InGaAs/InP 雪崩光電二極體之側護環與懸護環電性分析

Abstract

本論文討論平面型磷化銦/砷化銦鎵SAGCM(分離式吸收、漸變、電荷、倍增層)結構雪崩光電二極體的電性量測，包含元件的電流電壓分析、電容電壓分析、頻率響應和量子效率。針對側護環與懸護環的設計進行討論，分析護環深度、不同護環間距與寬度對崩潰電壓的影響。 首先改善側護環深度，將側護環與主動區的擴散深度差從1.3 μm減少到0.3 μm，讓元件的崩潰電壓提升5.6 V，也經由TCAD模擬觀察到相同的趨勢。從鋅側向擴散實驗，得到側向擴散的比例80~87%，可用於評估崩潰電壓與實際懸護環間距關係的正確性。有側護環元件的崩潰電壓相較於沒有側護環的還要高出4.64 V，也透過模擬驗證側護環的保護效果，能夠降低主動區邊緣電場。懸護環寬度比擴散深度窄時實際擴散深度變淺，崩潰電壓下降較明顯，所以懸護環寬度要設計比擴散深度寬，改善後的結構可以提升崩潰電壓1.4 V。 當懸護環與側護環因側向擴散相連時，從線性光電流掃描的實驗觀察到光電流的峰值會發生在懸護環，因為懸護環底部曲率半徑小，電場聚集的程度比主動區邊緣更強，因此提早發生崩潰，而且設計的懸護環寬度越窄，碰撞游離的程度越強。 我們由電容電壓特性量測的結果作線性擬合電荷層與吸收層的摻雜濃度 ，確認APD晶片的結構濃度與磊晶廠測試片提供的資料相近。也根據頻率響應量測得到元件的3dB頻寬為1.9 GHz。最後藉由光功率以及光電流的量測，得到元件的反應率為0.95 A/W，外部量子效率為76 %。