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在电子系统中为了实现信息传输的大规模化和高速化:一是采用高速电子器件;二是采用光波导连接芯片。GeSi/Si异质结在这两方面的应用中都有明显的优势,本文论证了用GeSi/Si异质结设计和研制光波导器件的优越性和必要性,主要从材料的性质、能带结构、传光特性、器件的结构尺寸和制作工艺等方面,对光栅耦合器和布拉格反射光栅进行了深入的研究和探讨。首先,根据GeSi/Si异质结的能带结构分析其传光特性,给出了SiGe合金各组分所占比例,使其吸收限在1.3μm以下,从而计算出波导层的折射率,设计出平面波导层的厚度。然后,根据耦合模理论并应用MATLAB计算出光栅耦合器的辐射衰减系数和布拉格光栅反射器的耦合系,设计出对称矩形截面波导光栅的周期,长度,宽度,槽深,齿宽的尺寸。对光场强度在器件中的分布进行了数值模拟分析。主要得出三个结论:1.3 ? Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅入射角为66 o,波导层厚度为2 ?,光栅长度为4252 ?,槽深为0.05 ?,光栅周期为0.456 ?,滤波带宽为2.14 A0,其耦合效率可达到84.1%。对1.3 ? Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结光栅耦合器粗略设计,波导层的厚度为T=2 ?,槽形为槽宽和齿宽相等的矩形,其空气侧和衬底侧的传输角分别为θ?(11) =750和θ?(13 )≈160时,周期Λ≈0.51μm,槽深hc = 0.085μm,光栅长度为L = 3mm,耦合效率η≈37%,输入耦合效率为29%。对于Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结光栅耦合器的精确设计,波导层厚度为2.5μm,入射波长为1.3μm的单模Ge 0. 05Si 0. 95/Si异质结波导光栅耦合器的周期、长度和槽深,得出从空气中输入,入射角为750(从衬底中输入,入射角为160)时,周期为0.512μm,槽宽为0.256μm,光栅长度为2.3mm,从空气侧输入时耦合效率为η( c)=22.5%,从衬底输入时耦合效率为η( s)=46.3%,对于输出耦合时耦合效率分别为η( c)=28%,η( s)=57.8%。对制作过程和器件的测试进行了深入的研究,采用的制作工艺主要有MBE溅射法,双光束干涉法和等离子蚀刻法等;通过棱镜耦合法和光栅耦合法对器件的传输常数和耦合效率进行了测量。