在本論文中我們將著重於光檢測器與光子傳輸器之結構設計、模 擬與製備流程之說明與探討，藉由結構上的設計與模擬，達成符合W 頻段規範之光子傳輸器，且兼具超寬頻、及高輸出功率之特性。如果 光檢測器本身輸出的功率就夠大，那就不需要利用到前極放大器電 路，只需要使用一個簡單的負載電阻即可。本論文主要是以磷化銦
（InP）磊晶基板製作近彈道單載子傳輸光檢測器，利用覆晶鍵合
（Flip-chip bonding）技術，結合氮化鋁（AlN）基板的光子傳輸器，
希望透過近彈道單載子傳輸光檢測器之特性與光子傳輸器的結合，達 到射頻光纖通訊系統簡化進而符合成本效益。
本論文共分為五章，第一章為緒論；第二章是對近彈道單載子傳 輸光檢測器與光子傳輸器設計原理作介紹；第三章為光檢測器與光子 傳輸器的製程流程，以及覆晶鍵合技術實做介紹；第四章為光子傳輸 器量測結果討論；第五章是本論文的結論與未來研究方向。
第二章 高功率超寬頻光子傳輸器設計原理
在本章中，我們將先介紹傳統 P-I-N 光檢測器與單載子傳輸光檢 測器之原理以及兩種元件所會面臨的問題，然後接著討論改進單載子 傳輸光檢測器缺失之近彈道單載子傳輸光檢測器。說明完主動元件的 設計與工作原理後，最後再討論被動電路－光子傳輸器之設計原理。
§2.1 傳統 P–I–N 光檢測器工作原理
傳統的P-I-N光檢測器是在p型區域和n型區域之間插入一層本徵 區域當作吸收層使用（圖2-1），其本徵層寬度比一個正常的pn接面 的空乏電荷區域寬度大非常多，假設我們外加偏壓在二極體兩邊，則 空乏區主要會往濃度較低的一邊延伸，因此如果我們外加一個逆向偏 壓在P-I-N光檢測器，由於本徵區域內自由載子濃度非常低，故在很 低的逆向偏壓下，空間電荷區域便會完全延伸至整個本徵區域[27]。
使 得 傳 統 P-I-N 光 檢 測 器 在 設 計 功 率 和 頻 寬 上 有 很 大 牴 觸
（Trade-off）。為了要讓元件有高的速度，在結構設計上必須將本徵 區做薄；然而若考慮要擁有較高的響應度或是量子效率，則需要將本 徵區盡量做厚，但響應度與頻寬均為評斷光檢測器好壞的標準，因此
這是傳統P-I-N光檢測器在設計上所不可避免的ㄧ個嚴重牴觸[28]。
圖 2-1 傳統 P-I-N 光檢測器結構圖
由於P-I-N光檢測器並沒有內部的光增益，因此其最大的內部光 增益為100% 。除此之外，傳統P-I-N光檢測器的速度表現主要受限於 傳輸時間效應及電路參數[27]。在空乏區內的傳輸時間是由本徵區域 寬度及載子傳輸速度來決定。在本徵區域內，載子是以漂移速度進行 傳輸，因此決定載子於本徵區內的傳輸時間主要還是本徵區域寬度；
在p型與n型區域內，載子是以擴散的方式來傳輸，由於擴散速度遠較 漂移速度來得慢，此區域的傳輸時間通常會造成傳統P-I-N光檢測器 響應速度的降低。另一個影響頻寬的因素為電路參數即P-I-N光檢測
器的元件電容，而此限制因素可透過縮小元件的尺寸來克服[27]。
除了上述的缺點之外，一般傳統P-I-N光檢測器存在一個最嚴重的問 題－在高光功率照射操作下，傳統P-I-N光檢測器會因為外加電場被 內部光激發載子所感應的空間電場遮蔽效應（Space-charge screening