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Si基微电子学在计算机、通信、自动控制等诸多领域发挥着不可替代的关键作用，但由于电子瓶颈的限制，需要发展Si基光子学。SiGe系材料的能带结构能调整，量子效应可以人工剪裁。利用SiGe材料已经制备出近红外探测器、高迁移率晶体管(HEMT)、共振隧道二极管(RTD)、负电阻场效应晶体管(NERFET)和异质结双晶体管(HBT)等半导体光电子器件。在SiGe系材料的研究中，实现SiGe的高质量的低温生长和获得小尺寸高密度的SiGe量子点是人们的研究重点。
本论文以SiGe材料为核心，围绕与其密切相关的外延生长设备研制、材料的低温生长和获得小尺寸高密度的量子点等方面进行了论述。
安装、调试并运行维护了自主研发的国产双生长室超高真空化学气相淀积(D-UHV/CVD)系统。D-UHV/CVD系统具有超高真空、双腔、多态源、准分子激光辅助和原位检测等优点，高度集成化和自动化，够满足各种IV族半导体材料以及能带工程材料的生长：如超晶格、量子阱、量子点、异质结以及Si基改性掺杂材料等。在使用过程中，对系统进行了一定的维护和改进，进一步提升了系统的工作性能。
在D-UHV/CVD系统中，采用了和传统生长方法不一样的生长模式。不使用液氮冷却，使腔内生长气压提高了约3个数量级，能大幅度降低SiGe合金的淀积温度并且不会影响薄膜材料的晶格质量和性能。分别在485℃和475℃的淀积温度下，成功实现了SiGe合金的较快速度和高质量的淀积。
ANSYS模拟表明，波长为193nm的ArF准分子激光脉冲在和量子点作用时，Ge(8ML)样品表面的温度最高可达850K，Si0.77Ge0.23的表面温度最高可达680K。温度变化速率高达1010K/s量级，是一个超快的退火过程，脉冲间的热效应不会累加，这就从根本上决定了激光退火同普通热退火的巨大差异。理论计算表明，在激光脉冲的超快退火过程中，Si原子的体扩散长度约为10-5nm，面扩散长度远大于10-2nm，因此体扩散被禁止，只有表面短程扩散发生。
通过ArF准分子激光退火，获得了光致量子点(LIQD)。在激光能量密度为180mJ/pulse.cm2时，退火2.5h后Ge(8ML)的LIQD直径为20～25nm，密度为6×1010cm-2；Si0.77Ge0.23的LIQD的直径为15～19nm，密度高达1.1×1011cm-2。与原始样品相比，量子点尺寸减小几倍，密度增加1～2个数量级。
热力学分析表明，在量子点内部应力驱使和外部光子共同作用下，量子点的形貌发生了变化。特别地，我们详细分析了内部应力的关键作用，并成功解释了应力驱使下Ge量子点和Si0.77Ge0.23量子点不同的演化路径。