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Si基发光器件的研究是实现光电单片集成的重要环节。体硅(c-Si)是间接带隙材料，辐射复合几率低，因而发光效率低。本论文主要研究低维Si基发光材料，包括富纳米晶硅的二氧化硅(SRSO)、Er-Si-O晶体薄膜(Er2SiO5)和Si0Ox／Si3N4纳米线。
本论文深入地从纳米晶硅(nc-Si)的尺寸和表面化学两方面研究了SRSO材料的发光机制。研究结果表明：发光机制中量子限制效应和nc-Si／SiI2界面态复合效应共同起作用：纳米晶硅尺寸越大，界面态数目(尤其是Si=O键)越多，越有利于界面态复合效应超过量子限制效应，首次用实验工作验证了秦国刚的关于纳米晶硅镶嵌在SiO2发光的理论模型(Phys.Rev.B68，5309(2003))。
观察到老化的SRSO薄膜能够有效地钝化c-Si表面，使c-Si的带边发光提高了40倍。研究结果表明：SRSO薄膜对c-Si表面的钝化效果与SRSO中的硅含量和SRSO的退火气氛有关：老化过程降低了SRSO薄膜中以及SRSO/c-Si界面处的非辐射复合中心。
采用旋转涂覆Er-Si-O溶胶、高温退火的方法制备了Er-Si-O(Er2SiO5)晶体薄膜。提出了一种采用N等离子体处理Er-Si-O晶体薄膜，改变Er3+离子的周围晶体场的环境，提高Er3+的1.53μm的发光强度的方法。采用此方法，Er的发光强度增强了至少7倍。
基于氧化物辅助生长机制，在不同气氛中高温退火SiOx薄膜，制备了非晶的SiOx纳米线和单晶的α相Si3N4纳米线。提出了一种在沉积的SiOx薄膜上刻蚀图案实现定域定向控制纳米线在c-Si衬底上平面生长的新技术。这种无金属催化的技术与CMOS工艺兼容，有助于在Si平台上制备纳米光电子器件。采用此技术成功地控制了单晶的α相Si3N4纳米线在c-Si衬底平面上垂直SiO0.94薄膜中湿法刻蚀的沟槽方向生长。