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OptiHS是一個以物理模型為基礎來模擬電學特性與雙異質結構的光學特性的動態電腦輔助工程設計軟體，主要是用來輔助半導體光電元件的設計。它可利用對各個半導體層的精確模擬來分析生長時晶體外延結構的光學特性，包括緩衝、分隔、蝕刻、接觸、覆膜和金屬化層。使用者只需定義材料系統（例如，砷化鎵鋁／砷化鎵或砷化鎵磷鋁／磷化鋁）和半導體層的工程參數（成分、寬度和聚集摻雜濃度），此不僅能計算分層的自由載子參數（淨濃度和有效溫度）所表示的電子能帶結構和複數介電係數，也可獲得複合多層磊晶結構產生的光學響應。

OptiHS應用範圍&領域：

半導體塊材與量子井材料特性 ( 電學及光學特性 )
針對取向附生雙異質結構的光電元件及成份提供設計與最佳化，其中包含了
低損失或可調的半導體雙異質結構波導特性
以摻雜來控制元件的光學特性，例如光調變器及光開關
塊材與量子井主動層雷射、光放大器與波長轉換器
垂直共振腔雷射、共陣勢調變器、開關、接收器
以載子濃度為函數來模擬雷射二極體光學特性
淨光增益
發光波長
線寬增強變數

OptiHS 的特色

	塊材、晶格匹配及應力量子井層
	以 Kane and Luttinger-Kohn models 為基礎來進行能帶結構運算
	導帶為非拋物線型和價帶在 G 點附近產生的混合效應
	導帶中的 X 點與 L 點邊緣會適當的合併
	載子在量子井中的不穩定現象與在量子井中相關能帶彎曲現象
	針對費米能階與能隙進行有條理的運算
	刺激吸收效應包含了庫倫效應中的自由載子隔離效應
	精確的計算價帶間的吸收效應
	聲子 ( 雜質、其它載子 ) 協助自由載子產生帶間吸收
	因為帶間釋放效應而使得發光光譜變寬
	特別描述自由載子電漿的動態偏振
	量子井中單軸非等向性的光學特性
	雙折射率材料的量子井雙異質結構並不特別考慮
	考慮多層結構中的波導效應與垂直方向傳播特性

OptiHS 功能說明

分析多層雙異質結構

OptiHS 允許使用者藉由便利的圖形式使用者介面 (GUI) 來設計一個可進行廣泛特性分析的多層雙異質結構，而包含電子能帶結構、光 - 物質交互作用等等的物理模型資料庫讓使用者可以在模擬精確度及模擬時間之中取得平衡點。 OptiHS 可以獨立而有效率的方法來模擬各種的本質特性和輸出特性。例如：如果是一個隔離侷限雙異質結構 (SCH) 量子井 (QW) 結構，量子井能帶及載子分佈超出了邊界，此時針對任何一個給定的 SCH 載子濃度都可以藉由自保持計算出 SCH 中的釋放狀態，以混合相關的電光交互作用機制為基礎，可以得到 SCH 的複數介電係數 ( 其它磊晶層亦同 ) 。最後，平面波導模型特性：例如光增益、實際相位、群折射率等等與載子濃度有直接相關的特性，皆可藉由 SCH 中的淨載子濃度函數來進行計算。

微觀觀點

OptiHS 中能帶結構是以 Kane 模型和 Luttinger-Kohn 模型為基礎，而電光交互作用則採用電耦極近似。一階 ( 直接 ) 和二階 ( 間接 ) 輻射傳輸的運算中也考慮了多體效應的影響，例如：遮蔽庫倫效應和交換相關交互作用之間所產生的混合現象，藉由精確計算自由載子電漿的動態極化可以考慮多個效應間的集合效應，經由嚴格的量子機制運算， OptiHS 可藉由工程參數、載子濃度，自由載子有效溫度來推導塊材與量子井的複數介電係數及自發輻射頻譜。

巨觀觀點

OptiHS 藉由轉換矩陣法 (TMM) 可以獲得複數介電係數單軸向磊晶層的向量光場，在雙折射率量子井層中，金屬包覆層所產生和波長相依的光損耗及其他相關的影響都經過正確的計算，目的是為了精確的計算波導結構或光在垂直方向的穿透 / 反射、吸收 / 增益、發光頻譜。

功能選項

Individual layer

塊材或量子井半導體材料的能帶結構及複數介電係數是以材料的工程係數 ( 量子井的數量和寬度，摻雜濃度等等 ) 、光子能量 ( 波長 ) 、淨載子濃度和溫度為函數。

Vertical stack

多層雙異質結構的反射、穿透、吸收 ( 增益 ) 頻譜是以 individual layer 中的工程參數、淨載子濃度、溫度作為組成函數。

Planar waveguide

所有的多層雙異質波導模型特性 ( 包括蝕刻、金屬層等等 ) 都皆可依靠 individual layer 中的工程參數、淨載子濃度、溫度來進行推導。