铟镓砷磷InGaAsP半导体材料简介-郭艳光
光纤通信技术的发展史及其现状_论文[1]
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光纤通信技术的发展史及其现状【内容摘要】光纤通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纤通信能实际应用到人类传输信息中并不是一帆风顺的，其发展中经历了很多技术难关，解决了这些技术难题，光纤通信才能进一步发展。
本文从光源及传输介质、光电子器件、光纤通信系统的发展来展示光纤通信技术的发展。
【关键词】光纤通信技术光纤光缆光有源器件光无源器件光纤通信系统【正文】光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。
光纤通信是将要传送的图像、数据等信号调制到光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。
作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。
将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。
一、光纤通信技术的形成(一)、早期的光通信光无处不在，这句话毫不夸张。
在人类发展的早期，人类已经开始使用光传递信息了，这样的例子有很多。
打手势是一种目视形式的光通信，在黑暗中不能进行。
白天太阳充当这个传输系统的光源，太阳辐射携带发送者的信息传送给接收者，手的动作调制光波，人的眼睛充当检测器。
另外，3000多年前就有的烽火台，直到目前仍然使用的信号灯、旗语等都可以看作是原始形式的光通信。
望远镜的出现则又极大地延长了这类目视形式的光通信的距离。
这类光通信方式有一个显著的缺点，就是它们能够传输的容量极其有限。
近代历史上，早在1880年，美国的贝尔（Bell）发明了“光电话”。
这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。
在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流传送到受话器。
光电话并未能在人类生活中得到实际的使用，这主要是因为当时没有合适的光源和传输介质。
铟镓砷磷InGaAsP半导体材料简介
光電子學期末報告Introduction to InGaAsPSemiconductor Materials指導教師:郭艷光(Yen-Kuang Kuo) 教授學生:蔡政訓學號:8522022系別:物理系班級:四年級乙班內容大綱：（一）前言（二）波長範圍與能隙（Eg）寬（三）起振條件與輸出功率：（四）各種不同結構的雷射（五）先進的半導體結構及其性能（六）結語（七）參考書目（一）、前言現在是資訊時代，為了高速處理資訊社會所擁有的龐大資料，利用光和電子技術之光電業於焉誕生。
應用同調(coherence)光的工業在1984年度(以光學式影像機為中心)的生產規模為6600億日元，到西元2000年，預料將以光通訊為中心，生產規模也將成長為12兆日元。
其製品包括同調光通訊系統、光IC(光電子積體電路，OEIC)光電算機等。
光IC 係將光與電子的功能特性集積在一片基板上，而以砷化鋁鎵及磷砷化銦鎵系半導體技術最為先進，其與化合物半導體IC 同樣，有實現的可能。
光電半導體材料之研究十分積極，已開發出砷化鎵、磷化銦、砷化鋁鎵、磷砷化銦鎵等。
至於光通訊系統方面，與傳統的有線通訊系統比較起來，光纖通訊具有較大的通訊頻寬，較小的訊號衰減，不受電磁波干擾，沒有串音、保密性高、線徑小、重量輕、可靠度高、、等優點，因此可已知道隨著資訊的暴漲，據高速大容量高品質的光纖通訊系統毫無疑問的將是未來資訊傳遞的主流。
而光纖系統中最重要的關鍵性元件就是它的光源，也就是雷射二極體，本文就是要介紹在光纖系統中最常被使用的雷射：磷砷化銦鎵 ( InGaAsP) 的特性以及其結構。
（二）、波長範圍與能隙（Eg ）寬光纖通訊中最常使用的波長為1.3以及1.55微米，主要是由於光在石英光纖中的傳輸損失在這兩個波長最低，在1.3微米處約0.6dB/km ，而在1.55微米處約0.2 dB/km 。
在光纖中，由於材料色散的緣故，不同波長的光在光纖中有不同的色散，因而傳輸速率的不同，會造成訊號的波形變形，而限制了傳輸的距離。
铟镓砷光电管
铟镓砷光电管全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：铟镓砷光电管（InGaAs光电管）是一种广泛应用于激光测距、红外摄像、光谱分析等领域的光电探测器。
它采用了铟（In）和镓（Ga）合金为主要主动层，砷（As）为包层的半导体器件，具有响应速度快、高灵敏度、波长范围广等特点。
本文将深入介绍铟镓砷光电管的结构、工作原理、性能特点以及应用领域等方面。
一、铟镓砷光电管的结构铟镓砷光电管主要由铟镓砷三元化合物半导体材料组成，其结构主要包括以下几个部分：光电转换层、探测区、光电二极管等。
光电转换层作为主动层，起到吸收光子并将光子转换为电子的作用；探测区是光电二极管的活动区域，用来产生电流信号；光电二极管则是将产生的电流信号放大，可输出到外部电路进行信号处理。
铟镓砷光电管的工作原理主要是基于半导体材料的光电效应。
当光子入射到光电转换层时，光子能量被吸收并激发半导体中的载流子，形成电子-空穴对。
其中正负载流子在电场的作用下被分离，正载流子向阳极聚集，负载流子向阴极聚集，从而产生电流信号。
1. 高响应速度：铟镓砷光电管响应速度快，能够在纳秒量级的时间内产生电流信号。
2. 高灵敏度：铟镓砷光电管具有高灵敏度，能够检测到微弱的光信号。
3. 波长范围广：铟镓砷光电管的波长范围覆盖了近红外波段至中红外波段，适用于不同波长范围的光信号检测。
4. 热稳定性好：铟镓砷光电管具有良好的热稳定性，能够在高温环境下正常工作。
铟镓砷光电管广泛应用于激光测距、红外摄像、光谱分析、遥感探测、通信等领域。
在激光测距领域，铟镓砷光电管能够快速准确地测量目标距离；在红外摄像领域，铟镓砷光电管可用于夜视设备；在光谱分析领域，铟镓砷光电管可以实现对物质成分的精确分析；在遥感探测领域，铟镓砷光电管可用于探测地表物体等。
第二篇示例：铟镓砷光电管（Indium Gallium Arsenide photodetector，简称InGaAs PD）是一种广泛应用于红外探测领域的传感器器件。
铟镓砷光电二极管生产工艺_概述说明以及解释
铟镓砷光电二极管生产工艺概述说明以及解释1. 引言1.1 概述铟镓砷光电二极管是一种关键的光电器件，具有广泛的应用前景。
本文旨在详细介绍铟镓砷光电二极管的生产工艺，并对其特性进行分析与解释。
通过深入了解生产工艺流程和性能测试方法，可以进一步提高该器件的制造质量和性能效能。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先，在引言部分对文章的概述进行介绍。
然后，在第二部分中，我们将概述铟镓砷光电二极管的生产工艺，包括介绍光电二极管及铟镓砷材料特性，并对生产工艺流程进行总体概述。
接下来，在第三部分中，我们将详解铟镓砷光电二极管的生产工艺，包括晶体衬底制备过程、材料混合与晶体生长以及离子注入与扩散过程。
在第四部分中，我们将进行铟镓砷光电二极管性能分析，包括器件响应特性测试方法、温度与光强度对性能的影响以及电压-流动曲线分析。
最后，在第五部分中，我们将总结本文的主要内容，并展望铟镓砷光电二极管生产工艺的优化方向。
1.3 目的铟镓砷光电二极管是目前广泛应用于光通信、光探测等领域的重要器件。
了解其生产工艺及性能特点对提高制造质量和器件性能至关重要。
本文旨在通过概述和详解铟镓砷光电二极管的生产工艺，对相关领域的科研人员和技术人员提供全面而有价值的信息和指导。
同时，我们还希望通过对铟镓砷材料特性、工艺流程以及性能分析的详细阐述，为该领域的未来发展提出一些建设性意见与展望。
2. 铟镓砷光电二极管生产工艺概述2.1 光电二极管介绍光电二极管（Photodiode）是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件。
它主要由P-N结构组成，其中P型半导体往往具有高浓度的掺杂源，而N型半导体则较轻掺杂。
当光照射到P-N结构时，光子会激发出在材料中自由移动的电子和空穴，并且这些载流子会通过外部连接的电路流动。
2.2 铟镓砷材料特性铟镓砷（InGaAs）是一种常用于光电二极管制造的重要半导体材料。
它具有以下几个特性：- 带隙范围：铟镓砷的带隙范围通常介于0.75eV至1.35eV之间，适用于近红外区域的光信号接收和检测。
InGaAs量子点外延技术研究
InGaAs量子点外延技术研究简介：InGaAs量子点外延技术是一种重要的纳米材料生长技术，用于制备半导体纳米结构材料。
该技术具有广泛的应用前景，可以在光电子学和纳米电子学领域中发挥重要作用。
本文将对InGaAs量子点外延技术的研究进行探讨。
第一部分：InGaAs量子点外延技术的概述InGaAs量子点外延技术是一种通过化学气相沉积或分子束外延等方法，在衬底上有序生长InGaAs纳米颗粒的纳米材料制备技术。
InGaAs是由In（铟）和GaAs（砷化镓）组成的半导体材料，具有优异的光电特性。
通过调节生长条件和控制衬底表面状况，可以制备出尺寸均一、形状规则的InGaAs量子点阵列。
第二部分：InGaAs量子点外延技术的研究方法InGaAs量子点外延技术的研究方法主要包括生长条件优化、衬底处理、外延片结构和光电性能的表征等方面。
首先，生长条件的优化对于量子点外延技术至关重要。
通过调节气相反应的温度、气体流量、半导体材料组分比例和衬底表面的处理等因素，可以控制纳米颗粒的尺寸和形状。
例如，通过增加外延时间，可以实现量子点的融合生长，提高纳米颗粒的均一性。
其次，衬底的处理对于纳米颗粒的生长也非常重要。
通过表面热退火或表面镀层等方法，可以改善衬底表面的结晶质量，从而利于后续的外延生长。
衬底的选择也是影响生长质量的关键因素之一，常用的衬底材料包括GaN（氮化镓）和Si（硅）。
然后，对外延片的结构和光电性能进行表征是评价量子点外延技术的重要手段之一。
通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微镜等表征技术，可以观察纳米颗粒的大小、形貌和分布等信息。
同时，可以利用光致发光光谱和光电导率等测试手段，研究量子点的发光特性和载流子输运性质。
第三部分：InGaAs量子点外延技术的应用前景InGaAs量子点外延技术具有广泛的应用前景。
首先，由于量子点具有限制维度效应，其能带结构与体材料不同，可以调控发光波长和带隙能级。
因此，在激光器、光探测器和太阳能电池等光电子器件中，InGaAs量子点可作为新型材料来应用，从而提高器件性能。
朱健智-氮化铝镓铟AlGaInN之长晶与制程简介-郭艳光
題目：the fabrication and growth in AlGaInN material 班級：物四乙學號：8522054姓名：朱健智指導教授：郭艷光老師一．前言：GaN材料在1970年代就開始被科學家製作及研究，從研究的結果及比較中可以發現，跟其他的磷化物及砷化物半導體相比較，氮化物所能產生的波長明顯的可到達藍綠光甚至到達紫外光，加上半導體材料的小體積、價格便宜的優點。
因此把氮化物半導體應用在資訊儲存、大型全彩看板、訊號指示燈、甚至是白光源的方面，實在是非常的適合。
但是因為氮化物製造的種種困難，因此一直到了近期，在氮化物的生產及應用採有比較明顯的趨勢。
在本文中則會把氮化物在磊晶方面所改良的方式加以提出，使大家都能知道氮化物的發展進步過程。
二．氮化物磊晶所遇到的困難及改良A．改善GaN與sapphire之間晶格不匹配的問題在藍光發光材料中，大部分的研究人員都看好ZnSe系材料，因為雖然與GaN相同，它們都有組成元素的高蒸氣壓(以GaN為例，其生長要在一萬至兩萬大氣壓,溫度在1500-1600℃左右)、不易形成p形半導體的缺點，但是GaN更面臨到沒有晶格常數匹配的合適基板。
但是當時日本的赤崎教授並沒有放棄，並在1985年時使用MOCVD法以較低溫在藍寶石基板上先生出一成AlN緩衝層，再生長GaN磊晶膜，結果不但解決了直接將GaN生長在藍寶石上所產生的磊晶面不平坦及龜裂問題，也為了GaN材料帶來了一線曙光。
B．GaN的p形化!?再1989年時，赤崎博士和它的學生正以電子顯微鏡觀察摻Mg的GaN 磊晶片時，晶片上的光點因受到電子的衝擊而越亮。
事後再去測量電阻時竟發現電阻由剛生長時的108Ωcm降到35Ωcm左右而得到p形的GaN磊晶膜，但當時對於p形化的原因仍並不清楚。
C．MOCVD裝置的再改良：雙流式MOCVD及現場監測(in situ)長晶法的建立：日本的中村博士在1990年9月時所完成的雙流式(Two Flow)MOCVD 裝置(見圖一)。
铟镓砷雪崩光电二极管
铟镓砷雪崩光电二极管
铟镓砷（InGaAs）是一种由铟、镓和砷组成的一种半导体材料，由于其具有良好的信号传输性能、良好的热稳定性和较高的截止电压，因此铟镓砷在光电二极管构成和微光电子方面有着重要的作用。
铟镓砷的特性使其成为最常用的半导体激光器的主要激射材料，广泛应用于核聚变、医药、科学研究、工业检测和光纤通信等多领域。
它的能量转换效率特别高，可以用于太阳能电池的光吸收层，为太阳能电池发挥重要的作用。
由于铟镓砷的截止电压较高，因此它也常用于构成高速光电二极管，例如表层金属栅极（MESFET）开关。
铟镓砷还可用于微光电子技术，例如微光电阻、光探测器和可调频收发器等。
这些应用要求铟镓砷具有高的辐射稳定性，而不会因长时间照射电磁波而出现失效现象。
铟镓砷光电二极管更适合高速信号检测，因其截止电压高，而且可以耐受TDD（拓展带宽）高达30 GHz的大频宽应用。
此外，铟镓砷也可以用于光功率调节，因为它具有高精度的反向电压控制能力。
由于其具有低截止电流和低功耗特性，可以用于无线通信、激光打印和图像传输等应用中。
总而言之，从光电二极管构成和微光电子技术领域看，铟镓砷具备较高的截止电压、良好的信号传输性能和良好的热稳定性，以及能耐受表层金属栅极开关的高速信号，因此在它当中有着重要的作用。
铟镓砷的综合性能非常优越，因此它非常适合应用于高速光电二极管、微光电子技术和光功率调节等领域，广泛应用于太阳能电池、激光器、无线通信等多方面，使得科技发展取得了质的飞跃。
磷化镓光学元件
光电子学期末报告黄绿光磷化铝镓铟光学特性之研究教师：郭艳光教授系级：物理研究所二年级学号：8822203学生：黄雅莲大纲1. 磷化铝镓铟材料介绍2. 黄绿光的优点及应用3. 磷化铝镓铟材料如何发出黄绿光4. 黄绿光磷化铝镓铟发光二极管5. 面射型雷射的优点及应用6. 黄绿光磷化铝镓铟面射型雷射之DBR反射层7. 参考文献1. 磷化铝镓铟材料介绍磷化铝镓铟(AlGaInP)材料，就其元素来看(见表01.)，是一个第五族的元素，加上三个第三族的元素，所共同组合而成的四元化合物；其材料的性质会随元素所占的比例不同而有所不同，一般我们为了清楚表示这种材料，所以给予一个通式：(Al x Ga(1-x))y In(1-y)P，其中[x×y]表示铝在第三族元素中所占的比例，[(1-x)×y]为镓所占的比例，而[1-y]则是铟所占的比例，三者加起来为1。
以下就元素比例对材料特性的关系加以讨论及说明。
表01. 元素周期表。
1.1 基板拥有合适的基板，是长出高质量光学组件的主要原因之一；所以当我们想拥有高质量的磷化铝镓铟光学组件，首先必须先找到晶格能和磷化物匹配，且最好是能导电的基板。
由表02.中，我们可以看的出来，砷化镓的晶格常数介于磷化铟、磷化镓及磷化铝间，且当掺杂为1×1018(cm-3)时，电阻率仅为7.02×10-4 (Ω-cm) [1](半导体一般定义电阻率于10-2-109Ω-cm间，以下为导体，以上为绝缘体[2])；因此，砷化镓对磷化铝镓铟材料而言，是相当合适且难得的好基板。
目前一般的磷化铝镓铟光学组件，不论波长为何，几乎都是使用砷化镓为基板，如短波长的可见光雷射[3]，及600nm[4]、610nm[5]、630nm[6]、680nm[7]的雷射二极管，或发黄绿光的发光二极管[8]、650nm的发光二极管[9]等。
表02. 在室温(300K)及长晶温度(975K)下的晶格常数。
郭艳光蓝光雷射实验室半导体雷射LEDOLED
(l = 1.3 mm, 1.55 mm)
有機發光二極體(Organic OLED, OLED)
2006/02/20
郭艷光教授 / 藍光雷射與光電半導體實驗室
4
郭艷光實驗室主要軟體資源
LASTIP模擬軟體 (側射型半導體雷射 …)
PICS3D模擬軟體 (面射型半導體雷射、DFB雷 射、Self-Pulsation雷射 …)
來念彰化師大研究所? 大專生國科會計畫(3月7日前申請)
(32,000元獎學金 + 15,000元雜費)
2006/02/20
郭艷光教授 / 藍光雷射與光電半導體實驗室
12
如果你想修我的專題研究
請在下學期開學之前將以下資 料E-mail給我： 姓名、連絡電話(手機號碼)、Email帳號、簡單自我介紹、歷 年成績單(網頁電子檔即可)、進 修計畫(碩博士班)
郭艳光蓝光雷射实验室半导体雷射 LEDOLED
藍光雷射與光電半導體實驗室
實驗室負責人：郭艷光老師
實驗室成立時間：1998年7月
實驗室成立背景：配合物理系推動 之「藍光雷射計畫」，執行氮化銦 鎵(InGaN)半導體雷射的元件設計、 以及光學量測的研究工作。
2006/02/20
郭艷光教授 / 藍光雷射與光電半導體實驗室
預定招收人數：最多10人
2006/02/20
郭艷光教授 / 藍光雷射與光電半導體實驗室
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彰化師大教職員『奈米樂團』
奈米樂團(彰化師大教職員樂團)
.tw/music.htm
誕生：
2005.01.21
成長茁 壯中 …
2006/02/20
郭艷光教授 / 藍光雷射與光電半導體實驗室
光纤通信发展的历史和现状
C 波段 1525~1565nm
1.57 1.62
L波段
3、光接收机 功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号 组成部分：耦合器，光电检测器，解调器 组成框图：
电子电路
光输入
耦合器
光电检测器
解调器
电信号输出
结构参数：接收机灵敏度，定为BER≤10-9条件下，所要 求的最小平无接收功率。 检测方式：直接检测和外差检测
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑
实用光纤通信系统的发展 • 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。 • 1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 • 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。 • 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 • 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。 • 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。
1.1.3 国内外光纤通信发展的现状 1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。 此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。 随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。 目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。 在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。
氮化铟镓InGaN的材料特性制程与近来发展-郭艳光
InGaN的材料特性、製程、近來發展姓名：張郁妮學號：8522045班級：物三甲指導老師：郭艷光前言：以InGaN為主的二極體、雷射材料在最近幾年被發展出來後，由於市場價值高、發展潛力大，無論工商業界、學術、研究單位皆投入相當大的資本與人力，目前以日本日亞公司的產品最為成功，1997年10月30日(去年我生日的那一天)，日亞公司在日本德島舉行的第二次氮化3-5族的國際會議中發表已製成在室溫下連續振盪的壽命估計可達1萬小時的InGaN藍光雷射二極體。
目前藍光LED及LD在量產技術方面，工研院的光電所以有很好的設備，當然業界也有幾家積極的投入，我們也預估在未來兩年內藍光LED燈、晶粒及晶片將陸續推出，這也是我們產業成熟的策略。
另外在學校的研究亦由國科會積極投入，以尖端計畫方式研究氮化鎵藍光雷射為目標，整合學校教授的大團隊，作五年長期研究，同時亦有許多自由行的研究計畫被提出執行，正是高科技產業的特質，在有量產產品技術之時同時發展下一波產品技術，才能在專利及時效上與世界先進產業同步競爭及永續經營。
LED產業動態與趨勢在PC、通訊網路等各類電子產品需求增加，以及行動通訊、彩色影像資訊、交通、能源、醫療、加工、檢測等新興需求帶動下，全球光電材料與元件市場持續維持成長，研發投入亦激增。
根據知名市場研究機構Strategies Unlimited去年底表示，1997年全球光電市場總值達71.1億美元，年成長率達8.0%。
可見光LED自推出藍光LED產品而達成全彩化後發展方向除既有顯示、指示、光源等用途外，結合全彩化之多媒體電子產品亦為另一項重要發展方向，如全彩掃瞄器、大型LED全彩顯示幕等。
•國內概況:1997年我國LED級及LED顯示器等相關元件，其上中下游的海內外總產值共約新台幣187.7元。
LED中上游產值快速增加，產業結構日益完備，下游赴大陸生產規模擴大，整體成長高達21.1%，已躍居世界第二位；藍光LED亦有諸多研發進展。
铟镓砷磷半导体激光的生物特性及73例椎基底动脉供血不足者的治疗
铟镓砷磷半导体激光的生物特性及73例椎基底动脉供血不足
者的治疗
郭绍尧;于丽华;郝素玉
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】1992(13)6
【摘要】通过对甸镓砷磷半导体激光和常用He-Ne激光生物特性进行初步比较,说明半导体激光对治疗椎基底动脉供血不足疗效较明显。
【总页数】5页(P306-309)
【关键词】InGaAsP;半导体激光;生物特性
【作者】郭绍尧;于丽华;郝素玉
【作者单位】白求恩医科大学基础医学院;长春市南关区医院
【正文语种】中文
【中图分类】TN249
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【商品说明书】铟镓砷光电二极管 应用电路
铟镓砷光电二极管应用电路嘿，科技迷们，你们是否对光电世界的奥秘充满好奇？今天，咱们就来聊聊一颗在光电子技术领域熠熠生辉的明星——铟镓砷光电二极管！它不仅仅是一个冷冰冰的半导体器件，更是连接光与电世界的神奇桥梁！首先，咱们得明确一点：铟镓砷光电二极管，简称InGaAs PD，那可是光电子领域的顶尖高手！它的核心优势在于对近红外光波段的超高灵敏度，简直就像是给光信号装上了超级雷达，任何微弱的光信号都难逃它的“法眼”。
那么，这么牛的器件，在应用电路中究竟能施展哪些魔法呢？别急，咱们一一揭晓！1️⃣ 高速通信的加速器在光纤通信系统中，InGaAs PD可是个不可或缺的角色。
它能将光纤中传输的光信号快速转换为电信号，实现数据的超高速传输。
想象一下，当你在线追剧、打游戏时，背后就有InGaAs PD在默默为你保驾护航，确保流畅无阻的网络体验！但是，你知道InGaAs PD是如何在复杂的电路中保持高速稳定的吗？它的内部结构设计和材料选择可是大有讲究哦！快来评论区分享你的猜想吧！2️⃣ 光谱分析的小能手除了通信，InGaAs PD在光谱分析领域也是一把好手。
它能对特定波长的光进行精确测量，为科研、医疗等领域的光谱分析提供可靠数据。
就像是给光谱世界装上了一双精准的眼睛，让隐藏的信息无处遁形！不过，你知道InGaAs PD的波长响应范围是如何确定的吗？不同的应用场景对它的要求又有哪些不同呢？快来评论区和我探讨一下吧！3️⃣ 激光雷达的得力助手在自动驾驶、无人机等前沿领域，激光雷达可是个关键部件。
而InGaAs PD 作为激光雷达接收端的核心组件，能够高效接收并转换反射回来的光信号，为精确测距和避障提供有力支持。
就像是给自动驾驶汽车装上了智慧的双眼，让它们在复杂的道路环境中游刃有余！然而，InGaAs PD在激光雷达中的应用还面临哪些挑战呢？如何进一步提高它的性能和稳定性？这些问题可都是值得我们深思的哦！看到这里，你是不是已经被InGaAs PD的魅力深深吸引了呢？别急，还有更劲爆的观点等你来挑战！争议观点：有人认为，随着量子信息技术的快速发展，InGaAs PD可能会逐渐被更先进的量子光电探测器所取代。
黄绿光磷化铝镓铟AlGaInP-郭艳光
光電子學期末報告黃綠光磷化鋁鎵銦光學特性之研究教師：郭艷光教授系級：物理研究所二年級學號：8822203學生：黃雅蓮大綱1. 磷化鋁鎵銦材料介紹2. 黃綠光的優點及應用3. 磷化鋁鎵銦材料如何發出黃綠光4. 黃綠光磷化鋁鎵銦發光二極體5. 面射型雷射的優點及應用6. 黃綠光磷化鋁鎵銦面射型雷射之DBR反射層7. 參考文獻1. 磷化鋁鎵銦材料介紹磷化鋁鎵銦(AlGaInP)材料，就其元素來看(見表01.)，是一個第五族的元素，加上三個第三族的元素，所共同組合而成的四元化合物；其材料的性質會隨元素所佔的比例不同而有所不同，一般我們為了清楚表示這種材料，所以給予一個通式：(Al x Ga(1-x))y In(1-y)P，其中[x×y]表示鋁在第三族元素中所佔的比例，[(1-x)×y]為鎵所佔的比例，而[1-y]則是銦所佔的比例，三者加起來為1。
以下就元素比例對材料特性的關係加以討論及說明。
表01. 元素週期表。
1.1 基板擁有合適的基板，是長出高品質光學元件的主要原因之一；所以當我們想擁有高品質的磷化鋁鎵銦光學元件，首先必須先找到晶格能和磷化物匹配，且最好是能導電的基板。
由表02.中，我們可以看的出來，砷化鎵的晶格常數介於磷化銦、磷化鎵及磷化鋁間，且當摻雜為1×1018(cm-3)時，電阻率僅為7.02×10-4 (Ω-cm) [1](半導體一般定義電阻率於10-2-109Ω-cm間，以下為導體，以上為絕緣體[2])；因此，砷化鎵對磷化鋁鎵銦材料而言，是相當合適且難得的好基板。
目前一般的磷化鋁鎵銦光學元件，不論波長為何，幾乎都是使用砷化鎵為基板，如短波長的可見光雷射[3]，及600nm[4]、610nm[5]、630nm[6]、680nm[7]的雷射二極體，或發黃綠光的發光二極體[8]、650nm的發光二極體[9]等。
表02. 在室溫(300K)及長晶溫度(975K)下的晶格常數。
光纤通信简明教程部分参考答案
第一章习题1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少? 光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO 2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。
1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-3 通信系统的容量用BL 积表示，B 和L 分别是什么含义?系统的通信容量用比特率—距离积表示，B 为比特率，L 为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
(1) 通信容量大 (2) 中继距离远(3) 抗电磁干扰能力强，无串话 (4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。
略第二章习题2-1 一个频率为Hz 的光14106⨯源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子? 解：191434141052.210610626.610106,10⨯=⨯⨯⨯==⨯==-ννh P N HzW P2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播? （1） 对于石英光纤，纤芯的折射率48.11=n ，包层的折射率46.12=n 。
（2） 对于塑料光纤，纤芯的折射率495.11=n ，包层的折射率402.12=n 。
解：由 12sin n n c =ϑ 得 121sin n n c -=ϑ （1）︒==-57.8048.146.1sin1c ϑ （2）︒==-94.73495.1402.1sin 1c ϑ2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
九十一学年度第一学期-郭艳光
九十二學年度第一學期半導體雷射期末報告長程光纖通信光源材料InGaAsN 之特性介紹與近代發展班級：光碩一學號：92252006姓名：陳秀芬指導教授：郭艷光博士報告日期：2003/01/06目錄壹、前言 (2)貳、三種光源材料之比較 (2)參、InGaAsN的物理特性 (4)一、N原子成分的影響 (4)二、In原子成分的影響 (6)三、電子有效質量 (7)肆、InGaAsN LD與VCSEL的近年研究 (7)一、Improved photoluminescence of InGaAsN-(In)GaAsP quantum wellby organometallic vapor phase epitaxy using growth pause annealing (7)二、Ultrafast (GaIn)(NAs)/GaAs vertical-cavity surface-emitting laser forthe 1.3 mm wavelength regime (10)三、Room temperature continuous wave InGaAsN quantum wellvertical-cavity laser emitting at 1.3 m (12)伍、結論 (14)陸、誌謝 (15)柒、參考文獻 (15)壹、前言過去在商業應用上，長程光纖通訊的光源材料廣泛地採用InGaAsP系統，但近年來，新竄起的InGaAsN與AlGaInAs兩種材料被發現具有更多的優點[1]，引起學術界許多研究群的注意，紛紛將研究重點投注在這兩大材料中。
而其中InGaAsN以高特性溫度與相當大的band offset ratio (∆E c：∆E v)取勝，擁有設計為面射型雷射(vertical-cavity surface emitting laser, 簡稱VCSEL)的極大優勢。
以下將先簡介InGaAsN、AlGaInAs與InGaAsP三大材料的特性與比較，而後介紹InGaAsN的物理特性與發展，最後選擇三篇近年的研究論文，提供大家作為參考。
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光電子學期末報告Introduction to InGaAsPSemiconductor Materials指導教師:郭艷光(Yen-Kuang Kuo) 教授學生:蔡政訓學號:8522022系別:物理系班級:四年級乙班內容大綱：（一）前言（二）波長範圍與能隙（Eg）寬（三）起振條件與輸出功率：（四）各種不同結構的雷射（五）先進的半導體結構及其性能（六）結語（七）參考書目（一）、前言現在是資訊時代，為了高速處理資訊社會所擁有的龐大資料，利用光和電子技術之光電業於焉誕生。
應用同調(coherence)光的工業在1984年度(以光學式影像機為中心)的生產規模為6600億日元，到西元2000年，預料將以光通訊為中心，生產規模也將成長為12兆日元。
其製品包括同調光通訊系統、光IC(光電子積體電路，OEIC)光電算機等。
光IC 係將光與電子的功能特性集積在一片基板上，而以砷化鋁鎵及磷砷化銦鎵系半導體技術最為先進，其與化合物半導體IC 同樣，有實現的可能。
光電半導體材料之研究十分積極，已開發出砷化鎵、磷化銦、砷化鋁鎵、磷砷化銦鎵等。
至於光通訊系統方面，與傳統的有線通訊系統比較起來，光纖通訊具有較大的通訊頻寬，較小的訊號衰減，不受電磁波干擾，沒有串音、保密性高、線徑小、重量輕、可靠度高、、等優點，因此可已知道隨著資訊的暴漲，據高速大容量高品質的光纖通訊系統毫無疑問的將是未來資訊傳遞的主流。
而光纖系統中最重要的關鍵性元件就是它的光源，也就是雷射二極體，本文就是要介紹在光纖系統中最常被使用的雷射：磷砷化銦鎵 ( InGaAsP) 的特性以及其結構。
（二）、波長範圍與能隙（Eg ）寬光纖通訊中最常使用的波長為1.3以及1.55微米，主要是由於光在石英光纖中的傳輸損失在這兩個波長最低，在1.3微米處約0.6dB/km ，而在1.55微米處約0.2 dB/km 。
在光纖中，由於材料色散的緣故，不同波長的光在光纖中有不同的色散，因而傳輸速率的不同，會造成訊號的波形變形，而限制了傳輸的距離。
波長於1.3微米附近的色散是零，因此雖然其損失比1.55微米時大，但仍然最常用來當作短距離光纖通訊的光源。
在光纖通訊所使用的長波長範圍內，最常用InP 為基板材料。
為了能與InP 的晶格常數（a=5.87埃）相匹配，必須使用四元化合物InGaAsP 。
當晶格與InP 相匹配時（y=2.2x ），其能隙Eg （單位是eV ）的變化為 212.072.035.1y y Eg +-=則我們由公式 ： Eg24.1=λ可知由0.92到1.65微米的整個波長範圍均被此種材料系統所涵蓋。
這個關係式如圖（一）所示（其中Eg以電子伏特eV為單位，波長以微米 為單位）m（圖一）至於在活性層兩旁的光侷限層材料，通常選擇其組成的能隙比活性層大大約200meV的材料為主。
至於在材料的製造方面，在1970年首次用LPE法成長，現在已經逐漸的為有機金屬氣相沈積法（Metal-orgain Chemical Vapor Deposition MOCVD）所取代，而分子束磊晶成長法（Molecular Beam Epitaxy MBE）也漸漸被大家所使用。
（三）起振條件與輸出功率：雖然當有電流注入半導體雷射時會立即產生受激放射，但必須在電流超過某一臨界值時雷射才能放出光，這一臨界電流稱為起振電流。
典型的雷射光輸出功率和電流的關係為：當輸入的電流由零逐漸增加時，光輸出功率起初增加十分緩慢且微弱，此時所發出的光屬於自發放射。
當輸入的電流繼續增加到臨界電流時，光的輸出功率便開始急速的增加，開始產生雷射光，也就是受激放射。
這是因為當有電流達到某一定值時，有足夠多的電子注入導電帶，因而使得半導體達到光透明的狀況，也就是達到居量反轉的條件。
當電流再繼續的增加，則DH 結構的活性區域出現光增益，可表示為g = A ( N - N 0 )其中A=dN dg 為微分增益，N 為注入電子密度，而N 0為達到光透明所需要的電子密度。
A 與N 0這兩個參數均是材料常數，由能帶結構所決定。
在InGaAsP DH 雷射中，A 的值約為1.2~2.521610cm -⨯，而N 0的值大約為0.9~1.531810-⨯cm ，其數值依照雷射波長與參雜濃度而定。
利用在非常薄的活性層中之量子侷限作用，我們可以藉著改變能帶結構而使A 值變的更大，同時N 0變小，以增大光增益。
在Fabry-Perot 半導體雷射中，利用自然斷裂面形成共振腔，這是由於半導體材料的折射率很大，以InGaAsP 雷射而言，其折射率n=3.5，可以在雷射端面造成約30%的反射率 ，則我們可以推導出輸出光的功率與電流的關係為 []th I I qhv d P -=)2(0η 其中η為微分量子效率（或外在量子效率），為光子逃逸速率與光子產生速率的比值，ν為光頻率，而th I 為起振電流，由此式可已知道，當電流超過起振區域時，η與輸出光對電流變化曲線的斜率成正比當電流在起振電流附近時，η為一定值且隨著電流增大引起的熱效應而減小，（圖二）是一個典型的1.3微米Double Channel Planar Heterostructure (DCPBH)雷射在不同溫度時的輸出光對電流變化的特性曲線。
這元件可以直流連續操作至攝氏130度，在室溫時的起振電流約為10-15mA 之間。
（圖二）（四）各種不同結構的雷射（1）Fabry Perot 半導體雷射在此種雷射中，活性層形成一個光波導層，電子與電洞在其中結合而從波導方向發光，左右兩邊的端面依照晶體特定方向劈開形成鏡面，與光波導層形成共振器，光在光波導層中來回震盪，放大，因而射出雷射光。
以InGaAsP雷射而言大約可以分成三種：1、增益波導型雷射(Gain-guided Laser)最典型之增益波導型雷射為條狀接觸(Contact Stripe)雷射，截面如圖三（a）所示，使用SiO2或Si3N4絕緣膜限制電流只能流經條狀接觸區域。
圖三（b）為以質子撞擊(Proton Bonbardment)法將P侷限層撞擊成半絕緣，結果電流亦只能從中間區域流過，圖三（c）則以Zn擴散法，使電流集中從擴散區域通過。
以上這些構造之活性層均為平面且連續的，因此不論是載子或光的侷限效果均較差，因此Ith較高（100～150mA），量子效率較低，且縱向模(Longitudinal Mode)較多，由於光纖之色散，使得數據傳輸之速率降低。
圖（三）各種不同InGaAsP增益波導雷射結構（a）為氧化條狀（b）為質子佈值（c）條狀結構（d）自動定位２、弱折射率波導型雷射(Weakly Index-guided Laser)由於增益波導結構在活性層面上之效折射率差，係由電流載子密度分佈而生，只有約53⨯，相當微弱，使得光電特性欠佳。
圖（四）所示為幾10-種InGaAsP雷射簡單之折射率波導（Weakly Index Guide）結構之縱剖面示意圖，圖十一（a）稱為脊狀波(Ridge Waveguide)結構，電流當然僅從介電質(SiO2或Si3N4)所界定區域通過同時脊狀兩側介電質提供部份有效之折射率波導。
圖十一（d）所示結構稱為溝狀波導(Rib Waveguide)，溝槽兩側之材料不同而產生折射波導。
這兩種結構之有效折射率波導約1210-⨯，因此臨限電流可降至40～80mA。
圖四各種不同的弱折射率波導型雷射（a）脊狀波導（b）臺階式基板（c）通道凹溝基板平面波導（d）凹型波導3、強折射率波導型（Strongly Index Guided）圖五所示為幾種InGaAsP雷射較常用之強折射率波導(Strongly Index Guide)結構雷射之縱剖面圖，例如(b)圖結構稱為埋藏式平面雙槽異質結構(Double-Channel Planar Buried Heterostructure;DCPBH)。
這些結構之活性層四週均被能隙較高、折射率較低之材料所包圍，加上內建之電流限流層，因此無論是載子或光的侷限效果均甚佳，臨限電流可低至10～15mA，同時量子效率也較高，側模亦較少。
但這種雷射結構需要多次磊晶步驟，所以在製作上較為困難。
圖五各種不同的強折射波導型雷射結構（a）蝕刻高臺掩埋式雙異質結構（b）雙通道平面掩埋式雙異質結構（c）平面掩埋式雙異質結構（d）條狀掩埋式雙異質結構（2）單模態半導體雷射當已上所介紹的FP半導體雷射在高速傳輸調變時，其縱向便會變成多模態，這些多模態的出現因為光纖色散會限制很多資訊傳輸，降低了光纖的頻寬。
因此，我們在高速傳輸時便需要一個非常穩定的縱向單態模的半導體雷射，也就是說這個雷射只有一個頻率，特別在波長1.55微米的光纖通訊傳輸系統更是迫切需要。
過去利用了縮短雷射共振腔長度，劈分耦合式共振腔（Cleaved Coupled Cavities,C3）以及附加短耦合式共振腔等方式，研製能單頻操作的元件，短共振腔雷射工作原理是利用拉大的光模態間格，加大其增益值差距，而耦合式共振腔是利用多腔光互相干涉的效果，產生與頻率有關的損耗。
然而這些元件對於早期實驗系統雖然是有用的實驗室產物，但要把他們商業化確是很困難的。
一直到DFB雷射研發後這些問題才解決。
傳統FP雷射其光回饋（feedback），是藉著鏡面反射，其大小對縱向每個模態都是相同的，而其模態差異是由於雷射本身的增益分佈來決定的，但是由於增益分佈位常比縱向模態寬度大，所以模態大小彼此差異不顯著。
解決之道就是製造一個以頻率為依存的回饋，致使對不同的模態其在共振腔的損失也不同，目前有兩種在使用：（1）分佈回饋型（Distributed Feedback，DFB）以及（2）耦合共振器型（Coupled cavity）。
DFB雷射其回饋並非藉由共振器的兩鏡面而已，而是分佈在整個共振器長，所以需要製造出一個光柵使某層厚度沿著共振器而有週期性的變化，在固定的波長下，只要做出合適的週期，即可做出有用的DFB雷射。
圖六是兩種符合布拉格繞射的雷射結構，即是DFB和DBR雷射（Distributed Bragg Reflector），而兩者不同之處在於，DFB光柵是做在鄰近活性層的波導層裡，如果是DBR雷射，光柵是做在沿著共振腔方向的活性層外鄰。
圖六由於光柵區域具有週期性的折射率變化，它使共振腔內的各種來回光波互相耦合。
最接近Bragg波長的光波相耦合效應最強。
在一個沒有尾端鏡面反射的理想結構下，縱向模態以為中心，成一等距離分佈光譜，其波長為：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+±=Le n m g B B 2)5.0(2λλλ 其中m 是模態階數（m = 0, 1….），Le 是等效光柵長度。
因為光柵造成的週期性折射率變化，產生光波的抑止帶（Stop Band ），而在此抑止帶內的光波其通過光柵區域的機率是零。