서지주요정보
최적화된 Zn Diffusion 과 p-type Ohmic Contact 공정을 이용한 광통신용 Planar-type InGaAs/InP Avalanche Photodiode 의 제작 및 특성 분석 = Fabrication and Characterization of Planar-type InGaAs/InP Avalanche Photodiodes using Optimized Zn Diffusion and p-type Ohmic Contact for Optical Communications
서명 / 저자 최적화된 Zn Diffusion 과 p-type Ohmic Contact 공정을 이용한 광통신용 Planar-type InGaAs/InP Avalanche Photodiode 의 제작 및 특성 분석 = Fabrication and Characterization of Planar-type InGaAs/InP Avalanche Photodiodes using Optimized Zn Diffusion and p-type Ohmic Contact for Optical Communications / 김철규.
저자명 김철규 ; Kim, Cheol-Gyu
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2011].
Online Access 원문보기 원문인쇄

소장정보

등록번호

8023134

소장위치/청구기호

학술문화관(문화관) 보존서고

MEE 11129

휴대폰 전송

도서상태

이용가능

대출가능

반납예정일

초록정보

Recently, an avalanche photodiode(APD) has been actively researched for the optical communications because of its high sensitivity characteristics. Especially an InGaAs/InP APD is considered as an appropriate photodetector for near infrared (NIR) band applications, such as free-space optical communications due to its high sensitivity in the NIR band. The APD operates effectively through the separate absorption, grading, charge and multiplica-tion(SAGCM) layer structure. The parameters of each layer such as the doping concentration and layer thick-ness determine the device performance. Because of the low noise and high reliability characteristics, APDs are usually fabricated in a planar-type using the Zn diffusion. Therefore, the optimization of Zn diffusion is required since Zn diffusion determines the thickness of actual multiplication layer. The p-type ohmic contact on the Zn-diffused p-InP is also needs to be characterized in detail. In this thesis, the planar-type InGaAs/InP APDs have been fabricated. For the fabrication of the de-vice, optimization of the Zn diffusion and p-ohmic contact is conducted in advance. The optimization of Zn diffusion is performed in various time conditions at 500°C using a sealed ampoule technique based on the double diffusion profile. As a result, 25 minutes and 20 minutes conditions are established for the 1st and 2nd Zn diffusion, respectively. For the optimization of the p-type InP ohmic contact, a Ni/Pt/Au metal layer is deposited and annealed in various temperatures for 1 minute by rapid thermal annealing(RTA). As a result, a specific contact resistivity of 7.56x10-4 Ωcm2 is obtained at 400°C. Finally, the fabrication of the APD is performed using the established process conditions. The fabri-cated APDs have shown a breakdown voltage of 80~95V and a dark current of 57 pA ~ 1 nA at a 95% breakdown voltage. The responsivity is measured to be 0.78 ~ 0.98 A/W at M=1 for a 1550nm light source. The related quantum efficiency is calculated to be 62 ~ 78%. The obtained gain-bandwidth product(GBP) is 58 GHz and the highest 3dB bandwidth is measured to be 4.02 GHz at M=11.2. Consequently, the results show that the fabricated APDs have the performance characteristics suitable for the free-space optical communications.

최근, avalanche photodiode(APD) 의 고민감도 특성으로 이를 광통신에 응용하고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히, InGaAs/InP APD 는 near infrared(NIR) 대역에서 고민감도 특성을 가져 free-space optical communication 과 같은 응용에 적합하다. APD 는 최적의 동작을 위해 SAGCM 의 layer 구조를 가지며 이러한 layer 구조에서 각 layer 의 도핑농도 및 두께는 APD 의 동작 성능을 결정하게 된다. 구조적인 측면에서는 Zn diffusion 을 이용하는 planar-type 구조가 낮은 noise 특성 및 높은 reliability 특성을 가지므로 이러한 형태로 제작이 많이 이루어진다. Planar-type APD 의 경우 Zn diffusion 에 의해 multiplication layer thickness 가 결정되기 때문에 이에 대한 최적화가 필요하다. 또한, p-type InP 에 대한 ohmic contact 을 얻기 위해 ohmic 연구가 필요하다. 본 논문에서는 planar-type 의 InGaAs/InP APD 를 제작하였다. 이를 위해 우선적으로 Zn diffusion 과 p-type ohmic contact 에 대한 최적화를 진행하였다. Zn diffusion 최적화의 경우 sealed ampoule 방식을 사용하였으며, 500°C 에서 다양한 시간을 적용하여 진행하였다. 그 결과 1st 및 2nd Zn diffusion 에 대해 각각 25분과 20분의 공정 시간 조건이 확립되었다. P-type ohmic contact 에 대한 최적화의 경우 Ni/Pt/Au 의 metal layer 를 증착하고 이에 대해 RTA 공정을 실시하였다. 그 결과 400°C, 1분 의 RTA 조건에서 7.56x10-4 Ωcm2 의 specific contact resistivity 값을 얻었다. 마지막으로 확립된 공정 조건을 적용하여 APD 를 제작하였으며, 이에 대한 성능을 살펴보았다. 약 80 ~ 95 V 의 breakdown voltage 에 대해 0.95 Vbr 에서 약 0.06 ~ 1 nA 의 dark current 가 나타났다. 1550nm 파장의 광원에 대해 이득이 1인 지점에서 0.78 ~ 0.98 A/W 의 responsivity 가 나타났으며 이를 통해 계산한 QE 는 62 ~ 78% 이다. 가장 큰 GBP 는 58 GHz 로 나타났으며 이에 대해 가장 큰 3dB bandwidth 는 11.2 의 이득에서 4.02 GHz 로 나타났다. 이러한 특징들로부터 제작된 planar 구조의 InGaAs/InP APD 가 free-space optical communication 응용으로 적합함을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MEE 11129
형태사항 iv, 42 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Kim, Cheol Gyu
지도교수의 한글표기 : 양경훈
지도교수의 영문표기 : Kyoung-Hoon Yang
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 References : p. 39-40
주제 애벌런치 포토다이오드
인듐갈륨비소
인듐인
아연 확산
Avalanche photodiode
APD
InGaAs
InP
Zn diffusion
QR CODE qr code