由于低成本以及可大規(guī)模生產(chǎn)，硅基光子集成光路吸引了大量研究者們的興趣。硅基光子學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域涉及大容量、低能耗的光互聯(lián)，近年來(lái)還延伸到了光譜學(xué)以及化學(xué)、生物傳感等領(lǐng)域。雖然大量的硅基光子學(xué)基礎(chǔ)元件如光無(wú)源器件、探測(cè)器、調(diào)制器等已經(jīng)被報(bào)道，但片上集成以及CMOS兼容的硅基光源仍然是一道難關(guān)。具有獨(dú)特偽直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)的鍺材料是一種被寄予厚望的材料。通過(guò)張應(yīng)變和n摻雜，鍺材料可以被轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋恫牧希瑥亩拱l(fā)光效率大大提高。此外，在目前的基礎(chǔ)上，結(jié)合低維量子結(jié)構(gòu)如量子阱、量子線、量子點(diǎn)的鍺材料也很有希望能降低體材料鍺激光器的閾值電流。

　　為此，武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室光電子器件與集成功能實(shí)驗(yàn)室孫軍強(qiáng)教授帶領(lǐng)博士生江佳霖對(duì)[100]方向單軸張應(yīng)變、n+摻雜Ge/GeSi量子阱的光增益特性進(jìn)行了理論研究?？紤]到量子阱中的自由載流子吸收損耗，他們建立了基于8帶耦合k?p微擾方法的理論模型，修正了Drude-Lorentz模型。通過(guò)仿真，單軸張應(yīng)變和n摻雜對(duì)量子阱的能帶結(jié)構(gòu)、載流子分布、偏振相關(guān)增益以及自由載流子吸收的影響得到了詳細(xì)的分析和討論。除此之外，他們還計(jì)算了不同應(yīng)變和n摻雜濃度下的凈峰值增益和透明載流子濃度。在可實(shí)現(xiàn)的張應(yīng)變以及n摻雜濃度下，計(jì)算得到的TE模式凈增益可達(dá)到2061 cm-1，這表明該量子阱有望成為一種有效的硅基發(fā)光材料。

　　2016年6月17日，該研究成果“Theoretical analysis of optical gain in uniaxial tensile strained and n+-doped Ge/GeSi quantum well”發(fā)表在OSA旗下期刊Optics Express(Vol.24, no.13, PP. 14525-14537, 2016)雜志。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(61435004)的資助。

　　圖 （a）不同張應(yīng)變、n摻雜濃度下的凈峰值增益，注入載流子濃度為4x10-19cm-3

　　      （b）不同張應(yīng)變、注入載流子濃度下的凈峰值增益，n摻雜濃度為1x10-19cm-3

　　      （c）不同n摻雜濃度、注入載流子濃度下的凈峰值增益，張應(yīng)變?yōu)?%