張殷榮

本論文討論了利用商用模擬軟體Lumerical FDTD 在晶圓背面以光柵結構提升背收 光矽基光電二極體(photodiode) 之主動層吸收率，因主動層吸收率之提升，相比於大 多p - i - n 光電二極體大多厚度為150 至200 μm，此背收光之光柵結構可進一步減薄 其晶圓厚度同時實現覆晶(flip-chip) 封裝進而降低產品厚度達45%。根據目標波長0.94 μm 本研究設計之光柵結構相比原始厚度正面收光之結構在降地光電二集體晶片厚度至 75 μm 時主動層吸收率在同為TM 偏振光源時有7% 的提升。在TE 偏振光源也有相 對應的光柵設計，而當使用另一個偏振光源照射其結構時確實有發現吸收率有所下降， 但兩個光柵設計在分別使用TE 以及TM 偏振時，主動層吸收率的峰值差異有所不同， 但是若是根據目標波長940 ± 10 nm 區間的主動層平均吸收率皆在約86%，此數值與正 面收光的對照組結構差不多。觀察其頻譜會發現隨著波長上下變動而有主動層吸收率明 顯的上下震盪，本研究也根據垂直入射平面波經過週期光柵後不同繞射階數以及其繞射 角度，在光電二極體結構內來回震盪，根據其結構在特定條件下形成駐波後得到之內部 電場總和，觀察到吸收率對於波長以每1 至3 nm 為週期上下震盪的現象。在探討結構 參數對於製程精度的依賴性部分，嘗試討論相對於高端晶圓製造工廠的高精度設備，後 端封裝廠設備的蝕刻精度對於主動層吸收率的影響，本研究分別針對了光柵之週期、蝕 刻角度、光柵深度、填充因子(filling factor, FF) 做針對最佳化的參數區間的主動層吸 收率變化做討論，分析過後吸收率對於不同參數變化的依賴性，則是要根據不同之機台 之能力，以及參數來做更進一步的解釋較為妥當。最後針對除了本論文提到知兩個最佳 化結構的設計，綜合參考了研究過程中的資料也對不同的光源以及需求頻譜的特性做出 了設計上的建議。