自1998年以来，在国家自然科学基金重大项目资助下，中国科学院半导体研究所王启明研究员及其领导的课题组在半导体光子集成基础研究中，在基础理论、基础性关键工艺及新材料、光子集成研制方面取得以下主要创新成果。

1.基础理论研究

　　⑴ 采用密度泛函数理论处理非均匀相互作用的多粒子体系，研究Si_1-x-yGe_xC_y的能带结构。预示带隙的非单调压缩效应及带边的移动行为，指出SiGe/Si的导带偏移（CBO）随C的掺入从零值以50mev/[C]%斜率增加，这对提高SiGe/Si量子阱器件特性有重要指导意义。

　　⑵ 采用紧束缚Hamiltonian矩阵元方法，运用虚晶近似，首次研究SiGe/Si非对称超晶格界面的光跃迁特性及其对偏振光吸收的各向异性，从理论上指出在设定的人工介观改性的非对称SiGe/Si超晶格中，其电光系数γ₁₃可从零值增大到10^-9cm/V量级，指出了Si基材料电—光效应人工增强改性的重要方向。

　　⑶ 采用混合基从头赝势法研究O/Si_m，Se/Si_m超晶格能带结构，预示这种新型结构硅化物材料在K空间Γ点具有准直接带隙特性，指出有希望实现电注入受激光发射。

　　⑷ 提出一种等边三角形内反射式平面结构微腔激光器，采用Pade近似法理论研究表明它有很高品质因子，易于单模运作，是一种适宜实现平面光子集成回路的新型微腔器件。

SiGe/Si 多量子阱共振腔光电探测器

2.基础性关键工艺及新材料研究

　　⑴ 自行设计、国内加工研制用于SiGe/Si量子阱材料生长的超高真空化学气相沉积系统装置，创新采用差分反射式高触电子衍射结构，首次实现了生长过程的在位监控，生长出国际水平的优质的异质结构和量子阱材料，成功地应用于异质晶体管和长波长光电探测器的研制。运用单原子层生长技术，首次生长出自组装Ⅱ型能带结构量子点三维阵列，观察到Ge量子点的强光发射特性。

　　⑵ 在InGaNAs的分子束外延（MBE）生长系统中，自行设计安装了直流偏转磁场装置，排除了N束源中的离子成份，确保在InGaAs中拼入较高浓度N原子时，晶体质量的完整性，由此研制成功1.3 m响应的InGaNAs/GaAs共振腔增强型（RCE）光电探测器，该探测器量子效应达50％，响应半宽为5nm，并实现了1.28 m下的室温受激光发射。

　　⑶ 在国产的MBE系统装置中，自行设计安装了外购的三温区固态P源炉，改造建成了以国产MBE设备为主体的全固态P源的MBE系统，成功生长出InAsP/InGaAsP大失配度应变量子阱优质材料，并首次实现了1.55 m波长的室温受激光发射。

3.代表性光子集成器件研究

　　⑴ 利用压应变场对SiGe/Si量子阱材料带隙的压缩和SIMOX衬底及Bonding技术制作的SiO₂/Si Bragg反射器，研制出中心波长1.3 m，响应半宽6nm的RCE SiGe/Si多量子阱（MQW）窄带响应光电探测器（RCE～PD），量子效率比国外发表的普通型PD高3～4倍，取得了国际领先的创新成果。

　　⑵ 采用增益耦合机制具有的单频激射和抗反射光扰动的特性，研制出InGaAsP/InP MQW分布反馈式激光器与量子限制stark效应电光调制器单片集成的1.55 m波长激光源，3dB响应频率达12GHz，2.5Gb/s集成光源已在传输系统中应用。

　　⑶ 在对AlGaAs/GaAs量子阱中杂质缺陷行为深入研究的基础上，研制成功衍射效率高达6.5%，垂直场驱动光折变原型器件，电调制频率达10MHz，分辨率为2.46 m，接近理论限值。

　　⑷ 提出并研制了一种由微盘和一系列同心圆环光子晶体组成的InGaAs和InGaN新结构发光二极管，发光取出效率提高20倍。

　　⑸ 研制了InGaAs/GaAs自由光效应器件激子逻辑光开关器件和与CMOS电路倒装焊技术，对于64×64集成度的智能象素光电子集成芯片制作技术有新突破。

　　该项目共发表研究论文293篇。其中，被SCI收录103篇，EI收录113篇，影响因子3以上的有21篇。申请发明专利13项，已获准2项。研究组培养博士后6名，博士24名，硕士20名。该项目较系统深入掌握了光子集成基础科学问题和先进的关键工艺技术，不断引发创新思想，使基础研究主要方面的水平与国际接轨并形成一支老、中、青结合的流动开放的研究队伍，在光子集成器件研制上运用创新思想，形成自己的特色，做出若干种有实用前景的原型器件，完成了预定目标。