漏流現象

圖（5.48a）為漏流元間在晶圓上的分佈，圖（5.48b）為漏流電性。電性圖 中有著六個元件的暗電流與光電流。可以看到元件暗電流有著異常平緩的逐漸 崩潰現象（soft breakdown），圖中黑圓圈即為大致的崩潰起點。而在照光後，元 件還是有著明顯的擊穿現象，所以此漏電流應該不是主動區造成的效應，而是 主動區以外的區域，即便沒有照光，也有著極大電流，因而蓋過了較小的主動 區暗電流。對此，Sudo 已於 1987 年提出 InP/InGaAs 雪崩光電二極體的表面漏電 流模型（surface degradation model） [125][126]，並且 Zeng 也於 2014 年對此使用

Sentaurus TCAD 進行模擬，但是似乎沒有觀察到與我們實驗吻合的 I-V 電性，而 僅僅是電流上升 [127]。因此，本節將依照我們的元件磊晶結構與 Sudo 漏電流模 型進行 TCAD 模擬，並試圖解釋漏流電性。

(a) 空間分佈圖 (b) I-V 圖，黑圈處應為表面崩潰現象。

Figure 5.48: 漏流元件空間分佈與電性圖

5.4.2.1 漏流模型與驗證

圖（5.49）為漏電流之帶電氮化物模型，可以看到氮化層上的正電荷在 InP 表 面上感應出大量電子，使得 N 型 InP 表面感應出累積層（accumulation layer），並 在 P 型 InP 表面感應出反轉層（inversion layer）。圖（5.51a）為其中四種模擬結構，

(a) 理想元件：氮化物中沒有任何正電荷 (b) 實際元件：氮化物中有正電荷 Figure 5.49: 漏電流之帶電氮化物模型。可見其空乏區因氮化層之正電荷影響而被

擠壓，增加了邊緣與表面電場。

InP 表面上之氮化物中依序含有 1× 10¹⁴cm⁻³、8× 10¹⁶cm⁻³、2× 10¹⁷ cm⁻³、 5×10¹⁷ cm⁻³ 的正電荷濃度（不參與 SRH 復合反應），它們的 I-V 模擬結果，以及 於 30 V 下的電場分佈、電流密度分佈與電子濃度分佈依序如圖（5.50）、圖（5.51）

與圖（5.52）所示。其中 I-V 模擬結果還多了 9× 10¹⁶cm⁻³ 與 1.5× 10¹⁷cm⁻³ 兩 種正電荷濃度。

Figure 5.50: 表面漏電流之 TCAD 模擬 I-V 圖

由 I-V 電性圖（5.50）可觀察到如實驗數據 圖（5.48b）所示的平緩崩潰（soft breakdown）

現象，我們可由雪崩效應速率（cm⁻³s⁻¹）分 佈之放大圖觀察這些崩潰的位置。如圖（5.53）

所示，氮化層中含有的正電荷越多，電極附近 的雪崩效應越顯著。此外，我們從電子濃度圖

（5.52b）中代表空乏區邊界的白線區域可看出 來，正電荷在 P 型 InP 中造成的反轉層過於顯 著，所以使空乏區難以延伸到鋅擴散區以外，

使得元件總是在電極附近崩潰。不過，實驗數 據圖（5.48b）中的漏電流並不一定如 I-V 模擬

圖（5.50）那樣地快速上升至 100 µA，這可能是因為：

1. 實際元件的正電荷並非均勻分布在氮化物中。

2. 根據 Sudo 的實驗，正電荷可能不是累積在氮化物上，而是靠近表面的 InP 中 [125][126]。因此，真實元件內的提前平緩崩潰現象可能是發生在邊緣 區，而非集中發生在電極上。

綜上所述，圖（5.48b）中漏電流可能來自氮化物或 InP 表面附近之正電荷。

倘若之後想確認此漏電流來源，那麼可以參照 Sudo 的作法 [125][126]，逐漸蝕 刻氮化物與 InP，同時測量其暗電流，以及藉由光誘導電流（Light Induced Beam Current，LIBC）實驗方法，搭配符合 InP 能隙之波長的光，測量定偏壓下之光電 流空間分佈。

(a) 摻雜濃度分佈圖 (b) 電場分佈圖

Figure 5.51: 漏流現象之 TCAD 模擬。白色細線為空乏區邊界，區域顏色越紅則該 物理量越大，顏色越藍則越小。

(a) 電流密度分佈圖 (b) 電子濃度分佈圖

Figure 5.52: 漏流現象之 TCAD 模擬。白色細線為空乏區邊界，區域顏色越紅則該 物理量越大，顏色越藍則越小。

(a) 撞擊游離率分佈全貌 (b) 電極周圍之撞擊游離率分佈放大圖 Figure 5.53: 撞擊游離率分佈圖。顏色越紅，速率越高；顏色越藍，速率越低。