光電子學期末報告IntroductiontoInGaAsPSemiconductorMaterials指導教師:郭艷光(Yen-KuangKuo)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0.2dB/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212.072.035.1yyEg則我們由公式：Eg24.1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m為單位）（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-orgainChemicalVaporDepositionMOCVD）所取代，而分子束磊晶成長法（MolecularBeamEpitaxyMBE）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InGaAsP四元化合物之發光波長與組成之關係圖00.20.40.60.811.21.41.61.800.20.40.60.811.2y波長（微米）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-N0)其中A=dNdg為微分增益，N為注入電子密度，而N0為達到光透明所需要的電子密度。A與N0這兩個參數均是材料常數，由能帶結構所決定。在InGaAsPDH雷射中，A的值