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研究生： 張憲綱
Hsien-Kang Chang
論文名稱： 氮化鎵系列PIN紫外光偵測器之研究
Fabrication and Characterization of GaNPIN Ultraviolet Photodetectors
指導教授： 張正陽
Jeng-Yang Chang
許進恭
Jinn-Kong Sheu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 66
中文關鍵詞： 氮化鎵 、光偵測器
外文關鍵詞： PIN, photodetector, GaN
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    • 本論文研究針對氮化鎵系列PIN紫外光偵測器為主，發展出具有氮化鋁鎵n-i-p結構的紫外光偵測器元件和具有不同阻值的吸收層（即i-layer）氮化鎵p-i-n結構的紫外光偵測器元件。藉由氮化鋁鎵n-i-p結構的新想法與製程簡化，來觀察與比較元件間的光電特性；而具有不同阻值的吸收層氮化鎵p-i-n結構，則試圖從吸收層阻值的改變來了解元件特性的變化。元件量測分析的部分包括了暗電流、光電流、光譜響應度及光響應時間之比較。
    在氮化鋁鎵n-i-p結構的試片元件中，我們發現其光偵測器的特性並不比傳統p-i-n結構的光偵測器差，且其製程步驟較簡化，可以少做p型歐姆接觸金屬與其合金這道製程步驟，這對於要大量生產商品化的元件產品與節省人力成本的高科技光電半導體產業而言，將是可以繼續研發改進的光偵測器元件之一。
    在具有不同阻值的吸收層氮化鎵p-i-n結構的紫外光偵測器元件中，我們發現因為要低溫成長出具有高片電阻值的薄膜材料時，可能同時造成薄膜的品質變差，以致於在元件特性中，兩者互相補償，而無法有效分析其具有不同阻值的吸收層間的元件特性，希冀未來能在試片成長環境中改善，使薄膜有較好的品質，而能有效分析其具有不同阻值的吸收層間的元件特性。

    第一章 導論 ………………………………………………………1 第二章 光偵測器理論基礎 ..............................6 §2-1 p-n接面光偵測器 ………………………………………………6 §2-1-1 漏電流的機制 …………………………………………6 §2-1-2 照光和吸收 ……………………………………………7 §2-2 p-i-n接面光偵測器 ……………………………………………10 §2-3 光偵測器量子效率和光響應度 ………………………………11 §2-3-1 量子效率 ……………………………………………11 §2-3-2 光響應度 ……………………………………………12 第三章 氮化鎵系列PIN光偵測器的結構與製程 ……………14 §3-1 氮化鋁鎵n-i-p光偵測器的製作及結構 ……………………14 §3-1-1 n-i-p試片結構 ………………………………………14 §3-1-2 n-i-p光偵測器元件試片製程步驟 …………………15 §3-2 具有不同阻值的吸收層氮化鎵p-i-n光偵測器上的製作及結構 ………………………………………………………………18 §3-2-1 不同阻值的吸收層p-i-n試片結構 …………………18 §3-2-2 不同阻值的吸收層p-i-n光偵測器元件試片製程步驟 ………………………………………………………………19 §3-3 量測儀器的介紹 ………………………………………………20 §3-3-1 電流-電壓關係量測（I-V） …………………………20 §3-3-2 光響應度量測（Responsivity） ………………………21 §3-3-3 響應時間量測（Response Time） ……………………21 第四章 氮化鎵系列PIN紫外光偵測器的光電特性分析 ………23 §4-1 氮化鋁鎵n-i-p紫外光偵測器的光電特性 …………………23 §4-1-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………23 §4-1-2 光響應度 ……………………………………………24 §4-1-3 響應時間 ……………………………………………25 §4-1-4 結語 …………………………………………………25 §4-2 氮化鎵p-i-n與n-i-p紫外光偵測器的光電特性 ……………26 §4-2-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………26 §4-2-2 光響應度 ……………………………………………27 §4-2-3 響應時間 ……………………………………………27 §4-2-4 結語 …………………………………………………28 §4-3 具有不同視窗層厚度的n-i-p紫外光偵測器的光電特性 …28 §4-3-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………29 §4-3-2 光響應度 ……………………………………………30 §4-3-3 結語 …………………………………………………30 §4-4 具有中、高阻值的吸收層之氮化鎵p-i-n紫外光偵測器的光電特性 ……………………………………………………………31 §4-4-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………31 §4-4-2 光響應度 ……………………………………………32 §4-4-3 響應時間 ……………………………………………32 §4-4-4 結語 …………………………………………………33 §4-5 在吸收層和高摻雜的n型氮化鎵之間夾一層低溫成長的氮化鎵p-i-n紫外光偵測器的光電特性 …………………………33 §4-5-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………34 §4-5-2 光響應度 ……………………………………………34 §4-5-3 響應時間 ……………………………………………35 §4-5-4 結語 …………………………………………………35 第五章 結論與未來展望 ………………………………………37 參考文獻 ……………………………………………………………39

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