基于半导体硅材料的微电子技术自上世纪四十年代诞生以来，就以蓬勃的发展势头，引起了全世界的研究热潮。随着微电子技术的不断发展，微电子器件的尺寸一直不断减小，已经接近其物理极限。因此，人们希望能将半导体光学器件和微电子器件结合起来，实现硅基单片光电集成。而其中一个亟需解决的难题就是如何实现可用于硅基光电集成的高效光源。近十年来，人们已发展了各种技术和方法来克服体硅材料的局限，以求得到高效的硅基发光材料，并对硅基发光材料的结构与物理性质进行了深入而系统的研究。其中，硅/二氧化硅多层膜结构作为一种最具潜力的硅基发光材料，一直受到国内外众多研究小组的重视。　　本论文选择了在实现硅基光电集成研究中具有应用前景的硅/二氧化硅(SiO2)多层膜作为研究对象，我们在PECVD系统中制备了a-Si∶H/SiO2多层膜结构，研究了不同退火温度下多层膜结构的变化，在高温处理后获得了纳米硅/SiO2多层膜，进而研究了纳米硅/SiO2多层膜的荧光特性及非线性光学性质。在此基础上，对非晶硅子层进行了P、B单掺及P、B共掺，在不同的退火温度下获得了掺杂Si/SiO2多层膜结构，发现在一定的退火温度下，样品出现了红外波段的光发射，进而研究了不同掺杂情形对此红外发光的影响。　　论文的研究内容主要包括以下几个方面:　　1.利用PECVD系统制备出a-Si∶H/SiO2多层膜，经过逐步热退火形成nc-Si/SiO2多层膜。通过TEM、Raman对薄膜的微结构进行了表征，证明了退火前后Si/SiO2多层膜都保持界面清晰、层状结构良好的结构，退火后薄膜中确实有硅的纳米晶粒形成。对样品进行了光吸收的测量，并利用Tauc公式拟合计算出其光学带隙。在室温条件下探测到了nc-Si/SiO2多层膜的光致发光(PL)和电致发光(EL)信号。同时，我们还利用z扫描技术对纳米硅多层结构样品进行了非线性光学性质的初步研究，得到其三阶非线性极化率|x(3)|为2.57×10-7 esu，相对于体硅材料高了5个数量级，与已报道的富硅氧化硅系统的三阶非线性系数相比也高出了3个数量级。初步认为这是与我们采用的多层膜样品具有良好的周期性结构，可以较好地控制纳米硅的尺寸获得尺寸均匀的硅纳米晶粒材料有关。　　2.基于对本征多层膜样品的研究结果，我们探索了P掺杂对硅/二氧化硅多层膜的光电性质的影响。Raman的测试结果表明，掺P的多层膜样品在800℃退火后没有晶化信号，TEM图像中也没有观测到硅的纳米晶粒的存在。在900℃退火后出现了微弱的Raman晶化峰，1000℃退火后晶化峰比较明显，并在相应的TEM图谱中观测到了硅的纳米颗粒的存在。这表明对于磷掺杂的样品，从非晶硅向纳米硅转变的临界温度为900℃。我们在900和1000℃退火后的样品中观测到了较强的900nm附近的荧光，认为其与nc-Si和二氧化硅的界面态相关。而在800℃退火的样品中探测到了较强的1300nm的红外光发射，该峰随着P掺杂浓度的增加而提高，推测该峰和中间态及结构无序度相关的缺陷的存在相关。同时我们也对P掺杂的多层膜制备了电致发光原型器件，并在红外波段测到了较强的荧光。　　3.基于前面P掺杂的研究工作，我们研究了B掺杂及P、B共掺对样品光学性质的影响。对B掺杂的样品的光学带隙及发光性质进行了测量，发现B掺杂导致了光学带隙变窄及PL发光峰的红移，认为B的掺入可能会导致产生带尾态或者深能级缺陷，使得带隙变窄，同时引入了非辐射复合中心，使得PL和EL的强度均明显减弱。另一方面，对于B和P共掺的样品，在低浓度B掺杂下，观测到了和P单掺类似的红外PL信号，但出现最强红外光信号的退火温度上升，同时，随着掺P浓度的增加，红外发光的强度也相应增加。我们初步认为，B的加入可能进一步使得样品的结构无序度增加，导致了红外荧光的增强，但在更高浓度的B掺杂时，引入了过多的非辐射复合中心，使得红外荧光强度急剧下降。