块体硅和锗常温下发光效率非常低下,因此过去的几十年中,光电应用领域中使用最多的是Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ化合物半导体。然而当半导体材料的尺度降低到纳米量级时,量子限制效应的影响将会对其电子能带产生巨大的影响,从而可以对材料的物理性能进行调控。随着1990年和1991年分别在多孔硅中和磁控共沉积制备的Ge/SiO2纳米粒子镶嵌薄膜中发现了常温下可见光区的发光现象,有关硅和锗纳米结构的发光性质特别是发光机理的研究在国际上掀起了一波热潮。得益于此,锗纳米结构材料在光电器件,太阳能电池和传感器等领域的应用有了极大的拓宽。本论文采用团簇束流沉积技术制备富锗氧化物纳米粒子,研究其可见光区的光致发光现象。主要工作如下：1.使用磁控等离子体气体聚集团簇束流系统制备锗纳米粒子,提出一种在气体聚集团簇源的缓冲气体中通入水蒸气的方法有效地制备富锗氧化物纳米粒子。设计组装了一套可以控制水蒸气分压的水蒸气辅助气体聚集团簇生长的装置,并通过控制缓冲氩气中水蒸气分压的大小,控制制备的锗纳米粒子氧化程度。相较于传统的制备方法,其优势在于,第一,所制备的锗纳米粒子薄膜具有可移植性,可以沉积在任何衬底上；第二,制备的锗纳米粒子构成清晰,便于研究其发光机理。2.研究了不同水蒸气分压下获得的富锗氧化物纳米粒子的微结构,发现了与水蒸气分压有关的两种富锗氧化物纳米粒子的结构相,即：在水蒸气分压较小时形成的纳米粒子具有GeOx层包裹单晶Ge纳米晶构成的核壳结构,并且GeOx氧化层的厚度随着水蒸气分压的增加而变大；进一步增大水蒸气分压则形成由微小的Ge纳米晶(粒径3-4nm)均匀弥散于氧化锗基体中所形成的富锗氧化物纳米粒子。3.所制备的富锗氧化物纳米粒子薄膜相对于块体锗发生了光学带隙蓝移,且随着氧化程度的增加,蓝移量增大,最高可达1.83eV,起源于Ge纳米晶中的量子限制效应。使用405nm激光作为激发光源,在包含弥散Ge纳米晶的富锗氧化物纳米粒子中观察到在470-600nm可见光区存在一个宽的光致发光峰,通过变温光致发光和时间分辨发光谱的测量分析,发现所观察到的发光现象与Ge纳米晶内部的电子-空穴辐射复合过程不符,而是起源于与Ge纳米晶有关的氧缺陷,符合量子限制-发光中心模型。4.研究了Ag纳米粒子表面等离激元局域场与富锗氧化物纳米粒子光学过程的耦合作用。实验结果表明,在Ag纳米粒子的表面等离激元局域场作用下,在Ge纳米晶中被激发到导带并俘获于Ge纳米晶-GeOx界面发光中心上光生电子可发生向Ag纳米粒子的迁移,导致发光淬灭。