随着集成电路的小型化以及集成度的不断提高，电子回路互联的RC延迟瓶颈效应将严重限制信息的传递速率。而突破这一限制的可行性方法就是采用光子来传递和转换信息。因此在微电子芯片基础上发展硅基的光互联是一个极具实用价值的研究方向。要想实现硅基的光互联，关键要解决两个重要的问题，一是要实现与CMOS工艺兼容的高效硅基光源，二是要不断减小光学器件的尺寸使其能与小体积的电学器件实现单片集成。光子晶体的出现不仅可以实现光学器件的小型化，同时可以提高硅基材料的发光效率，为高效硅基光源的实现开辟了新的道路。因此开展光子晶体基硅发光器件的研究具有重大的科学意义和应用价值。在众多的硅基发光材料中，我们选择自组织Ge/Si纳米岛材料进行研究。因为其发光波长能够覆盖光通信波段即1.3-1.55μm；生长工艺与微电子工艺很好兼容。因此，它对于发展高效的硅基发光器件无疑是非常好的选择。　　 本论文工作的主要内容就是在UHV/CVD系统自组织生长的Ge/Si纳米岛材料上制作光子晶体微腔结构，试图利用光子晶体微腔的光子局域效应提高Ge/Si纳米岛材料的发光效率。并在实验上对光子晶体微腔的发光增强作用加以验证。除此之外，也研究了基于SOI平板的几种光子晶体结构，通过透射特性的测量验证了光子晶体相关功能的实现。　　 在研究工作开展的过程中，主要取得了以下研究成果：　　 1、利用三维平面波展开法计算出完整光子晶体的能带结构；利用有效折射率法和二维平面波展开法结合计算出光子晶体波导的能带结构；利用有限时域差分方法模拟了光子晶体微腔的谐振频谱和谐振模式的电磁场分布等特性，并得到了谐振模式波长随光子晶体结构参数r、a的变化关系。模拟结果表明：在固定平板厚度的情况下，当r/a不变时，谐振波长随着a的增加向长波方向移动；当a不变时，谐振波长随着r/a的增加向短波方向移动。　　 2、在单点缺陷腔(H1腔)、H2腔的基础上，提出了一种新的耦合缺陷腔结构。它不仅增加了腔内有源材料的体积，而且保持了较高的主模峰值强度和Q值。因此对于提高Ge/Si纳米岛材料的发光效率而言，是一种有效的选择。　　 3、利用UHV/CVD系统在SOI衬底上成功生长出满足设计要求的Ge/Si纳米岛结构。通过TEM测试得到有源波导层的厚度约为340nm。通过AFM测试得到岛的平均底宽约150nm，密度约为2.3×109cm-2，岛的平均高度约为10nm。　　 4、针对采用的SOI材料以及生长的Ge/Si纳米岛结构，通过优化电子束光刻和ICP刻蚀工艺条件，得到了高质量的相关光子晶体结构，主要包括完整光子晶体、光子晶体波导和光子晶体微腔。　　 5、利用自耦合对准系统(Newport PM-500)和Agilent DWDM测试系统测试了SOI基光子晶体和光子晶体波导的带隙范围和带边位置，均与设计值相符。对于光子晶体单线缺陷波导结构，通过对测试结果进行理论分析得出：当r/a≥0.36时，在透射带的波长范围内会出现一个微带隙。这是由于相同对称性的两个模式之间的耦合产生的。　　 6、利用LabRAM HR800共焦显微拉曼系统在生长的Ge/Si纳米岛结构和SOI材料上测试了光子晶体微腔对于材料发光特性的影响。发现：光子晶体微腔可以提高材料的发光效率。但是不同结构的微腔，对发光效率提高的幅度不同。耦合腔的提高幅度明显高于H1腔和H2腔，因此它是提高Ge/Si纳米岛材料发光效率的有效途径。