張正陽

本文是以電子迴旋共振化學氣相沉積法(Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition, ECR-CVD)於單晶矽基板Si(100)上低溫磊晶成長鍺薄膜並應用其製作光偵測器。鍺相較於矽有較小的能隙及較高的載子遷移率，因此塊材鍺常被應用在矽光電子領域及高效率三五族多接面太陽能電池；吸收光之截止波長可達1550 nm，也可作為近紅外光偵測器。然而鍺基板成本約比矽貴上四倍，不利於往後發展，矽基鍺薄膜發展以取代舊有的鍺基板就越受矚目，但其高溫製程成了製程整合上的種種限制。因此本論文是以ECR-CVD在180 oC的低溫下，於矽晶片上成長磊晶鍺薄膜，並利用熱退火處理改善成膜品質，並將其應用在光偵測器上，作為光主動元件。 本研究將探討不同製程條件下，工作壓力、ECR共振區及氫氣稀釋比對薄膜特性之影響，製程後搭配後退火處理，改善薄膜品質。製程中使用光放射光譜儀(Optical Emission Spectroscopy, OES)監控電漿組成成分及其影響。薄膜特性分別利用橢圓儀、高解析度X光繞射儀(High Resolution X-Ray Diffractometer, HR-XRD)及拉曼光譜儀鑑定薄膜結構品質。最後應用製作成光偵測器，並量測分析光暗電流、響應率及二極體特性曲線。本研究中，在工作壓力30 mTorr、主磁場電流50 A、氫稀釋比(H2/GeH4)100及薄膜厚度控制在100 nm的情況下，XRD量測結果中Ge(400)半高寬為683 arcsec。光偵測器在光波長為850 nm及-1V偏壓下，響應率為0.2 A/W 及，-3V偏壓下為0.42 A/W，此外在光波長為1310 nm及-1V偏壓下。響應率為0.07 A/W 及，-3V偏壓下為0.139 A/W。同時藉由製程參數及後退火處理暗電流密度可改善至1.89 m A/cm2。