主面侧)，但也可以配置于与第一主面侧反向的第二主面侧。在该情况下，光源2必须选择具有对硅基板10显示出透过性的近红外光、或者比该近红外光波长更长的电磁波、而且对于第二电极层32也对来自光源2的电磁波显示出透过性的材料(氧化铟锡(ito)等)。通过设为
这样的构成，能够高效地激发硅基板10与导电体20的肖特基界面处的表面等离子体激元共振，能够减小被诱发的热电子传播至肖特基界面时的损耗，因此，对于光电转换效率的提高而言是有用的。
126.此外，本领域技术人员对上述实施方式实施想到的各种变形而得到的方式、在不脱离本技术的主旨的范围任意组合各实施方式中的构成要素及功能而实现的方式也包括在本技术中。
127.产业上的可利用性
128.本技术的技术可以利用于进行光电转换的任意的用途。例如，本技术的光器件可以用作图像传感器等光检测元件等。
129.符号说明
130.1、1a、1b、1c 光器件
131.2 光源
132.10 硅基板
133.11、11c 凹凸结构
134.11a 凸部
135.11a1 第一凸部
136.11a2 第二凸部
137.11b 凹部
138.20、20b 导电体
139.31 第一电极层
140.32 第二电极层
141.40 电线。