绝缘体上的锗光子晶体激光研究

硅基光电集成芯片技术近年来得到了前所未有的突破，2010年底IBM发布了除光源之外的硅基光电集成，硅基片上光源成为最后未攻克的难关。最新研究表明锗能通过引入张应变实现间接带隙向直接带隙的转变，而且锗是集成电路兼容的材料，因此该研究被认为是最可能实现硅基片上光源的方案之一，然而目前锗激光还远达不到实用需求，性能亟待提高。本项目创新的提出在绝缘体上的锗（GeOI）衬底上制备悬臂梁和悬浮膜等微机械结构，利用外力控制锗薄层中轴向张应变大小从而引起锗的直接带隙转变，进一步在锗梁或膜上设计加工高Q值二维光子晶体微腔，利用强限制光子晶体微腔的Purcell效应大幅度提高锗光源在通信波段的光增益，并研究外力调节应变对发光波长的调谐作用，实现CMOS兼容的光致发光的片上光源。通过本项目的研究将丰富GeOI材料在光子学的应用，为实现硅基平台的片上光源提供新的思路和实验依据。

硅基光电集成芯片技术近年来得到了前所未有的发展，片上光源成为最后的难题。最新研究表明锗能通过引入张应变实现间接带隙向直接带隙的转变，而且锗是集成电路兼容的材料，因此该研究被认为是最可能实现硅基片上光源的方案之一。本项目在绝缘体上的锗材料上分别研究张应变和n型高掺杂对于锗发光的增强作用，进一步在掺杂的衬底上进行光子晶体和光子晶体微腔的设计和加工，通过研究能带结构和微腔模式分析，提高了锗微纳结构的发光性能，并且通过在不同位置的发光采样实现了对发光波长的调谐作用。本项目完成了光致发光的GeOI片上光源原型器件，既开发了锗材料的纳米加工方法，又掌握了锗材料实现直接发光的机理方法，为实现硅基平台的片上光源提供新的思路和实验依据。项目执行期间发表标注本项目资助的SCI论文11篇，国际会议口头报告或海报4篇，申请专利5项，培养研究生3名。