การผลิตและศึกษาผลตอบสนองทางสเปกตรัมของโฟโตไดโอด GaAIAs/GaAs ที่มีชั้นหน้าต่างคู่

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้เป็นรายงานการศึกษาส่วนร่วมของกระแสแพร่ซึมในผลตอบสนองทางแสงของโฟโตไดโอดหัวต่อต่างชนิด GaAIAs/GaAs กระแสแพร่ซึมเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดการผิดเพี้ยนของสัญญาณเอาท์พุตของโฟโตไดโอดเชิงเวลา และทำให้ค่าความเร็วในการตอบสนองของโฟโตไดโอดลดลง ดังนั้นชั้นหน้าต่างแสงคลื่นสั้นของ Ga0.6 AI0.4 As (P+) จึงถูกแทรกระหว่างชั้นหน้าต่างหลักของ Ga0.8AI0.2As (P+) กับชั้นทำงานของ GaAs (n-) เพื่อลดกระแสแพร่ซึมที่เกิดจากด้านหน้าต่างบน และชั้นหน้าต่างแสงคลื่นยาวของ Ga0.6 AI0.4 As (N+) หรือ Ga0.6 AI0.4 As (I) จึงถูกแทรกอยู่ใต้ชั้นทำงานของ GaAs (n-) เพื่อลดกระแสแพร่ซึมที่เกิดจากด้านแผ่นฐาน ผลก็คือได้ทำการออกแบบโฟโตไฟโอดหัวต่อต่างชนิด 4 โครงสร้างต่างกัน ได้แก่ Pin, PPin, PPiNn และ PPiln และได้ทำการคำนวณกระแสแพราซึมของแต่ละโครงสร้างเพื่อเปรียบเทียบซึ่งกันและกัน โดยสรุปพบว่าโครงสร้างโฟโตไดโอดแบบ PPiNn ซึ่งแทรกชั้นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานกว้างไว้ด้านหน้าชั้นทำงานและไว้ด้านหน้าแผ่นฐาน เป็นโครงสร้างที่ดีที่สุดในการขจัดกระแสแพร่ซึม และพบว่าการเพิ่มความหนาให้กับชั้นทำงานจะไม่มีผลต่อปริมาณกระแสแพร่ซึมจากชั้นหน้าต่างบนแต่จะส่งผลให้กระแสแพร่ซึมจากแผ่นฐานหรือชั้นหน้าต่างใกล้แผ่นฐานลดลง ในขณะที่กระแสพัดพาและกระแสสุทธิเพิ่มขึ้น จะเห็นว่าโครงสร้างที่มีชั้นทำงานบางจะได้รับผลกระทบจากกระแสแพร่ซึมจากแผ่นฐานมากกว่าโครงสร้างที่มีชั้นทำงานหนา สุดท้ายทำการผลิตโฟโตไดโอดหัวต่อต่างชนิดจำนวน 3 โครงสร้าง เพื่อศึกษาบทบาทชั้นหน้าต่างคู่ด้านบน พบว่าแนวโน้มที่ได้จากการเปรียบเทียบระหว่างผลการทดลองมีความสอดคล้องกันกับแนวคิดในการออกแบบโครงสร้าง ซึ่งเป็นการยืนยันว่าการสร้างชั้นหน้าต่างแสงคลื่นสั้น และการเพิ่มความหนาให้กับชั้นหน้าต่างหลักอย่างเหมาะสม จะสามารถขจัดผลตอบสนองทางแสงที่ขอบด้านความยาวคลื่นสั้นของโฟโตไดโอดหัวต่อต่างชนิดอันเกิดจากกระแสแพร่ซึมจากชั้นหน้าต่างบนได้