随着Si集成电路特征尺寸不断缩小，集成度越来越高，传统的金属互连日益凸显其局限性。光互连以其高速率、高带宽、低功耗等特点，有望能够克服金属互连造成的瓶颈。将光学器件和传统的集成电路结合，实现Si基光电子器件的单片集成，是集成电路未来发展趋势之一。Si基光电集成回路中关键的基础器件，只有光源尚未实现，因此实现Si基可集成光源是最关键，也是最具挑战性的目标之一。Ge是与Si同族的半导体材料，与CMOS工艺完全兼容，而且其能带结构具有准直接带隙特点，因此成为近年来的研究热点。Ge的发光效率虽然小于直接带隙材料，但是理论和实验证明通过量子限制效应和能带工程（张应变和n型掺杂），可以有效提高Ge的发光效率。　　本论文主要内容围绕着Si基Ge材料的异质外延，以及高效发光器件的研制，主要工作内容如下:　　1)采用变温法生长了多层Ge/Si量子点，并将其与微腔结构耦合，制作了微盘、微环和光子晶体环形微腔。观察到了Purcell效应，微腔结构可以有效地增强Ge量子点的自发辐射速率，调制PL光谱。相比于微盘和微环结构，光子晶体的结构设计灵活，可以通过结构的多方面调整来调控谐振波长和Q值，有利于制作出峰位位于通讯波长的微腔结构。　　2)生长了高质量的张应变Ge/Si0.15Ge0.85多量子阱发光二级管。通过原位高温退火和后期高温快速退火，有效增强了Ge量子阱的张应变。制各了不同层数的Ge/Si0.15Ge0.85多量子阱发光二级管，在室温下观察到了电注入发光现象。器件的EL谱存在两个峰位，其中位于1580nm左右的峰位来源于Ge虚衬底发光，而1500nm附近的峰位则来自于Ge量子阱，这和我们通过形变势理论计算得到的结果十分吻合。　　3)为了提高Ge薄膜的发光效率，研究了提高张应变和n型掺杂浓度的方法。通过高温快速退火、SiNx应力源以及空气桥等结构，可以有效增强Ge薄膜的张应变。研究了不同生长温度下Ge薄膜的性质，发现Ge的生长速率和掺杂浓度随着温度的降低而升高，因此，适当的降低高温生长阶段Ge的生长温度，可以有效地提高Ge的n型掺杂浓度;同时辅以高温快速退火，可以兼顾Ge薄膜的晶体质量。　　4)制备了Si基n型Ge横向同质发光二极管，观察到了室温电注入发光。在连续电流和脉冲电流注入下，器件的边发射光功率都出现了超线性增加的现象。测量了不同长度波导的发光强度，发现更短的波导更有利于发光。微区测量了Ge脊形波导中光的分布，发现Ge波导具有很强的限光能力。　　5)选区外延制作了垂直型Si/Ge/Si双异质结LED。器件的暗电流密度比Ge横向同质LED小了两个量级，说明了选区外延材料良好的晶体质量;但是发光弱于Ge横向同质LED，这可能是由于高温快速退火造成的表面粗糙，导致光在Ge波导中传输损耗过大。通过工艺条件的改进，器件的性能尚有较大的进步空间。