銦砷化鎵光導開關式光偵測器之研製

Abstract

由於光導開關式 (Photoconductive Switch) 光偵測器具有結構簡單, 易於積體化, 且在低偏壓下, 擁有高速的響應速率 (response) , 所以在近年來, 引起廣泛的注意 . 最近由於短脈衝雷射的開發以及快速元件材料制備方法的進步, 使得光導體響應速 率能夠進入微微秒 (Picosecond) 的範圍內. 並由於高速度微徽秒的光導特性也使得 超高速光導開關得到長足的進展. 光導開關式光偵測器原理是利用價帶的電子在照光 後, 激發到傳導帶, 在偏電壓的作用下產生電流導通為“開”的狀態；當光消失後， 電流迅速消失為“關”狀態。而使電流迅速消失的常用方法為在材料中製造缺陷，增 快電子電洞對的結合速率，造成電子的壽命 (lifetime) 減短. 對於高效率的光導開關來說, 三五族的三元化合物, 銦砷化鎵具有高的電子適移率 ( mobility) 及高的電子漂移速率 (drift velocity) , 是一個相當卓越的材料. 在本 論文中, 我們利用銦砷化鎵 (ImGaAs) 長在砷化鎵 (GaAs) 晶體上晶格 (lattice)的 不匹配性質 (mismatch) ，在界面上，產生出許多錯位態 (dislocation), 我們將I- GaAs/GaAs 元件成功的製成波長為1.06μm 的快速光導開關. 在實驗過程中使用有機金屬化學氣相沈積法 (MOCVD)將三種氣體, 三乙基鎵 ( ) , 三甲基銦 ( ) 及砷化氫 ( ) 結合形成銦砷化鎵沈積在砷化鎵表面 , 磊晶之後利用熱阻絲蒸鍍金/ 鍺合金及離子電槳蝕刻 (RIE) 完成元件的製作. 將元件裝在測試座後, 經由I-V 特性測試, 電溶測試以及短脈衝雷射的測試. 得知其 具有有代的暗電流 (dark current) 值, 其活性區域 (activeregion) 每平方微米在 20V 的偏壓下, 所測得的暗電流均低於 8nA. 但由於為顧及採光面積的增加而增大電 極的面積的面積卻造成較高的電容 600fF. 經由脈脈衝雷射 (τ=200ps, λ=0.53μm ) 的測試得知其響應的半高寬為800 微微秒, 此外在30V 的偏電壓下仍保持線性的工 作區域特性, 顯示其具有較廣泛的用途.