高量子效率窄頻寬自濾性光偵測器

Abstract

在使用光偵測器時，由於各類背景雜訊的關係，通常必須耦合一濾光片以增加訊號雜 訊比。但增加濾光片會增加反射之介面數，價格及裝置的麻煩等問題。因此將濾光器 與光偵測器合併在同一基片上，製成一個具有過濾效應的偵測元件，有其相當地價值 。同時也可以利用薄膜蒸鍍的方法鍍上一層抗反射膜，降低入射光的反射損失。 窄頻寬的最大應用是能製成紅外線輻射溫度計 (radiation thermometer)。若元件的 製作採用多層膜方式，雖然以今日成熟的技術可以完成，但是會有以下的缺點：成本 高 (層數多達數十層) ；使用在紅外線輻射溫度計時，易受環境影響而變質, 造成溫 度量測的偏差。元件採用染料當作濾光層時, 會有以下的缺失：製造程序麻煩：受紫 外光時會退化；無法做成窄頻寬 (小於300 )。利用半導體製成吸收性窄頻寬濾光偵 測器可以去除以上各點的缺失，合乎經濟、實用原則。 本論文的目的是以Ⅲ-Ⅴ 族材料GaAs配合與其晶格常數相配的三化合物ALGaAs，以其 直接躍遷能隙對光的吸收特性，當入射光能量大於其能隙時，吸收係數非常地大；入 射光能量小於能隙時，吸收係數會急劇變小。以此性質來製作窄頻寬自濾性之光二極 體。分析等質性(isotype)N(ALGaAs)-n(GaAs)界面磊晶成長在n(GaAs)-p(GaAs) 同質 接面(homojunction)上，利用ALGaAs三元化合物中，其鋁含量增加，則其能隙亦隨之 增加，對光的吸收邊緣會往短波長方向偏移，因而增加元件需求波長的量子效率。適 當地控制AL含量及其厚度，亦可抑制短波長的光頻響應。而且GaAs與ALGaAs晶格常數 非常接近，二者能互相匹配成異質界面，大大地降低表面復合速度以及暗電流, 增加 光偵測器的量子效率，因而具有高效率窄頻寬自濾性之光偵測器效果。 製作完成的兩個窄頻寬元件，可應用在量測光輻射強度的相對值，藉著輻射光譜為溫 度的函數關係測量溫度，稱之為雙色輻射溫度計 (two-color thermometer)。光學測 溫的兩大優點是：一、非接觸性，可避免污染及影響製程；二、可測量相當高的溫度 。它常用於火焰、溶融物質、赤熱的金屬、爐壁等等的溫度測量，其應用之廣泛不勝 枚舉。