超レンズは、従来のレンズの集光および像形成機能に加えて、メタ構造単位の設計により光場の偏光、波長、振幅などを多次元的に制御できます。薄型で軽量、低コスト、容易な集積性により、光電子デバイス分野で注目を集めており、現在の研究のホットスポットかつ重要な方向性となっています。本稿では有限差分時間領域法（Finite-difference time-domain、FDTD）を用いてInGaAsアバランシェフォトディテクタに基づくインシチュ集積型超レンズを設計・最適化し、超レンズの集光効率と透過率を評価しました。シミュレーション結果では、超レンズが入射光を検出器の光感応領域に集光し、透過率は82.8％、目標焦点距離150μm、半径50μmの超レンズで集光効率は84.89％に達しました。透過率向上のため、超レンズ表面に反射防止層（AR Layer）を追加しました。結果から、300nmのSiO₂層は最大透過率86.6％、250nmのSiN層は最大透過率87.6％に達し、AR層を付加しない場合と比べてそれぞれ3.8％、4.8％向上しました。最後に、集積超レンズ付き検出器の吸収領域内の光場エネルギーが、超レンズなしの検出器に比べて250.96倍に増加し、検出器の応答度が大幅に向上することが計算されました。本稿は単一チップ集積型超レンズアバランシェフォトディテクタ設計案を提案し、検出器の光感応領域外の入射光を光感応領域に集光することで帯域幅の損失なく検出器の量子効率を向上させ、高応答度および広帯域アバランシェフォトディテクタの設計に新たな視点を提供します。

超レンズ;検出器;集光効率;量子効率