第135期 2017年11月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:吳肇欣教授  主編:林筱文  發行日期:2017.11.30
 
 

本所劉致為教授榮膺「2018 IEEE Fellow」,特此恭賀!

本所博士生蔡政庭同學榮獲財團法人中技社「106年度科技獎學金」(林恭如教授指導),特此恭賀!

本所12月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電所專題演講

12/1 (Fri) Prof. Milton Feng
University of Illinois at Urbana-Champaign

From Alloy LEDs and Lasers to Transistor Lasers (Devices that Changed the World)

博理館
101演講廳

15:00~16:30
Prof. Keisuke Goda
University of Tokyo

Extreme Imaging for Large-Scale Single-Cell Analysis

博理館
101演講廳

16:30~18:00
12/22 (Fri)

Prof. Linbo Liu
Nanyang Technological University, Singapore

待訂

電機二館
105
演講廳

14:20~16:00
12/29 (Fri)

王威執行長
明達醫學科技

待訂

博理館
101演講廳

14:20~16:00

 

 

 

 
 
     

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

【之一】

撰文:光電所碩士班學生楊子德

我所看到的UGent

在臺大光電所讀書的最後一年,透過所上的資源,很幸運地得以前往根特大學攻讀雙碩士學程,利用一年的時間體會留學生活。根特大學在哪裡?一直是個非常難回答的問題。顯然地根特大學位於比利時法蘭德省(Flanders)的典雅小城—根特(Ghent)中,卻由於城市內遍佈著根特大學不同的院系建築,因此要指出最具代表性的一棟建築著實令人煩惱:農學院位在古城區的西邊緊鄰著彎曲的美麗河道,工程與建築學院位在市中心一棟古典莊嚴建築物,隔著轉角附近便是新穎現代風格的教務處,光電系所則是位於遠在南方騎腳踏車30分鐘的科技園區中。根特大學沒有主校區,而是一個融入這幾百年老城中,學術嚴謹且充滿文化氣息的學校。

左圖:根特古城區;右圖:光電系所大樓

記得剛到根特的第一個禮拜,選完課之後接下來便是一連串尋覓上課地點的過程。早上的英文課在工程學系的系館,下午的課在科技園區,因此走到街角的學校餐廳簡單抓個三明治快速地解決午餐,便掐著時間轉車前往。在搭了一班輕軌、轉乘一輛巴士後,上了一堂生醫光電課,回程發現同學們幾乎都是騎腳踏車,教授也不例外。一來學校分散在整個城市內,自己騎車節省交通費,二來當作是運動。於是我租了一輛腳踏車,從此又探索了這城市中不同的角落。

左圖:根特200年標語;右圖:古城區河道

根特大學有許多的外國學生,不論是Erasmus計畫的交換生、或是學位生,都共同生活在這城市之中。課程上有許多的課是用英文授課,因此在課堂上可以看到各個不同國籍的學生。這一年的時間,我和來自西班牙、義大利、蘇格蘭、俄羅斯、比利時的同學一同修課、實驗、生活。在工程學院的歡迎會上,有一個自我介紹的環節,介紹每個人的名字國籍以及修習的學系。猶記得,當初在介紹完後,教授說道:「現在的你們依著各自的國家而坐,希望在這一年之中,這個現象會消失,不同國家的學生能夠穿插而坐,來自不同背景的人互相摩擦產生的火花正是根特大學所期望能夠看到的,你們來學習而我們也從你們身上獲得不同的視野。 」

圖:與各國朋友聚會

修課的時候大部分是小班制,小教室內大約五到十個學生。學生遇到不清楚的地方或遇到問題會勇於發問,老師也很樂於與學生互動重新講解。課程部分根特大學是歐洲出了名的嚴格,作業與報告平均一周兩個左右,相當紮實。考試與台灣不同的是在答完寫作部分後通常會有口試(oral exam)。他們的學生非常習慣與善於口試,口試也能夠較清楚地讓授課老師了解你的程度,給予回饋。而在研究方面,風氣與台灣也有些不同之處。研究題目會有supervisor和advisor,分別是指導教授與協助的學長姊,比較多的時候是個別與教授的討論與規劃實驗,然後advisor會適時提供需要的幫助。實驗進度方面較多時候需要自己規劃實驗,及主動和教授約會議、報進度。在國外的這一年,不論是在學習與研究方面,都必須要主動自發安排,對自我有所要求。最重要的是要勇敢跨出舒適圈,才能看到出乎意料的人生風景。【精彩內容,下期待續~】

左圖:上課情形;右圖:校外教學參觀太陽能廠

 

撰文:光電所碩士班學生林暐杰

我所看到的UGent

首先很感謝前所長黃升龍教授的努力與所辦筱文姊的幫助,讓EMSP計畫可以持續推動,也感謝林晃巖老師的鼓勵和支持讓我參與這個計畫。本篇會先以根特大學為主作介紹,並概略分享課內課外的學習,讓有興趣的學弟妹們可以感受實際的生活,且能提早開始準備。

這次的EMSP計畫我前往的是位在比利時根特的根特大學。根特在比利時偏向荷蘭交界處附近,優越的地理位置使學生很方便能到達荷蘭或比利時各個城市。而根特是一座大學城,在城市內到處都可以看到學校學院,是學校和城市的完美融合。因此在根特大學就讀,時常有走在古老歐洲時代的感受,能享受古色古香的歐洲氛圍。在台北生活二十幾年後,初到根特會覺得是不大的城市,大約只有台北的二分之一,但人口卻只有台北的十分之一,因此在根特的生活步調是悠閒且不擁擠的。然而生活機能卻十分便利,一南一北兩個主要的大火車站,班次密集的輕軌和公車,再加上規劃完整的腳踏車步道,不論是上學或是購買生活用品都能輕鬆前往。

根特大學是名符其實的綜合性大學,研究領域廣泛。學校共設11個學院,自然科學、醫學與健康科學、工程與建築、藝術與哲學、法律、經濟學與工商管理、獸醫學、心理學與教育學、生物科學工程、藥學,和政治與社會學,共117個系。根特大學是世界頂尖的研究型大學,也是比利時最有名的大學之一。建於1817年,今年剛好是學校200週年校慶。根特大學的座右銘是”Dare to Think”,學校鼓勵學生有獨立思考能力和批判性思考。根特大學憑藉著紮實的研究能力,在世界大學排名上表現十分亮眼。在最新的2017世界大學學術排名(ARWU),根特大學排名世界69名,在比利時排名第1。而在全球大學研究影響力排名中,根特大學更是排名53名。

初到歐洲讀書,一開始很擔心文化差異和語言造成的不適應。但是或許因為比利時位在歐洲中心,因此比利時對於不同國家的人或文化包容度很高,在根特大學也有將近一成以上的外國留學生。雖然比利時不是英語為母語的國家,依照地理位置主要區分為荷蘭語以及法語,而根特位在荷蘭語區,但由於比利時人從小的教育以及英語電視節目媒體的接觸,比利時人的英語普遍都相當流利。所以在日常生活,不論是購物或是進餐廳用餐,抑或和路上的人搭訕問路、用英語溝通,都相當友善沒有隔閡,在學校方面也開設了許多全英語的課程,因此從上課內容到課後詢問或是和同學討論也都可以用英語作良好的溝通。

EMSP課程一同上課的同學其實並不多,每堂課同學大多都十人左右的小班教學,因此除了課堂認識朋友外,根特大學有許多學生組織每週都有許多活動讓學生們能認識彼此。從光電所上本身的組織每學期辦的烤肉聚會,到工程學院的學生組織VTK或是國際學生的學生組織ESN辦的體育競賽、各國料理分享、划船攀岩等等活動,都讓我們感到不孤單,能認識更多朋友。回想在根特的這一年,雖然修課很多,但內容充實,且結交到許多好友,是我非常難忘且珍惜的一段時光。【精彩內容,下期待續~】

根特大學上課情況

根特城市風景

 

 

 

 

 
     
 
 

A method for enhancing the favored transverse-electric-polarized emission of an AlGaN deep-ultraviolet quantum well

Professor C. C. Yang’s Lab.

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 楊志忠教授

An AlGaN quantum well (QW) structure of a deep-ultraviolet (UV) light-emitting diode (LED) needs to be well designed for controlling its band structure such that the heavy-hole (HH) band edge becomes lower than the split-off (SO) band edge and hence the transverse-electric (TE) polarization dominates the emission for achieving a higher light extraction efficiency. Here, we report the discovery of un-intentionally formed high-Al AlGaN nano-layers right above and below such a QW and their effects on the QW for changing the relative energy levels of the HH and SO bands. The comparison between the results of simulation study and polarization-resolved photoluminescence measurement confirms that the high-Al layers (HALs) represent the key to the observation of the dominating TE-polarized emission. By applying a stress onto a sample along its c-axis to produce a tensile strain in the c-plane for counteracting the HAL effects in changing the band structure, we can further understand the effectiveness of the HALs. The formation of the HALs is attributed to the hydrogen back-etching of Ga atoms during the temperature transition from quantum barrier growth into QW growth and vice versa. The Al filling in the etched vacancies results in the formation of an HAL. This discovery brings us with a simple method for enhancing the favored TE-polarized emission in an AlGaN deep-UV QW LED.

Fig. 1 (upper) TEM image to show the HALs (dark stripes). (lower) Geometric phase analysis image.

Fig. 2 Schematic drawings to show the formation mechanism of the HALs.

 

Surface plasmon coupling for suppressing p-GaN absorption and TM-polarized emission in a deep-UV light-emitting diode

Professor Y. W. Kiang’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 江衍偉教授

The radiated power enhancement (suppression) of an in- (out-of-) plane-oriented radiating dipole at a desired emission wavelength in the deep-ultraviolet (UV) range when it is coupled with a surface plasmon (SP) resonance mode induced on a nearby Al nanoparticle (NP) is demonstrated. Also, it is found that the enhanced radiated power propagates mainly in the direction from the Al NP toward the dipole. Such SP coupling behaviors can be used for suppressing the transverse-magnetic (TM)-polarized emission, enhancing the transverse-electric (TE)-polarized emission, and reducing the UV absorption of the p-GaN layer in an AlGaN-based deep-UV light-emitting diode by embedding a sphere-like Al NP in its p-AlGaN layer.

Fig. 1. (a)-(d) Schematic demonstrations of simulation structures A-D.

Fig. 2. Spectra of the normalized radiated power in structures B-D when an x-dipole is used (d = 50 nm). The vertical arrow marks 270 nm.

Fig. 3. Similar to Fig. 2 except when a z-dipole is used (d = 50 nm).

 

 

     
 
 
論文題目:奈米尺寸層狀p-型氮化鎵的高導電率與其等效導電率量測方法

姓名:陳浩宗   指導教授:楊志忠教授

 

摘要

我們使用分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy)成長p摻雜與未摻雜氮化鎵(GaN)多層奈米結構,達到超低電阻率 0.038 Ohm-m,低電阻率之原理是靠著p型氮化鎵層的電洞擴散至兩側未摻雜氮化鎵奈米層,藉由未摻雜層的高電洞遷移率特性,大幅提高整體導電率。我們也進行模擬研發基於Brooks-Herring理論建立受離子化後雜子散射的電洞遷移率(hole mobility)分布和隨深度變化的電洞濃度分布,藉由此分布我們也可以瞭解電流流經的區域,進而計算與實驗結果吻合的等效電洞濃度、等效遷移率與等效電阻率。

圖一為不同樣品的電洞濃度與電阻率,在樣品D (p-GaN 4 nm/ u-GaN 2.5 nm)達到最佳的導電率與最低的電阻率,由圖二電洞遷移率可以看到,有使用未雜層氮化鎵當作導通層的樣品,其遷移率都大幅上升。

圖一

圖二

 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、孟慶棠 —

烏賊眼睛之漸變折射率特性

相比於人眼,魚與烏賊的眼睛具有拋物線漸變折射率的球面透鏡,此設計被認為是在光亮度較缺乏的海洋當中的最佳化,亦即將敏感度與視覺敏銳度最大化,且如同知名19世紀蘇格蘭物理學家James Clerk Maxwell所預測的,此設計亦可形成無像差影像。然而,直到現在,我們還未清楚漸變折射率透鏡是如何於這些生物之中構成且是由均質材料,例如單一蛋白質溶液所組成。現在,Jing Cai與其於美國Pennsylvania大學的同事經過調查足類烏賊(Doryteuthis pealeii,如圖1所示)而找到了解答(Science 357, 564–569; 2017)。

 
圖1、一隻足類烏賊照片顯示其具有球面漸變折射率透鏡。

在單波長情況下,Maxwell描述徑向位置與折射率關係(如圖2公式所示),以致於球面透鏡能聚焦於一無像差影像於視網膜。n(r)為折射率,r為半徑距離,nc為透鏡中心折射率,ne為透鏡周圍的折射率。

 
圖2、位置與折射率的關係式

烏賊眼睛的折射率材料是由稱作S晶體的蛋白質所組成,此S晶體由穀膀干肽S轉換酵素酶與可變長度的肽環組成。此研究團隊使用膠狀電療法,將蛋白質分子重量分布為透鏡半徑函數之特徵。實驗結果顯示帶有非常小環的蛋白質高度充斥於透鏡的核心,而中等大小的環則是充滿於透鏡周邊。帶有較長環的S晶體則是充滿於整個透鏡。

藉由小角度X光散射實驗可觀察S晶體空間的結構。構造上的擬合分析證實蛋白質溶液包含成對連結鍊狀的S晶體與蛋白質網絡內複雜的多粒子節點。

當從不同的透鏡徑向位置取出的組織被稀釋至0.01的體積比例,然後再經由離心過程,可觀察出蛋白質液體與微粒。相對蛋白質的數量與微粒密度均隨著靠近透鏡中心而增加,因此這解釋了漸變折射率的輪廓。在採集於透鏡周圍的樣本中,微粒是一個軟且整體生成半透明的膠狀物,而相對採集於透鏡中心的樣本則是形成白色的粉末。

 

參考資料:

1. Noriaki Hiriuchi, Graded-Index Squid Eye, Natural Photonics 11, 318 (2017)

DOI: 10.1038/s41566-017-0023-1
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0023-1

2. J. Cai, J. P. Townsend, T. C. Dodson, P. A. Heiney, A. M. Sweeney, 357, Issue 6351, 564-569 (2017)

DOI: 10.1126/science.aal2674

   
 
 
 
版權所有   國立臺灣大學電機資訊學院光電工程學研究所   http://gipo.ntu.edu.tw/
歡迎轉載   但請註明出處   http://gipo.ntu.edu.tw/monthly.htm/