在Si基集成光电子学的发展中

高效的Si基光源是人们不懈追求的目标。但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低

更谈不上受激发射。于是人们探索了多种Si基材料体系来提高Si材料的发光效率

并在不同程度上取得了重要的进展。在众多的Si基发光材料体系中

Ge/Si量子点材料

不仅生长工艺与标准的CMOS工艺有很好的兼容性

而且发光波长能够覆盖重要的光通信波段即1.3~1.55μm

因此成为实现Si基发光器件的重要途径之一。但是目前这种材料的发光效率仍很低

所以提高其发光效率自然成为人们关注的焦点。如果将光子晶体引入到nc-Ge/Si材料中

它不仅可以改变材料本身的自发发射特性

而且可以改变发射的光子的提取效率

从而使材料的发光效率得到增强。提出了在Ge/Si量子点材料中引入光子晶体结构来提高其发光效率

包括光子晶体点缺陷腔结构和带边模式工作的完整光子晶体结构

并从理论上分析了发光效率提高的原理。针对发光波长在1.5μm附近的材料结构

模拟出了相应的光子晶体的结构参数。从模拟结果可以看出

对于缺陷腔的光子晶体结构

采用单点缺陷微腔很好地实现了单模运作

但是微腔内有源材料的体积很小

因此得到的发光效率很低。而采用耦合缺陷腔的结构和H

2

腔都增加了腔内有源区的体积。但是耦合腔与H

2

腔相比

谐振腔模减少

主谐振模式的峰值强度增加

更容易实现单模发光。因而更适用于提高nc-Ge/Si的发光效率。而带边模式工作的光子晶体结构

尺寸较大

不需引入缺陷

工艺上更容易实现。