III-V族光子器件与硅基微电子器件的集成,可以进一步提升现有通信网络的可用带宽容量,满足网络升级换代的需求。目前,高质量的Si和III-V族材料集成主要依赖基于组分渐变缓冲层的异质外延来实现,但仍受缓冲层较厚且需要组分精确控制等问题制约。随着纳米加工技术逐渐成熟,采用纳米图形衬底有望解决上述问题。此外,已报道的Si基发光器件有源区多采用III-V族量子阱结构,其发光特性受穿透位错的影响很大,若有源区采用零维量子点材料可显著提升位错容忍度,同时还使得器件具备高特征温度,低功耗的优势。为此,本论文主要开展两方面研究,一是使用嵌段聚合物探索制备Si基纳米图形衬底;二是开展InAs/GaAs自组织量子点及激光器的生长与制备研究。论文的主要研究工作和成果如下:1、采用溶剂退火方法实现了对称聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯甲酯(PS-b-PMMA)在Si衬底上的微相分离。45nm厚聚合物薄膜经25℃、16小时退火后,获得了周期为90nm、PMMA柱直径为45nm的孔洞纳米图形。在对聚合物薄膜的背部形貌进行表征后,证实微相分离形成的PMMA柱穿透整个薄膜。2、利用MOCVD技术在In0.2Ga0.8As底层上沉积InAs自组织量子点。量子点生长温度为500℃、生长速率约0.03ML/s、Ⅴ/Ⅲ比为5。被GaAs覆盖的单层量子点(2.6ML)的室温PL谱峰值波长达到1173nm,PL强度为GaAs底层上沉积量子点的1.8倍。3、在单层量子点基础上,生长出了 5层InAsDWELL(阱中点)结构,底层为In0.12Ga0.88As,量子点上先盖3nm厚的In0.25Ga0.75As盖层,随后继续覆盖10nm厚GaAs盖层。DWELL的PL谱峰值波长为1138nm,强度是 3nm 厚 In0.12Ga0.88As 盖层 DWELL 结构的 1.4 倍。4、与人合作实现了有源区采用5层DWELL结构的FP腔激光器的室温脉冲激射。激光器脊宽为15μm,腔长为500μm,阈值电流为350mA,斜率效率为0.12W/A。在500mA的脉冲驱动电流下峰值光功率达到18mW。