量子元件暨分子束磊晶實驗室（QD & MBE Lab.）係由賴聰賢教授指導，研究主題為半導體光電積體元件與物理，研究的範圍大都集中在光譜波長980nm~1550nm的光通信波段，而在材料上則為以GaAs及InP為基板的量子井及量子點元件。工作的內容包含了分子束磊晶，光電特性量測與分析，光子積體元件設計及製程，以及元件的量測等四大部分。
茲就其內容簡述如下：
1、分子束磊晶：磊晶片是研製各式特殊功能半導體元件的最重要材料，所謂「巧婦難為無米之炊」沒有磊晶片元件的研製就無從著手。分子束磊晶技術可精準控制材料組成及成長厚度至單一原子層，是半導體磊晶的一大利器，本實驗室配置二部MBE系統，其中之Riber21T機台用於成長InGaAlAs/InP多重量子井及InGaAs/GaAs量子點結構，研製寬波帶半導體光放大器、半導體雷射、MMI耦合器、光波導等主動、被動元件。
2、光電特性量測：由於元件的功能立基於電子（洞）與光子的量子效應及交互作用，半導體光電特性的分析對磊晶片的設計，成長品質以及蘊藏的物理機制，可以得到清楚的瞭解，同時對學生來說可以直接地將課本敘述的物理現象，重現於實驗桌上，深具「從做中學」的教育意義，因此研一新生的學習是從本項工作開始踏入半導體領域。實驗系統由歷屆研究生組裝架設，包括了光譜部分：PL、EL、Photocurrent、differential absorption、PR等，而在電性量測上則有Hall mesurement、I-V、C-V及DLTS等。
3、光子積體元件設計及製程：光子積體元件將多種不同功能的主動、被動光子元件積集於單一磊晶片上，在光路設計及製程上具有相當大的挑戰性，我們以環型共振腔為主，加入 MMI耦合器、SOA、彎曲光波導及垂直反射面，研製積體化的Interleaver、環流鏡雷射、濾波器等，除了基本的黃光室微影蝕刻製程，我們建立了一座電漿製程實驗室，進行介電層沈積、RIE、ICP-RIE、RTP等製程研究，並且利用原子擴散機制，研究量子井混合技術（Quantum Well Intermixing，QWI），以獲得半導體磊晶結構吸收帶藍移的效果。
4、元件量測：光電元件如雷射及SOA等之基本特性如L-I-V、emission/gain spectrum、far-field pattern等之量測，也都自行組建完成。利用Lab-View軟體控制，自動化擷取數據，驗證本實驗室土生土長的元件之操作特性。
從以上的介紹，可以瞭解到在張教授獲得美國貝爾實驗室捐贈的儀器設備，卓越計畫以及國科會專題計畫的補助配合下，我們已經建立了一座先進且完整的光電半導體實驗室，自最基礎的磊晶層設計成長、特徵分析、元件製程到最後的元件操作，從單純的銦、鎵、鋁、砷元素材料到元件晶粒的注入電流、雷射出光，完整地在實驗室達成。不但落實了基礎設施及技術層面，也累積了研發的能量。
本實驗室現有博士生六名，其中有五名係由本實驗室直升或獲得碩士後繼續攻讀，另現有一位博士生於美國貝爾實驗室實習，碩士生十五名，博士生的工作實驗與理論並重，並負責貴重儀器的操作，一般的製程及量測工作則由碩士生協力完成，期許在二年內順利完成具有水平的碩士論文。爾後，在教育部五年五百億頂尖中心計畫中，我們執行子計畫3.1半導體奈米光子工程及3.2光積體電路用相位及偏振調控元件，研究的主題為量子點/井為平台的多功能光子積體電路，努力躋身國際研究的前衍地位。
主要的研究課題是在於奈米尺度電子元件的開發製作及其物理特性的研究。從MBE磊晶技術,在超高真空環境下直線到達基板進行磊晶成長,並以RHEED精確操控奈米等級的結構成分、厚度、層數,直到以顯影及蝕刻、乾蝕刻製程、特殊濕蝕刻、技術電子束微影等製程技術,我們可以在基板上製作幾乎任意形狀的奈米尺度結構或半導體結構。研究範圍包括 (1) 量子點(Quantum dot)元件 (2) 量子線(Quantum wire) 之研製與應用，並建立模型進行理論模擬 (3) 光子晶體(photonic crystal) 在內各式結構,製做於三五族半導體基板上，探討其結構對發光特性之影響並開發其元件應用及量子點/線雷射元件。
