采用形变势理论系统地研究了(001)、(110)、(111)晶面双轴张应变以及[001]、[110]、[111]晶向单轴张应变Ge1-xSnx导带结构。结果表明:在 (001)、(110)晶面施加双轴张应变以及[001]晶向施加单轴张应变时,直接带隙Γ能谷的下降速度快于间接带隙L能谷;在 (111)晶面施加双轴张应变以及[110] 、[111]晶向施加单轴张应变时,间接带隙L能谷的下降速度快于直接带隙Γ能谷。因此,可利用(001)、(110)晶面双轴张应变以及[001]晶向单轴张应变实现通过减小Sn的组分将Ge1-xSnx合金调控为直接带隙材料的目的。相关结论可为Ge1-xSnx合金的实验制备及器件仿真等提供关键参数和理论指导。

对张应变GaInP量子阱激光器材料结构开展变温光致发光特性的研究, 实验中激光器有源区为9 nm Ga0.575In0.425P量子阱结构, 采用N离子注入并结合730℃下的快速热退火处理来诱导有源区发生量子阱混杂.变温(10 K~300 K)光致发光特性研究表明：300 K时, 只进行快速热退火或者N离子注入的样品不发生峰值波长蓝移, N离子注入后样品在退火时发生波长蓝移, 且蓝移量随退火时间的增加而增加; 低温条件时, 不同样品的光致发光特性差别较大, 光致发光谱既有单峰, 也有双峰, 分析认为双峰中的短波长发光峰为本征激子的复合, 长波长发光峰是由于有序区域中的电子与无序区域中的空穴复合引起.本研究可为半导体激光器长期工作可靠性和材料低温特性的相互关系提供一种新的研究思路.

设计并制备了一款短波长红光640 nm的大功率半导体激光器。利用金属有机化学气相沉积技术生长了AlGaInP材料的激光器外延层，其中，限制层使用低折射率的AlInP材料，有源区使用张应变的GaInP/AlGaInP量子阱。外延层有源区的光致发光谱出现两个分裂的发光峰，位于627 nm及616 nm处，分别对应于电子到轻空穴及重空穴的跃迁。对芯片窗口区域进行选择性Zn扩散，量子阱原子发生混杂，波长蓝移了43 nm。不带非吸收窗口的器件在1.9 A发生腔面灾变性光学损伤（COD），功率为1.4 W。而带窗口结构的器件没有产生COD，功率输出受限于热饱和，最大功率为2.3 W。室温连续电流测试，1 A下波长为639 nm，1.5 A下波长为640 nm。器件水平发散角为6°，垂直发散角为41°。

Si基光互连具有高速度、高带宽、低功耗、可集成等特点，是解决Si 基集成电路发展瓶颈的一个重要途径。在Si 基光互连的关键器件中，除了Si 基高效光源以外，其他的器件都已经实现。同为IV 族元素的Ge 具有独特的准直接带隙的能带结构，有望通过能带工程等手段实现高效发光。近年来，Si 基IV 族发光材料和发光器件有了许多重要进展。回顾了Si 基IV 族发光材料和发光器件的最新成果，如Si 衬底上张应变的Ge、Ge 发光二极管及激光器、GeSn发光器件，并对结果进行了讨论。最后展望了Si 基IV 族激光器的发展趋势。

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低。对GaAsP/GaInP张应变单量子阱(SQW)非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器。器件综合特性测试结果为:腔长900 μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm2,内损耗低至1.0 cm-1;连续工作条件下,150 μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A。器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°。20～70 ℃范围内特征温度达到133 K。结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施。

采用三元InGaAs体材料为有源区,通过直接在InGaAs体材料中引入0.20%张应变来加强TM模的增益,研制了一种适合于作波长变换器的偏振不灵敏半导体光放大器(SOA)。在低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)的过程中,只需调节三甲基Ga的源流量便可获得所要求的张应变量。制作的半导体光放大器在200 mA的注入电流下,获得了50 nm宽的3 dB光带宽和小于0.5 dB的增益抖动;重要的是,半导体光放大器能在较大的电流和波长范围里实现小于1.1 dB的偏振灵敏度。对于1.55 μm波长的信号光,在200 mA的偏置下,其偏振灵敏度小于1 dB,同时获得了大于14 dB光纤到光纤的增益,3 dBm的饱和输出功率和大于30 dB的芯片增益。用作波长变换器,可获得较高的波长变换效率。进一步提高半导体光放大器与光纤的耦合效率,可得到性能更佳的半导体光放大器。

研制了适于InGaAsP光放大器偏振不灵敏的增益介质,采用有源区内交替的张应变和压应变排列的混合应变量子阱结构,器件做成带有倾角的扇形。实验中发现该结构既抑制了激射又改善了器件的偏振灵敏性,实现了偏振灵敏度小于0.5 dB,100 mA偏置时可达0.1 dB。在较大的电流范围内,峰的半高全宽(FWHM)为40 nm。