硅是微电子器件的主要材料,但由于硅的间接带隙的性质,其发光效率和强度都不高,使实现硅基光电子集成受到限制。但自从Canham在1990年研究发现多孔硅在室温下的PL强发光以来,硅基发光材料引起了人们的广泛兴趣和深入研究。材料的发光性能主要由其电子结构决定,可以通过杂质工程与能带工程来改变材料的带隙特征以提高其发光效率,主要有两种途径：一种是利用量子限制效应,另一种是引入表而发光中心。本文在不同氛围中的硅衬底上用PLD制备Si-Yb多层膜结构,发现在氮气氛围中制备的样品的EL发光具有明显的阈值行为,且随着膜层的增加,EL强度增强,这为制备硅基上的LED及量子级联激光器提供了新方法。在不同氛围中对纳米硅薄膜进行加工时,会在表面以键合形式产生表面态,本文将纳米硅薄膜看成是理想的二维硅量子面结构,其具有一维量子限制,使用Materials Studio软件构建模型,利用基于密度范函理论的第一性原理计算分析表而键合对硅量子面电子结构的影响,发现：量子面厚度、表面键合原子的密度和超晶胞对称性对能带的带隙值起决定作用,由此证明了量子限制效应和带隙变窄效应,并得到了对称性效应以及弯曲表面效应,并推测带隙宽度与晶面取向无关；表而态使带隙变窄是由于在带隙中产生了表面能级。这些都能在理论上为能带工程及纳米硅薄膜的发光增强提供参考。几乎所有的量子面的计算结果都呈现出准直接带隙特征,这可以有效提高硅材料的辐射复合效率。表面Si-Er键在带隙中产生了局域化的能级,可形成有效的发光中心,提高硅材料的发光效率。这是研发硅基LED和LD材料与器件的有效途径。