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光纤通讯、计算机技术的飞速发展使得光电子集成(0.IC)和光子集成(PIC)已经成为了国际上的研究热点。而Si是OEIC和PIC的优选材料。采用硅材料最大的好处是可与成熟的Si CMOS工艺兼容，从而大大降低成本，并且Si具有良好的机械性能和耐高温冲击性，在光通讯波段对光的吸收也小。但是由于Si材料是立方对称的晶体，本身没有线性电光效应。因此，目前的Si基光开关和光调制器都是利用热光效应或者载流子的等离子色散效应而制成的，要么性能受到限制，要么制作工艺复杂。如果能够打破Si材料的固有对称性，使其具有较大的线性电光效应，就能借助线性电光效应，较为简单的实现光开关的快速响应和调制器件的快速调制。
本论文工作的主要内容就是在已有理论研究的基础上，采用UHV/CVD系统外延制备了Si0.75Ge0.25/Si/Si0.5Ge0.5超晶格，首次从实验上创新性的引入了不对称界面，降低了Si材料的固有对称性，并对这种超晶格结构所具有的平面内光学各向异性和电光效应进行了测量研究。主要得到如下成果：
1.采用双晶X射线衍射(DCXRD)和Raman测试方法研究了500℃下SiGe合金层的外延生长规律。发现SiGe层中的Ge组分随着GeH4/Si2H6流量比的增加而逐渐增加，但增加速度越来越小，在Ge组分达到50％左右时，Ge组分的增加速度变得尤其缓慢。并且，SiGe合金层的生长速度随Ge组分的增加先变大后变小。
2.比较了DCXRD和Raman两种测试方法的适用范围。发现在Ge组分较低时，DCXRD和Raman测试方法均可用来分析外延合金层的组分，在Ge组分大于20％时，由于SiGe层弛豫，DCXRD的结果较真实值逐渐偏低，Raman谱可同时测量组分和应变，在高Ge组分下仍然具有较高的精确度。
3.通过优化生长条件，确定了500℃下各种组分SiGe层的生长参数和生长速度，成功制备了具有清晰不对称界面和不同层厚的Si0.75Ge0.25/Si/Si0.5Ge0.5超晶格。
4.首次采用偏振差分反射谱(RDS)研究了Si0.75Ge0.25/Si/Si0.5Ge0.5超晶格的平面内光学各向异性。结果表明，[110]和[-110]两个方向是其(001)平面内的两个光学主轴，当入射光波长在500-1100nm之间时，二者之间的反射系数差异可以达到104-10-3的量级，这说明Si材料本身的反演对称性已被打破，分析表明不对称界面在其中起着主要作用。
5.搭建了保偏光纤Mach-Zehnder干涉仪，各组件完全用保偏光纤连接，提高了干涉稳定性。采用1.55μm激光光源首次测量了Si0.75Ge0.25/Si/Si0.5Ge0.5超晶格的电光系数，测量值大小在10-11 cm/V的数量级。
6.为了制备具有较大厚度的Si0.75Ge0.25/Si/Si0.5Ge0.5超晶格，提出了一种新的利用插入无应变SiGe层的组分渐变缓冲层来制备弛豫衬底的方法。插入的无应变SiGe层可有效的阻隔位错和应变向上积累。与传统的单一速率组分渐变缓冲层相比，这种新型结构可以大大减小缓冲层的厚度，节省外延时间和成本。
总之，本论文研究工作首次从实验上证实了通过在超晶格结构中引入不对称界面，对Si材料进行电光改性，使其具有较大电光系数的可行性，这对促进Si基电光器件的发展具有重要意义。