特許 7567606 光素子、及び、光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】光素子、及び、光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/786 20060101AFI20241008BHJP

   B82Y 20/00 20110101ALI20241008BHJP

   B82Y 30/00 20110101ALI20241008BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20241008BHJP

   C01B 32/186 20170101ALI20241008BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20241008BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20241008BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20241008BHJP

   H01L 31/08 20060101ALI20241008BHJP

   H10K 10/46 20230101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 618C

B82Y20/00

B82Y30/00

B82Y40/00

C01B32/186

G01J1/02 R

H01L29/78 301H

H01L29/78 613Z

H01L29/78 618B

H01L31/08 Z

H10K10/46

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021049148

(22)【出願日】2021-03-23

(65)【公開番号】P2022147762

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-10-12

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、防衛装備庁、安全保障技術研究推進制度、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】近藤 大雄

【審査官】市川 武宜

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１７８５５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５７５０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０９２２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３８４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ３１／０８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

Ｈ１０Ｋ １０／４６

Ｂ８２Ｙ ２０／００

Ｂ８２Ｙ ３０／００

Ｂ８２Ｙ ４０／００

Ｃ０１Ｂ ３２／１８６

Ｇ０１Ｊ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の第１多層グラフェンと、
前記第１多層グラフェンに接続される第１電極と、
前記第１多層グラフェンに接続される第２電極と
を含み、
前記第１多層グラフェンは、前記第１多層グラフェンの上面から凹み、平面視で円形の開口形状を有する複数の第１凹部を有する、光素子。

【請求項2】

前記第１多層グラフェンの上に設けられる第１ゲート絶縁層と、
前記第１ゲート絶縁層の上に設けられる第１ゲート電極であって、平面視で前記第１電極と前記第２電極との間に設けられる第１ゲート電極と
をさらに含む、請求項１に記載の光素子。

【請求項3】

前記第１ゲート電極の平面視でのサイズは、前記第１多層グラフェンの平面視でのサイズの半分以下である、請求項２に記載の光素子。

【請求項4】

前記第１ゲート電極は、平面視で前記第１多層グラフェンの中心に対して前記第１電極側又は前記第２電極側にオフセットして設けられる、請求項２又は３に記載の光素子。

【請求項5】

前記第１ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の金、白金、パラジウム、又は銀で作製される電極である、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項6】

前記第１ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の多層グラフェン又はカーボンナノチューブで作製される電極である、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項7】

前記複数の第１凹部の内周面は、前記第１多層グラフェンの上面側から下方に向かって直径が段階的に小さくなる階段状の形状を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項8】

前記第１多層グラフェンの上に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の第２多層グラフェンと、
前記第２多層グラフェンに接続される第３電極と、
前記第２多層グラフェンに接続される第４電極と
をさらに含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項9】

前記第２多層グラフェンの上に設けられる第２ゲート絶縁層と、
前記第２ゲート絶縁層の上に設けられる第２ゲート電極であって、平面視で前記第３電極と前記第４電極との間に設けられる第２ゲート電極と
をさらに含む、請求項８に記載の光素子。

【請求項10】

前記第２ゲート電極の平面視でのサイズは、前記第２多層グラフェンの平面視でのサイズの半分以下である、請求項９に記載の光素子。

【請求項11】

前記第２ゲート電極は、平面視で前記第３電極と前記第４電極との間で前記第３電極側又は前記第４電極側にオフセットして設けられる、請求項９又は１０に記載の光素子。

【請求項12】

前記第２ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の金、白金、パラジウム、又は銀で作製される電極である、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項13】

前記第２ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の多層グラフェン又はカーボンナノチューブで作製される電極である、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項14】

前記第２多層グラフェンは、前記第２多層グラフェンの上面から凹み、平面視で円形の開口形状を有する複数の第２凹部を有する、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の光素子。

【請求項15】

前記複数の第２凹部の内周面は、前記第２多層グラフェンの上面側から下方に向かって直径が段階的に小さくなる階段状の形状を有する、請求項１４に記載の光素子。

【請求項16】

基板と、
前記基板の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の多層グラフェンを形成する工程と、
マスクを利用したエッチング処理によって前記多層グラフェンをパターニングして第１多層グラフェンを形成する工程と、
前記第１多層グラフェンの上面から凹み、平面視で円形の開口形状を有する複数の第１凹部を形成する工程と、
前記第１多層グラフェンに接続される第１電極及び第２電極を形成する工程と
を含む、光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光素子、及び、光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基板の上に複数のグラフェン層と複数のバンドパスフィルタ層とを交互に積層した熱イメージングシステムがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－２００２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の熱イメージングシステムは、グラフェン層の吸光効率が低いため、光の吸収効率が低い。このため、光熱電効果によって得られる電流が少ない。

【0005】

そこで、光の吸収効率を向上させた光素子、及び、光素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態の光素子は、基板と、前記基板の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の第１多層グラフェンと、前記第１多層グラフェンに接続される第１電極と、前記第１多層グラフェンに接続される第２電極とを含む。

【発明の効果】

【0007】

光の吸収効率を向上させた光素子、及び、光素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１の光素子１００を示す断面図である。

【図2】実施形態１の光素子１００を示す平面図である。

【図3】光素子１００の製造工程を示す図である。

【図4】光素子１００の製造工程を示す図である。

【図5】実施形態１の変形例の光素子１００Ａを示す断面図である。

【図6】実施形態２の光素子２００を示す断面図である。

【図7】実施形態２の光素子２００を示す平面図である。

【図8】光素子２００の製造工程を示す図である。

【図9】光素子２００の製造工程を示す図である。

【図10】実施形態２の変形例のアンチドット２８０Ｍを示す図である。

【図11】実施形態２の変形例の光素子２００Ａを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の光素子、及び、光素子の製造方法を適用した実施形態について説明する。

【0010】

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１の光素子１００を示す断面図である。図２は、実施形態１の光素子１００を示す平面図である。図１は、図２のＡ－Ａ矢視断面を示す。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

【0011】

光素子１００は、基板１１０、絶縁層１２０、多層グラフェン１３０、電極１４０、電極１５０、絶縁層１６０、及びゲート電極１７０を含む。また、絶縁層１６０はゲート絶縁層１６０Ａを有する。光素子１００は、上方から光が入射することによって、多層グラフェン１３０が光熱電効果で電流を出力し、電極１４０及び電極１５０から電流を出力するデバイスである。

【0012】

また、一般的に、多層グラフェンは紫外線から赤外線までの光スペクトルの全体にわたって吸収可能であるが、実施形態１では、一例として、光素子１００の多層グラフェン１３０は、波長が８μｍの赤外線を吸収して電流を出力することを想定している。このような光素子１００は、例えば赤外線センサとして利用可能であり、人感センサ、又は、温度分布を検出するセンサ等として利用可能である。ただし、光素子１００の用途は、これらに限られるものではない。

【0013】

光素子１００は、一例として、多層グラフェン１３０、電極１４０、電極１５０、絶縁層１６０、及びゲート電極１７０を４段重ねた構成を有し、最も下の１段目から最も上の４段目まで同様の構成を有する。４つの多層グラフェン１３０のうちのいずれか２つのうちの下側に位置する多層グラフェン１３０は第１多層グラフェンの一例であり、上側に位置する多層グラフェン１３０は第２多層グラフェンの一例である。

【0014】

第１多層グラフェンとしての多層グラフェン１３０と同一の段に含まれる電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａ、及びゲート電極１７０は、それぞれ、第１電極、第２電極、第１ゲート絶縁層、第１ゲート電極の一例である。また、第２多層グラフェンとしての多層グラフェン１３０と同一の段に含まれる電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａ、及びゲート電極１７０は、それぞれ、第３電極、第４電極、第２ゲート絶縁層、第２ゲート電極の一例である。

【0015】

基板１１０は、一例としてシリコン（Ｓｉ）製の基板である。基板１１０は、平坦な上面を有していればよい。基板１１０の上面には絶縁層１２０が設けられる。なお、基板１１０の材質はシリコンに限られず、樹脂等でもよい。

【0016】

絶縁層１２０は、基板１１０の上面に設けられ、一例として酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜である。絶縁層１２０の上面には多層グラフェン１３０が形成されるため、絶縁層１２０は基板１１０と多層グラフェン１３０とを絶縁するためと、基板１１０から多層グラフェン１３０への異物の混入を抑制するために設けられる。なお、基板１１０が樹脂製である場合には、絶縁層１２０の代わりに反射層を設けてもよい。多層グラフェン１３０を透過した光を多層グラフェン１３０に戻すことにより、光の吸収効率をさらに向上させるためである。

【0017】

次に、多層グラフェン１３０、電極１４０、電極１５０、絶縁層１６０、及びゲート電極１７０について説明する。ここでは、４段構成のうちの最も下の１段目の構成について説明する。

【0018】

多層グラフェン１３０は、絶縁層１２０の上において、絶縁層１２０のＸ方向の長さとＹ方向の幅との中央部分に設けられている。多層グラフェン１３０は、一例として触媒金属の上にＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長)法で形成したランダム多層グラフェンを絶縁層１２０の上に転写することによって、絶縁層１２０の上に設けられている。ランダム多層グラフェンは、層と層をランダムに積層して多層化したものであり、単層グラフェンと同様の電子特性を示す。この点において、ランダム多層グラフェンは、ＨＯＰＧ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ：高配向性熱分解グラファイト)から作製されるグラフェンとは異なる。

【0019】

ここで、多層グラフェン１３０における光の吸収率を向上させるためには、多層グラフェン１３０を厚くして層数を多くすることが考えられる。しかしながら、多層グラフェン１３０の各層は電気的に独立している。また、多層グラフェン１３０は数ｎｍから数１０ｎｍの厚さであるのに対して、電極１４０及び１５０の厚さは約６０ｎｍ以上であり、電極１４０及び１５０の方が多層グラフェン１３０よりも厚い。このため、多層グラフェン１３０のＸ方向の両端の側面と上面に電極１４０及び１５０を接続すると、多層グラフェン１３０のうちの上層部分は電極１４０及び１５０との平面的な接続部分があることで接触抵抗が低くなる。電極１４０及び１５０が多層グラフェン１３０の上を覆う部分のＸ方向の長さ及びＹ方向の幅は数μｍ程度である。しかしながら、多層グラフェン１３０のうちの中層及び下層の部分は層間抵抗が高く、側面だけが電極１４０及び１５０と接続するため、接触抵抗が高くなる。

【0020】

多層グラフェン１３０における光の吸収効率を増大させるには多層グラフェン１３０の厚さを厚くすることが求められる。一方で、多層グラフェン１３０が出力する電流を電極１４０及び１５０で効率的に取り出すには、多層グラフェン１３０と電極１４０及び１５０との接触抵抗が小さいことが求められる。多層グラフェン１３０を厚くすると、電極１４０及び１５０との接触抵抗が大きい中層及び下層の部分が増える。

【0021】

実施形態１では、光の吸収効率を増大と、電極１４０及び１５０との接触抵抗の低減とのバランスを取る観点から、各多層グラフェン１３０の厚さを５ｎｍ以下とする。厚さが２．７ｎｍ程度の８層の多層グラフェンでＨＯＰＧから作製されるグラフェンと同程度の抵抗率（５６μΩｃｍ）が得られることが過去に報告されており、また、厚さを３０ｎｍにした多層グラフェンは６７３μΩｃｍという非常に高い抵抗率を示すことが確認できていることから、各多層グラフェン１３０の厚さは１ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることが好ましい。また、各多層グラフェン１３０の厚さは２ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0022】

厚さが５ｎｍの多層グラフェン１３０は、層数が１０層から１５層程度である。厚さが２ｎｍの多層グラフェン１３０の層数は、４層から６層程度である。実施形態１では、多層グラフェン１３０とは、一例として４層以上のグラフェンが重なったものをいう。

【0023】

電極１４０は、多層グラフェン１３０の－Ｘ方向側に接続されている。電極１５０は、多層グラフェン１３０の＋Ｘ方向側に接続されている。上述したように電極１４０及び１５０は多層グラフェン１３０よりも厚いため、多層グラフェン１３０の側面から上面を覆っている。電極１４０のうちの多層グラフェン１３０の上に位置する部分と、電極１５０のうちの多層グラフェン１３０の上に位置する部分とは、Ｘ方向において離間している。また、電極１４０及び１５０の一部は絶縁層１２０の上に位置する。

【0024】

電極１４０及び１５０としては、例えば、チタン（Ｔｉ）層と金（Ａｕ）層の積層体を用いることができる。電極１４０及び１５０としては、一例として、多層グラフェン１３０の側面及び上面と絶縁層１２０の上面とに厚さ１０ｎｍのチタン層を作製し、チタン層の上に厚さ５０ｎｍの金層を作製した積層体を用いることができる。

【0025】

絶縁層１６０は、多層グラフェン１３０と電極１４０及び１５０との上に設けられている。絶縁層１６０には、ゲート電極１７０が埋め込まれている。絶縁層１６０のうちゲート電極１７０の下にある部分は、ゲート絶縁層１６０Ａである。ゲート絶縁層１６０Ａは、絶縁層１６０の中に示す破線よりも下の部分である。

【0026】

絶縁層１６０としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）層を用いることができる。絶縁層１６０の厚さは、一例として１０ｎｍである。絶縁層１６０には、少なくとも多層グラフェン１３０が吸収する波長の光を透過することが求められる。厚さ１０ｎｍの絶縁層１６０は、多層グラフェン１３０が吸収する波長が８μｍの赤外線に対して透明であり、光を殆ど吸収しない。

【0027】

ゲート電極１７０は、絶縁層１６０の上に設けられている。すなわち、ゲート電極１７０は、絶縁層１６０を介して多層グラフェン１３０の上に設けられている。ゲート電極１７０は、平面視で多層グラフェン１３０の中心から＋Ｘ方向側にオフセットして設けられており、所定の電圧が印加される。平面視で多層グラフェン１３０の中心からオフセットした位置に設けたゲート電極１７０に電圧を印加すると、多層グラフェン１３０に電位勾配が生じ、光熱電効果で生じた電流を取り出しやすくなるからである。多層グラフェン１３０に電位勾配が生じさせることで、電気的なドーピング効果が得られる。なお、所定の電圧は、一例として３０Ｖ程度でよい。なお、ゲート電極に印加する電圧範囲としては、絶縁膜にも依存するが、－４０Ｖから４０Ｖの範囲が一例として挙げられる。

【0028】

実施形態１では、電極１４０及び１５０は、多層グラフェン１３０の上で－Ｘ方向側と＋Ｘ方向側とにそれぞれ設けられており、Ｘ方向において電極１４０及び１５０が多層グラフェン１３０と重なる部分のＸ方向の長さは等しい。このため、ゲート電極１７０は、電極１４０と電極１５０とを結ぶ方向（Ｘ方向）において、電極１５０側にオフセットして設けられている。ゲート電極１７０に所定の電圧として正電圧を印加すれば、多層グラフェン１３０の内部において、電流は、電極１４０及び１５０のうち電位が高い方から低い方に流れることになる。

【0029】

ゲート電極１７０の平面視でのサイズは、多層グラフェン１３０に電位勾配を生じさせるために、多層グラフェン１３０の平面視でのサイズの半分以下であることが好ましい。また、実施形態１では、ゲート電極１７０は、電極１４０と電極１５０とを結ぶ方向（Ｘ方向）において、電極１５０側にオフセットして設けられている形態について説明するが、電極１５０側にオフセットしていてもよい。すなわち、ゲート電極１７０は、多層グラフェン１３０の平面視での中心から－Ｘ方向側にオフセットしていてもよい。

【0030】

ゲート電極１７０は、多層グラフェン１３０と重ねて設けられるため、少なくとも多層グラフェン１３０が吸収する波長の光を透過することが求められる。すなわち、ゲート電極１７０には、多層グラフェン１３０が吸収する波長が可視光や赤外線に対して透明であり、光を殆ど吸収しないことが求められる。可視光を対象とする場合、ゲート電極１７０としては、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び銀（Ａｇ）等の金属を用いることができる。これらの金属は放射率が０．０１～０．０３程度である。また、赤外線を対象とする場合、ゲート電極１７０としては、酸化インジウム―酸化亜鉛（ＩＺＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）等の酸化物系金属材料を用いることができる。これらの金属製の透明電極をゲート電極１７０として用いる場合には、厚さは１０ｎｍ以下でよい。

【0031】

また、ゲート電極１７０として、多層グラフェン又はカーボンナノチューブのようなナノカーボン材料を用いることもできる。多層グラフェン又はカーボンナノチューブは、可視光から赤外光領域まで吸収はするものの（可視光領域ではグラフェン１層辺り２．３％程度）、金属電極ほどの厚みは不要であるため最小限の透過量を保持しつつ透明電極として適用可能である。多層グラフェン又はカーボンナノチューブをゲート電極１７０用の透明電極として用いる場合には、厚さは５ｎｍ以下でよい。さらに、ナノ材用であれば、銀ナノワイヤ―などのナノ金属ワイヤーも適用可能である。その場合も、ゲート電極１７０用の厚みとしては、５ｎｍ以下でよい。

【0032】

２段目の多層グラフェン１３０と電極１４０及び１５０とは、１段目の絶縁層１６０の上に設けられる。２段目及び３段目の多層グラフェン１３０、電極１４０、電極１５０、絶縁層１６０、及びゲート電極１７０の構成は、１段目の構成と同様である。４段目の多層グラフェン１３０、電極１４０、電極１５０、及びゲート電極１７０の構成は、１段目の構成と同様であるが、４段目は最上段であるため、多層グラフェン１３０の上には絶縁層１６０ではなく、ゲート絶縁層１６０Ａのみが設けられている。

【0033】

４段の構成に含まれる４つの多層グラフェン１３０の平面視におけるサイズは等しく、厚さも等しい。また、４つの電極１４０の構成及び位置はすべて等しく、４つの電極１５０の構成及び位置はすべて等しい。４つのゲート絶縁層１６０Ａの構成及び位置はすべて等しく、４つのゲート電極１７０のサイズ及び位置は等しい。４つのゲート電極１７０には同一の所定電圧を印加することが好ましい。

【0034】

以上のような４段構成の光素子１００は、４段の光素子を電気的に並列に接続することによって、光熱電効果で出力する電流を増やしており、より高い光の吸収効率が得られるようにしている。

【0035】

次に、図３及び図４を用いて光素子１００の製造方法について説明する。図３及び図４は、光素子１００の製造工程を示す図である。

【0036】

まず、図３（Ａ）に示すように、基板１１０の上に設けられた絶縁層１２０の上面に、多層グラフェン１３０Ａを転写する。多層グラフェン１３０Ａは、触媒金属の上にＣＶＤ法で形成したランダム多層グラフェンである。

【0037】

触媒金属として、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）のいずれか１つ、又は、いずれか２つ以上を含む合金を用いることができる。このような触媒金属は、熱酸化膜（例えば厚さ３００ｎｍ）付きのシリコン基板又はサファイア基板上に、スパッタ法又は蒸着法によって堆積した触媒金属層を用いればよい。触媒金属層の厚さは、例えば５０ｎｍから１０００ｎｍである。触媒効果を高めるために、触媒金属層の下地金属として、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）等の金属（単体）、酸化物、又は窒化物を熱酸化膜付きのシリコン基板又はサファイア基板上に堆積してもよい。

【0038】

多層グラフェンの合成を熱ＣＶＤ法で行う場合は、アセチレン混合ガス（アセチレンにアルゴン（Ａｒ）を混合した混合ガス）を用い、一例として混合比はアセチレンが１０％である。成長炉の温度を約７００℃に設定し、アルゴンガスで一定圧力（１ｋＰａ）に保持した状態で、アセチレンガスを導入する。アセチレン混合ガスの割合は総圧に対して、５００ｐｐｍ程度である。合成温度は、７００℃に限定されず、５００℃から１２００℃まで幅広い温度領域にて多層グラフェンの合成が可能である。ただし、９００℃以上の高温の場合はアセチレンよりもメタンの方がグラフェン合成に適している。なお、触媒金属の厚さについては、合成温度が高温の場合には触媒金属が薄いと金属の凝集が生じるため、合成温度が９００℃以上の高温の場合には３００ｎｍ以上の厚さが適している。

【0039】

また、合成方法としては、熱ＣＶＤ法以外にもホットフィラメントＣＶＤ法又はリモートプラズマＣＶＤ法を用いてもよく、原料ガスとして、アセチレン以外にメタン、エチレン等の炭化水素系ガス、エタノール又はメタノール等のアルコール系ガスを使用してもよい。希釈ガスとして、アルゴン以外にヘリウム又は水素を用いることも可能である。

【0040】

以上のようにして触媒金属層の上に形成した多層グラフェンを基板１１０の上に設けられた絶縁層１２０の上面に転写することで、図３（Ａ）に示すように、多層グラフェン１３０Ａを基板１１０の上に設けられた絶縁層１２０の上面に設けた積層体が得られる。

【0041】

次に、図３（Ａ）に示す多層グラフェン１３０Ａを図３（Ｂ）に示す多層グラフェン１３０に加工する。具体的には、図３（Ａ）に示す多層グラフェン１３０Ａに対して、フォトリソグラフィで作製したレジストを利用して、酸素を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）等によるパターニングを行うことによって、図３（Ｂ）に示す多層グラフェン１３０に加工する。パターニングを行った後に、レジストを除去する。

【0042】

次に、図３（Ｃ）に示すように、電極１４０及び１５０を作製する。例えば、電子ビーム蒸着装置でチタン層（１０ｎｍ）と金層（５０ｎｍ）とを連続的に堆積し、リフトオフによって図３（Ｃ）に示す電極１４０及び１５０の部分を残すことによって作製することができる。

【0043】

次に、図４（Ａ）に示すように多層グラフェン１３０の上にゲート絶縁層１６０Ａを作製する。フォトリソグラフィで作製したレジストを利用して、多層グラフェン１３０のうちの電極１４０及び１５０の間から露出する部分の上面に、例えば熱ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積）法で、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のゲート絶縁層１６０Ａを作製する。ゲート絶縁層１６０Ａの厚さは１０ｎｍ程度でよい。ゲート絶縁層１６０Ａの作製後にレジストを除去する。

【0044】

次に、図４（Ｂ）に示すようにゲート絶縁層１６０Ａの上にゲート電極１７０を作製する。図４（Ａ）に示す絶縁層１２０、電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａの上に、ゲート電極１７０用の金属層を形成し、フォトリソグラフィ又はＥＢ(Electron Beam)リソグラフィで作製したレジストを用いてパターニングを行うことで、ゲート電極１７０を作製することができる。なお、パターニングを行った後に、レジストを除去する。

【0045】

次に、図４（Ｃ）に示すように、絶縁層１６０を作製する。フォトリソグラフィで作製したレジストを利用して、絶縁層１２０、電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａ、ゲート電極１７０の上に、例えば熱ＡＬＤ法で、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の絶縁層を作製すれば、ゲート絶縁層１６０Ａを含む絶縁層１６０を作製することができる。絶縁層１６０を作製することにより、ゲート電極１７０は埋め込みゲート電極になる。図４（Ｃ）の工程で作製する絶縁層の厚さは、例えば２０ｎｍ程度でよい。絶縁層１６０の作製後にレジストを除去する。

【0046】

以上で１段目の光素子が完成する。２段目の光素子を作製するには、１段目についての図４（Ｃ）の工程が終了した後に、図３（Ａ）～図４（Ｃ）の工程と同様の工程を行えばよい。このときに、図３（Ａ）に対応する工程では、１段目の絶縁層１６０の上に多層グラフェン１３０Ａを転写すればよい。３段目及び４段目の光素子は、２段目と同様の工程を繰り返し行うことで作製することができる。

【0047】

以上のように、光素子１００では、４つの多層グラフェン１３０が積層されて電気的に並列に接続されている。また、ゲート電極１７０が平面視で多層グラフェン１３０の中心からオフセットして設けられ、所定の電圧が印加されるため、多層グラフェン１３０に電位勾配が生じ、光熱電効果で生じた電流を取り出しやすくなる。このため、光素子１００の光の吸収効率を向上させることができる。

【0048】

したがって、光の吸収効率を向上させた光素子１００、及び、光素子１００の製造方法を提供することができる。

【0049】

また、多層グラフェン１３０の上にゲート絶縁層１６０Ａを介して設けられるゲート電極１７０を含むので、多層グラフェン１３０に電位勾配を生じさせることができ、光熱電効果で生じた電子を効率的に取り出すことができる。

【0050】

また、ゲート電極１７０の平面視でのサイズは多層グラフェン１３０の半分以下であるため、多層グラフェン１３０に電位勾配を生じさせ易くなり、光熱電効果で生じた電子を効率的に取り出すことができる。

【0051】

また、ゲート電極１７０は、平面視で多層グラフェン１３０の中心に対して電極１５０側にオフセットして設けられるので、電極１４０及び１５０を結ぶ方向において多層グラフェン１３０に電位勾配を生じさせることができ、光熱電効果で生じた電子を効率的に取り出すことができる。なお、ゲート電極１７０は、平面視で多層グラフェン１３０の中心に対して電極１４０側にオフセットして設けられていてもよく、同様に電位勾配を生じさせることができる。

【0052】

また、ゲート電極１７０は、可視光領域の光素子の場合、厚さが１０ｎｍ以下の金、白金、パラジウム、又は銀で作製される電極であるので、多層グラフェン１３０が吸収する可視光を殆ど吸収しない透明電極である。このため、多層グラフェン１３０における光の吸収効率を増大させることができる。また、ゲート電極１７０は、赤外領域の光素子の場合、厚さが１０ｎｍ以下の酸化インジウム―酸化亜鉛、酸化亜鉛、酸化インジウムや酸化スズで作製される電極であるので、多層グラフェン１３０が吸収する赤外光を殆ど吸収しない電極である。

【0053】

また、ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の多層グラフェン又はカーボンナノチューブで作製される電極であるので、多層グラフェン１３０が吸収する光を殆ど吸収しない透明電極である。このため、多層グラフェン１３０における光の吸収効率を増大させることができる。

【0054】

なお、以上では、４つの多層グラフェン１３０が積層されて電気的に並列に接続されている４段構成の光素子１００について説明したが、段数は何段であってもよい。また、１段でも十分な電流が得られる場合には１段の構成であってもよい。

【0055】

図５は、実施形態１の変形例の光素子１００Ａを示す断面図である。光素子１００Ａは１段構成である。光素子１００Ａは、基板１１０、絶縁層１２０、多層グラフェン１３０、電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａ、及びゲート電極１７０を含む。１段の多層グラフェン１３０で十分電流が得られる場合には、図５に示す光素子１００Ａの構成であってよい。

【0056】

また、ゲート電極１７０を含まずに、基板１１０の下側に設けたバックゲート電極から多層グラフェン１３０に電圧を印加してもよい。この場合には、光素子１００Ａはゲート電極１７０を含まなくてよい。また、図１に示すように複数段を含む光素子１００においても、基板１１０の下側に位置するバックゲート電極から各段の多層グラフェン１３０に電圧を印加可能である場合には、図１に示す光素子１００は、４つのゲート電極１７０を含まなくてもよい。

【0057】

＜実施形態２＞
図６は、実施形態２の光素子２００を示す断面図である。図７は、実施形態２の光素子２００を示す平面図である。図６は、図７のＢ－Ｂ矢視断面を示す。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

【0058】

光素子２００は、基板１１０、絶縁層１２０、多層グラフェン２３０、電極１４０、電極１５０、絶縁層１６０、及びゲート電極１７０を含む。光素子２００は、実施形態１の光素子１００の多層グラフェン１３０を多層グラフェン２３０に置き換えた構成を有する。多層グラフェン２３０は、複数のアンチドット２８０を有する点が実施形態１の多層グラフェン１３０と異なる。その他の構成は、実施形態１の光素子１００と同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

【0059】

実施形態２においても、一例として、光素子２００の多層グラフェン２３０は、波長が８μｍの赤外線を吸収して電流を出力することを想定している。このような光素子２００は、例えば赤外線センサとして利用可能であり、人感センサ、又は、温度分布を検出するセンサ等として利用可能である。ただし、光素子２００の用途は、これらに限られるものではない。

【0060】

格段の多層グラフェン２３０には、上面から凹み、平面視で円形の開口形状を有する複数のアンチドット２８０が設けられている。４つの多層グラフェン２３０のうちのいずれか２つのうちの下側に位置する多層グラフェン２３０は第１多層グラフェンの一例であり、上側に位置する多層グラフェン２３０は第２多層グラフェンの一例である。第１多層グラフェンの一例としての多層グラフェン２３０に設けられる複数のアンチドット２８０は、複数の第１凹部の一例であり、第２多層グラフェンの一例としての多層グラフェン２３０に設けられる複数のアンチドット２８０は、複数の第２凹部の一例である。

【0061】

アンチドット２８０は、多層グラフェン２３０の上面から円柱状に凹んでおり、多層グラフェン２３０の厚さの約半分に相当する深さを有する。アンチドット２８０は多層グラフェン２３０を貫通しておらず、穴状の凹みである。多層グラフェン２３０のうち、下側の約半分を多層グラフェン部２３１、アンチドット２８０が形成された上半分を多層グラフェン部２３２と区別して説明する。多層グラフェン部２３１にはアンチドット２８０は形成されておらず、アンチドット２８０は多層グラフェン２３０のうちの多層グラフェン部２３１よりも上側の多層グラフェン部２３２の内部に形成されている。また、一例として、アンチドット２８０は、多層グラフェン部２３２のうちの－Ｘ方向側の約１／３の部分に形成されている。

【0062】

アンチドット２８０に光が入射すると、表面プラズモン共鳴によってプラズモンが励起される。すなわち、多層グラフェン２３０には局所プラズモンが励起される。局所プラズモンが励起されると、光の吸収効率が格段に増大する。一方で、アンチドット２８０は、例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置によるエッチング処理で形成されるため、多層グラフェン部２３２はアンチドット２８０が形成されることによってダメージを受け、キャリアの移動度が約２０％～約３０％低下する。

【0063】

また、多層グラフェン２３０の下半分の多層グラフェン部２３１は、アンチドット２８０が形成されておらず、ダメージを受けていないので、高い光の吸収効率が得られるとともに、多層グラフェン部２３２よりもキャリアの移動度が高く、良好な電気的特性が得られる。

【0064】

実施形態２の光素子２００は、アンチドット２８０で局所プラズモンを利用して光の吸収効率を増大させ、主に下半分の多層グラフェン部２３１で効率的にキャリアを電極１４０及び１５０に移動させる。一例として、多層グラフェン２３０の厚さは、２ｎｍ～５ｎｍ程度であり、多層グラフェン部２３１及び２３２の厚さは略等しい。また、多層グラフェン２３０を実施形態１の多層グラフェン１３０よりも厚くする場合には、基板１１０側からの異物の侵入等の影響を抑制することができる。

【0065】

また、アンチドット２８０の直径と間隔によって、多層グラフェン２３０に吸収される光の波長を設定することができる。光素子２００の多層グラフェン２３０は、波長が８μｍの赤外線を吸収して電流を出力することを想定しているため、波長が８μｍの赤外線の吸収効率が向上するように、アンチドット２８０の直径と間隔を設定すればよい。アンチドット２８０の直径とは、円形の開口形状を有するアンチドット２８０の開口の直径である。アンチドット２８０の間隔とは、複数のアンチドット２８０のうち、隣り合うアンチドット２８０同士の間隔（開口同士の間隔）である。

【0066】

ここでは、多層グラフェン２３０は、波長が８μｍの赤外線を吸収して電流を出力する形態について説明するが、多層グラフェン２３０が吸収する光の波長は８μｍに限定されるものではない。アンチドット２８０の直径は、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍであればよく、複数のアンチドット２８０の間隔は、１０ｎｍ～１０００ｎｍであればよい。

【0067】

このようにアンチドット２８０を有する多層グラフェン２３０は、微弱な光でも吸収可能なので、より高感度になる。

【0068】

次に、図８及び図９を用いて光素子２００の製造方法について説明する。図８及び図９は、光素子２００の製造工程を示す図である。

【0069】

まず、図８（Ａ）に示すように、基板１１０の上に設けられた絶縁層１２０の上面に、多層グラフェン２３０Ａを転写する。多層グラフェン２３０Ａは、触媒金属の上にＣＶＤ法で形成したランダム多層グラフェンである。図８（Ａ）に示す製造工程は、図３（Ａ）に示す製造工程と同様である。

【0070】

次に、図８（Ａ）に示す多層グラフェン２３０Ａを図８（Ｂ）に示す多層グラフェン２３０に加工する。図８（Ｂ）に示す製造工程は、図３（Ｂ）に示す製造工程と同様である。

【0071】

次に、図８（Ｃ）に示すように、多層グラフェン２３０の上にレジスト２９０を作製する。レジスト２９０には、アンチドット２８０形成するための貫通孔２９１が形成されている。このようなレジスト２９０の作製は、例えばＥＢリソグラフィで行えばよい。

【0072】

次に、レジスト２９０を用いて、一例としてリアクティブイオンエッチング装置によるエッチング処理でアンチドット２８０を作製する。貫通孔２９１を有するレジスト２９０を利用してエッチングすることによって、複数の貫通孔２９１の下方に複数のアンチドット２８０がそれぞれ形成される。その後、有機溶剤を用いてレジスト２９０をリフトオフすることにより、図８（Ｄ）に示す積層体が得られる。

【0073】

例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いて加速電圧４００Ｖとした場合に、平均の電流密度が０．１６０ｍＡ／ｃｍ^２程度で、１００秒程度の時間でアンチドット２８０を加工することができる。エッチング処理に用いるガスは、アルゴン等のガスを用いることができる。一例として、アンチドット２８０の直径は４００ｎｍで間隔は６００ｎｍである。なお、多層グラフェン２３０は酸素又は酸素プラズマによって除去可能であるため、アッシング装置で加工してもよい。

【0074】

次に、図９（Ａ）に示すように、電極１４０及び１５０を作製する。例えば、電子ビーム蒸着装置でチタン層（１０ｎｍ）と金層（５０ｎｍ）とを連続的に堆積し、リフトオフによって図９（Ａ）に示す電極１４０及び１５０の部分を残すことによって作製することができる。図９（Ａ）に示す製造工程は、図３（Ｃ）に対応する製造工程である。

【0075】

次に、図９（Ｂ）に示すように多層グラフェン２３０の上にゲート絶縁層１６０Ａを作製する。フォトリソグラフィで作製したレジストを利用して、多層グラフェン２３０のうちの電極１４０及び１５０の間から露出する部分の上面に、例えば熱ＡＬＤ法で、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のゲート絶縁層１６０Ａを作製する。ゲート絶縁層１６０Ａの厚さは１０ｎｍ程度でよい。ゲート絶縁層１６０Ａの作製後にレジストを除去する。図９（Ｂ）に示す製造工程は、図４（Ａ）に対応する製造工程である。

【0076】

次に、図９（Ｃ）に示すようにゲート絶縁層１６０Ａの上にゲート電極１７０を作製する。図９（Ａ）に示す絶縁層１２０、電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａの上に、ゲート電極１７０用の金属層を形成し、フォトリソグラフィ又はＥＢリソグラフィで作製したレジストを用いてパターニングを行うことで、ゲート電極１７０を作製することができる。なお、パターニングを行った後に、レジストを除去する。図９（Ｃ）に示す製造工程は、図４（Ｂ）に対応する製造工程である。

【0077】

次に、図９（Ｄ）に示すように、絶縁層１６０を作製する。フォトリソグラフィで作製したレジストを利用して、絶縁層１２０、電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａ、ゲート電極１７０の上に、例えば熱ＡＬＤ法で、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の絶縁層を作製すれば、ゲート絶縁層１６０Ａを含む絶縁層１６０を作製することができる。絶縁層１６０を作製することにより、ゲート電極１７０は埋め込みゲート電極になる。図９（Ｄ）の工程で作製する絶縁層の厚さは、例えば２０ｎｍ程度でよい。絶縁層１６０の作製後にレジストを除去する。図９（Ｄ）に示す製造工程は、図４（Ｃ）に対応する製造工程である。

【0078】

以上で１段目の光素子が完成する。２段目の光素子を作製するには、１段目についての図９（Ｄ）の工程が終了した後に、図８（Ａ）～図９（Ｄ）の工程と同様の工程を行えばよい。このときに、図８（Ａ）に対応する工程では、１段目の絶縁層１６０の上に多層グラフェン２３０Ａを転写すればよい。３段目及び４段目の光素子は、２段目と同様の工程を繰り返し行うことで作製することができる。

【0079】

以上のように、光素子２００では、４つの多層グラフェン２３０が積層されて電気的に並列に接続されている。また、ゲート電極１７０が平面視で多層グラフェン２３０の中心からオフセットして設けられ、所定の電圧が印加されるため、多層グラフェン２３０に電位勾配が生じ、光熱電効果で生じた電流を取り出しやすくなる。また、多層グラフェン２３０にはアンチドット２８０が設けられているため、局所プラズモンを利用して光の吸収効率をさらに増大させることができる。このため、光素子２００の光の吸収効率を向上させることができる。

【0080】

したがって、光の吸収効率を向上させた光素子２００、及び、光素子２００の製造方法を提供することができる。

【0081】

なお、以上では、アンチドット２８０が円柱状の凹部である形態について説明したが、アンチドット２８０を有する多層グラフェン２３０の代わりに、図１０に示すアンチドット２８０Ｍを有する多層グラフェン２３０Ｍを用いてもよい。図１０は、実施形態２の変形例のアンチドット２８０Ｍを示す図である。図１０には、アンチドット２８０ＭのＺ軸に平行な中心軸を通り、ＸＺ平面に平行な断面を示す。

【0082】

アンチドット２８０Ｍは、多層グラフェンの上面側から下方に向かって直径が段階的に小さくなる階段状の形状を有する。図１０には、一例として１０段の階段状に形成したアンチドット２８０Ｍを示す。局所プラズモンは、アンチドット２８０Ｍの角（エッジ）で励起される。アンチドット２８０Ｍは、ＲＩＥ法で多層グラフェン２３０Ｍの表面側からアンチドット２８０Ｍを形成する際に、直径が段々と小さくなるようにエッチングすることによって作製することができる。

【0083】

例えば、アンチドット２８０Ｍの階段状の内周面の直径を波長が８μｍ～１２μｍの赤外線に対応させれば、波長は８μｍ～１２μｍの赤外線の吸収効率を向上させることができる。このようなアンチドット２８０Ｍを有する多層グラフェン２３０Ｍを用いることにより、光の吸収効率がより良好な光素子、及び、光素子の製造方法を提供することができる。

【0084】

一例として、８μｍ～１２μｍの赤外線の表面プラズモン共鳴を得るためには、一例として、アンチドット２８０Ｍの最上部における直径を４００ｎｍ、間隔を６００ｎｍに設定し、最下部における直径を２００ｎｍ、間隔を８００ｎｍに設定すればよい。アンチドット２８０Ｍの最上部と最下部との間では、直径が４００ｎｍ～２００ｎｍ、間隔が６００ｎｍ～８００ｎｍの範囲で段階的（離散的）な値を取る。

【0085】

また、アンチドット２８０を形成する際のエッチング処理では、加工精度によってアンチドット２８０の直径に誤差が生じる場合がある。図１０に示すように階段状の内周面を有するアンチドット２８０Ｍを用いることによって表面プラズモン共鳴が生じる波長に幅を持たせることができ、エッチング処理における直径の誤差を吸収し、所望の波長の光をより確実に吸収する構成を実現することができる。

【0086】

また、格段の多層グラフェン２３０のアンチドット２８０の直径とピッチがことなるようにしてもよい。このようにすることで、階段状の内周面を有するアンチドット２８０Ｍと同様に、複数の波長の光の吸収効率を向上させることができる。

【0087】

また、以上では、４つの多層グラフェン２３０が積層されて電気的に並列に接続されている４段構成の光素子２００について説明したが、段数は何段であってもよい。また、１段でも十分な電流が得られる場合には１段の構成であってもよい。

【0088】

図１１は、実施形態２の変形例の光素子２００Ａを示す断面図である。光素子２００Ａは１段構成である。光素子２００Ａは、基板１１０、絶縁層１２０、多層グラフェン２３０、電極１４０、電極１５０、ゲート絶縁層１６０Ａ、ゲート電極１７０、及びアンチドット２８０を含む。図１１では、多層グラフェン部２３１と多層グラフェン部２３２を示す破線を省いて示す。１段の多層グラフェン１３０で十分電流が得られる場合には、図１１に示す光素子２００Ａの構成であってよい。

【0089】

なお、図１１に示す光素子２００Ａでは、図６及び図７に示す光素子２００よりも多くのアンチドット２８０が設けられており、多層グラフェン２３０のうちの電極１４０及び１５０の間から露出する部分の全体に設けられている。アンチドット２８０は、このように多層グラフェン２３０のうちの電極１４０及び１５０の間から露出する部分の全体に設けられていてもよい。より多くのアンチドット２８０により、局所プラズモンがより広い範囲に発生し、光の吸収効率をより向上させることができる。

【0090】

また、ゲート電極１７０を含まずに、基板１１０の下側に設けたバックゲート電極から多層グラフェン２３０に電圧を印加してもよい。この場合には、光素子２００Ａはゲート電極１７０を含まなくてよい。また、図６に示すように複数段を含む光素子２００においても、基板１１０の下側に位置するバックゲート電極から各段の多層グラフェン２３０に電圧を印加可能である場合には、図６に示す光素子２００は、４つのゲート電極１７０を含まなくてもよい。

【0091】

以上、本発明の例示的な実施形態の光素子、及び、光素子の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の第１多層グラフェンと、
前記第１多層グラフェンに接続される第１電極と、
前記第１多層グラフェンに接続される第２電極と
を含む、光素子。
（付記２）
前記第１多層グラフェンの上に設けられる第１ゲート絶縁層と、
前記第１ゲート絶縁層の上に設けられる第１ゲート電極であって、平面視で前記第１電極と前記第２電極との間に設けられる第１ゲート電極と
をさらに含む、付記１に記載の光素子。
（付記３）
前記第１ゲート電極の平面視でのサイズは、前記第１多層グラフェンの平面視でのサイズの半分以下である、付記２に記載の光素子。
（付記４）
前記第１ゲート電極は、平面視で前記第１多層グラフェンの中心に対して前記第１電極側又は前記第２電極側にオフセットして設けられる、付記２又は３に記載の光素子。
（付記５）
前記第１ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の金、白金、パラジウム、又は銀で作製される電極である、付記２乃至４のいずれか１項に記載の光素子。
（付記６）
前記第１ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の酸化インジウム―酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、又は酸化スズ（ＳｎＯ_２）で作製される電極である、付記２乃至４のいずれか１項に記載の光素子。
（付記７）
前記第１ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の多層グラフェン、カーボンナノチューブ、又は銀ナノワイヤ―で作製される電極である、付記２乃至４のいずれか１項に記載の光素子。
（付記８）
前記第１多層グラフェンは、前記第１多層グラフェンの上面から凹み、平面視で円形の開口形状を有する複数の第１凹部を有する、付記１乃至７のいずれか１項に記載の光素子。
（付記９）
前記複数の第１凹部の直径は、１０ｎｍ～１０００ｎｍである、付記８に記載の光素子。
（付記１０）
前記複数の第１凹部の間隔は、１０ｎｍ～１０００ｎｍである、付記８又は９に記載の光素子。
（付記１１）
前記複数の第１凹部の内周面は、前記第１多層グラフェンの上面側から下方に向かって直径が段階的に小さくなる階段状の形状を有する、付記８乃至１０のいずれか１項に記載の光素子。
（付記１２）
前記第１多層グラフェンの上に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の第２多層グラフェンと、
前記第２多層グラフェンに接続される第３電極と、
前記第２多層グラフェンに接続される第４電極と
をさらに含む、付記１乃至１１のいずれか１項に記載の光素子。
（付記１３）
前記第２多層グラフェンの上に設けられる第２ゲート絶縁層と、
前記第２ゲート絶縁層の上に設けられる第２ゲート電極であって、平面視で前記第３電極と前記第４電極との間に設けられる第２ゲート電極と
をさらに含む、付記１２に記載の光素子。
（付記１４）
前記第２ゲート電極の平面視でのサイズは、前記第２多層グラフェンの平面視でのサイズの半分以下である、付記１３に記載の光素子。
（付記１５）
前記第２ゲート電極は、平面視で前記第３電極と前記第４電極との間で前記第３電極側又は前記第４電極側にオフセットして設けられる、付記１３又は１４に記載の光素子。
（付記１６）
前記第２ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の金、白金、パラジウム、又は銀で作製される電極である、付記１３乃至１５のいずれか１項に記載の光素子。
（付記１７）
前記第２ゲート電極は、酸化インジウム―酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、又は酸化スズ（ＳｎＯ_２）で作製される電極である、付記１３乃至１５のいずれか１項に記載の光素子。
（付記１８）
前記第２ゲート電極は、厚さが１０ｎｍ以下の多層グラフェン、カーボンナノチューブ、又は銀ナノワイヤ―で作製される電極である、付記１３乃至１５のいずれか１項に記載の光素子。
（付記１９）
前記第２多層グラフェンは、第２多層グラフェンの上面から凹み、平面視で円形の開口形状を有する複数の第２凹部を有する、付記１２乃至１８のいずれか１項に記載の光素子。
（付記２０）
前記複数の第２凹部の直径は、１０ｎｍ～１０００ｎｍである、付記１９に記載の光素子。
（付記２１）
前記複数の第２凹部の間隔は、１０ｎｍ～１０００ｎｍである、付記１９又は２０に記載の光素子。
（付記２２）
前記複数の第２凹部の内周面は、前記第２多層グラフェンの上面側から下方に向かって直径が段階的に小さくなる階段状の形状を有する、付記１９乃至２１のいずれか１項に記載の光素子。
（付記２３）
基板と、
前記基板の上に設けられ、厚さが５ｎｍ以下の多層グラフェンを形成する工程と、
マスクを利用したエッチング処理によって前記多層グラフェンをパターニングして第１多層グラフェンを形成する工程と、
前記第１多層グラフェンに接続される第１電極及び第２電極を形成する工程と
を含む、光素子の製造方法。

【符号の説明】

【0092】

１００、１００Ａ、２００、２００Ａ 光素子
１１０ 基板
１２０ 絶縁層
１３０、２３０、２３０Ｍ 多層グラフェン
１４０、１５０ 電極
１６０ 絶縁層
１６０Ａ ゲート絶縁層
１７０ ゲート電極
２８０ アンチドット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】