由于低成本以及可大规模生产，硅基光子集成光路吸引了大量研究者们的兴趣。硅基光子学的应用领域涉及大容量、低能耗的光互联，近年来还延伸到了光谱学以及化学、生物传感等领域。虽然大量的硅基光子学基础元件如光无源器件、探测器、调制器等已经被报道，但片上集成以及CMOS兼容的硅基光源仍然是一道难关。具有独特伪直接带隙能带结构的锗材料是一种被寄予厚望的材料。通过张应变和n掺杂，锗材料可以被转变为直接带隙材料，从而使发光效率大大提高。此外，在目前的基础上，结合低维量子结构如量子阱、量子线、量子点的锗材料也很有希望能降低体材料锗激光器的阈值电流。

　为此，武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室孙军强教授带领博士生江佳霖对[100]方向单轴张应变、n+掺杂Ge/GeSi量子阱的光增益特性进行了理论研究。考虑到量子阱中的自由载流子吸收损耗，他们建立了基于8带耦合k∙p微扰方法的理论模型，修正了Drude-Lorentz模型。通过仿真，单轴张应变和n掺杂对量子阱的能带结构、载流子分布、偏振相关增益以及自由载流子吸收的影响得到了详细的分析和讨论。除此之外，他们还计算了不同应变和n掺杂浓度下的净峰值增益和透明载流子浓度。在可实现的张应变以及n掺杂浓度下，计算得到的TE模式净增益可达到2061 cm-1，这表明该量子阱有望成为一种有效的硅基发光材料。

　2016年6月17日，该研究成果“Theoretical analysis of optical gain in uniaxial tensile strained and n+-doped Ge/GeSi quantum well”发表在OSA旗下期刊Optics Express(Vol.24, no.13, PP. 14525-14537, 2016)杂志。该项研究得到了国家自然科学基金(61435004)的资助。

图 （a）不同张应变、n掺杂浓度下的净峰值增益，注入载流子浓度为4x10^-19cm^-3

（b）不同张应变、注入载流子浓度下的净峰值增益，n掺杂浓度为1x10^-19cm^-3

（c）不同n掺杂浓度、注入载流子浓度下的净峰值增益，张应变为4%