近十年来,为了满足光互连的高性能和低成本的需求,Si基光电子学获得了前所未有的发展.尽管大部分的Si基光电子器件都已经实现,但是由于Si是间接带隙的材料,Si基光源依然是一个悬而未决的问题.从短期考虑,使用外接的光源或是使用Ⅲ-V族与Si键合的光源是一个不错的选择.但是,从长远角度看,与CMOS工艺兼容的Si基Ⅳ族激光器,对于Si基光互连是至关重要的,也是必不可少的.虽然Ge也是间接带隙的材料,但是其直接带隙能谷(Γ点)仅比间接带隙能谷(L点)高0.14eV,使得电子有一定的几率占据Γ能谷,而在Γ能谷的电子具有与直接带隙材料相当的辐射复合发光效率,因此,只要进一步提高电子在Γ能谷的占有率,Ge有望成为高效发光的Ⅳ族材料.目前看,有两种主要的方法可以提高Ge的直接带隙发光：一是对Ge施加张应变进一步减少两个带隙的能量差；二是对Ge进行N型掺杂,提高费米能级,从而提高电子在Γ能谷的占据几率.另外,我们可以在Ge中引入Sn,使其成为GeSn合金,通过Sn组分有效地调节GeSn合金的能带结构.当GeSn合金中Sn组分超过8％左右时,GeSn合金将转变为直接带隙材料,这是最有潜力实现Si基Ⅳ族激光器的材料.在Ge中引入Pb,也可以实现GePb直接带隙材料,而且直接带隙转变点的Pb组分比GeSn材料直接带隙转变点的Sn组分更低,这也为Si基Ⅳ族激光器的研制提供了一个新的材料选择.在本文中,我们将介绍Si基Ⅳ族异质发光材料的外延生长和器件的研制,包括Ge和GeSn的外延和发光器件,探讨硅基Ⅳ族激光器的实现途径.