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本研究では、可視光の波長域で高い光吸収を持ち、比較的低い外部電圧（約3V）の印加時に電子なだれ増倍現象（アバランシェ効果）により高い光信号電流が得られる結晶セレンフォトダイオードについて、マイクロスケール効果による高感度化の検証に取り組んだ。
本研究では、具体的に以下の4つのサブテーマを設定し要素技術の開発を進めた。結晶セレン光電変換素子の製作プロセスとデバイスの開発を進め35um角、膜厚2umのマイクロ光電変換素子を試作評価した。マイクロ結晶セレンフォトダイオードのパターン加工を実現する半導体マイクロマシーニングプロセス技術を開発した。加工プロセスによるダメージを低減するための薄膜加工プロセスとして微細化ステンシルマスクについても開発した。さらには結晶セレン系ヘテロPN接合のN型半導体材料の結晶構造制御およびバンドギャップ制御による暗電流低減のための最適化を進めた。バンドギャップの異なる結晶構造を持つルチル型、アナターゼ型の酸化チタン層を比較し、結晶セレン系ヘテロPN接合特性を改善した。N型半導体材料としては基板温度600℃、スパッタ圧1Paで反応性スパッタ法で得られるルチル型酸化チタンを用いた場合に高い光電変換効率が得られた。結果として1～16倍の集光レンジにおいて逆方向バイアスを3V以上加えた場合に大きな光生成電流を損失なく取り出し、500um角のデバイスに比べ光電流密度を約3.5倍へ増倍した。以上より結晶セレン光電変換素子のマイクロスケール効果による高効率化の有用性を確認した。
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