在光纖毫米波通訊系統中，高速與高功率的光檢測器扮演著重要 的角色[5]，其功能是將強大的光功率轉換成高功率的毫米波功率。
飽和電流－頻寬的乘積是評估高功率光檢測器運用在光纖毫米波段 通訊系統中的性能一重要指標，尤其在操作頻率高達100GHz 或更高 頻時其表現更為顯著。在這如此高頻的情形下，欲使光檢測器可以進 一步地提升光電元件從發射端所送出的訊號與降低毫米波功率放大 器的負擔之優越性能，就如同利用光纖傳輸長距離毫米波訊號一樣仍 是個挑戰[5] [6]。然而，為了要增加光檢測器的輸出飽和電流，我 們可以增強輸入的光功率，並且還可以進一步地助長最大可運用之毫 米波功率。因此運用在系統中之毫米波功率放大器的負擔可藉此而得 到放鬆[6]。另外，要獲得光檢測器之優異高飽和電流－頻寬乘積的 主要關鍵在於縮減光子吸收層主動區面積與空乏層厚度之規模。一個 較薄的空乏層會有更短暫的載子傳輸時間與較高的輸出飽和電流之 性能[6] [7]，可是接面電容也會隨之增加。而降低元件主動區面積 雖然可以達到很高的速度表現，但是卻必須要維持住低接面電容。且 隨之而來的元件熱效應[8]與高寄生電阻可能會是個所需面對的新問 題，因為當主動區面積很小時（趨近於10
m
2），光檢測器的飽和電 流將會受到嚴重的限制。此類的問題早已被證實可經由覆晶鍵合（Flip-chip bonding）技術的組合或磊晶層的轉變程序來解決[9]。在 前人的深入探討研究中，我們可以發現在電元件中，例如高電子遷移 率電晶體（High electron mobility transistors，HEMTs）、異質接面場 效電晶體（Heterojunction field effect transistors，HFETs）、高功率光 二極體（High power photodiodes）等諸如此類的高功率元件都可藉由 覆晶鍵合技術讓元件承受更大的功率（圖 1-8），亦可改善因溫度升 高所導致的熱效應，以及降低寄生電感，進而提升元件之響應度 [9][16] [17]。除了縮減空乏區的厚度之外，另一方法是讓比電洞漂 移速度更快的電子當成主動載子，讓電子在整個光二極體磊晶層結構 中運作以縮短載子漂移時間。單載子傳輸光檢測器（Uni-traveling- carrier photodiodes，UTC-PD）早已被證實擁有優越的飽和電流－頻 寬之乘積[5][6][10]。其擁有 170GHz 的 3-dB 頻寬和 13
m
2主動區 面積之最大輸出光電流（約 14mA）[10] [11]。然而對於如此高的 輸出光電流，可知單載子傳輸光二極體應該需要操作在很高的反向偏 壓，而此反向偏壓將會造成電子漂移速度的飽和進而限制住元件飽和 電 流 － 頻 寬 乘 積 之 特 性 。 不 過 ， 近 彈 道 單 載 子 傳 輸 光 檢 測 器（Near-ballistic uni-traveling-carrier photodiode，NBUTC-PD）卻能夠 克服此問題並且進一步地增加電子漂移速度[12][13]。近彈道單載子 傳輸光檢測器的結構是嵌入一層額外的 p 型電荷層在 UTC-PD 的
collector layer 中，意指即使操作在高偏壓與高輸出光電情況下，電子 依然可以達到overshoot drift velocity [12-14]。在先前發表過的文獻 中，我們早已證實元件的量測結果去說明近彈道單載子傳輸光檢測器 在W-band 中擁有優越飽和電流－頻寬的乘積特性（2952mA-GHz）。
在這次的研究當中，我們運用一些改進的設計，包含了關於封裝的覆 晶鍵合技術和一個修改為槽線（Slot-line）結構的近彈道單載子傳輸 光檢測器，使其與同為槽線結構之被動電路覆晶鍵合。於是我們更可 以證明元件在資料傳輸速率與響應度有很大的改進。利用覆晶鍵合技 術可使NBUTC-PD 獲得一個非常高的頻寬（180GHz）與一個很大飽 和電流－頻寬乘積（37mA > 110GHz > 4070mA-GHz）的特性，此結 果勝過先前發表的UTC-PD [10][11][15]（少於 3000mA- GHz）。對 於新 NBUTC-PD 覆晶鍵合結構帶來的創新結果可歸因於增加元件的 主動區面積。因此縮小電流密度和減少寄生電阻，進而讓AC 電容縮 減的重要現象。
（a）異質接面場效電晶體（HFETs）
（b）高電子遷移率電晶體（HEMTs）
（c）光二極體
圖 1-8 運用覆晶鍵合技術之高功率元件（a）異質接面場效電晶體
（HFETs）（b）高電子遷移率電晶體（HEMTs）（c）光二 極體