由于低成本以及可大規模生產，硅基光子集成光路吸引了大量研究者們的興趣。硅基光子學的應用領域涉及大容量、低能耗的光互聯，近年來還延伸到了光譜學以及化學、生物傳感等領域。雖然大量的硅基光子學基礎元件如光無源器件、探測器、調制器等已經被報道，但片上集成以及CMOS兼容的硅基光源仍然是一道難關。具有獨特偽直接帶隙能帶結構的鍺材料是一種被寄予厚望的材料。通過張應變和n摻雜，鍺材料可以被轉變為直接帶隙材料，從而使發光效率大大提高。此外，在目前的基礎上，結合低維量子結構如量子阱、量子線、量子點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，武漢光電國家實驗室光電子器件與集成功能實驗室孫軍強教授帶領博士生江佳霖對[100]方向單軸張應變、n+摻雜Ge/GeSi量子阱的光增益特性進行了理論研究?？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。通過仿真，單軸張應變和n摻雜對量子阱的能帶結構、載流子分布、偏振相關增益以及自由載流子吸收的影響得到了詳細的分析和討論。除此之外，他們還計算了不同應變和n摻雜濃度下的凈峰值增益和透明載流子濃度。在可實現的張應變以及n摻雜濃度下，計算得到的TE模式凈增益可達到2061 cm-1，這表明該量子阱有望成為一種有效的硅基發光材料。

　　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”發表在OSA旗下期刊Optics Express(Vol.24, no.13, PP. 14525-14537, 2016)雜志。該項研究得到了國家自然科學基金(61435004)的資助。

　　圖 （a）不同張應變、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，張應變為4%