基于半导体硅基材料的纳电子和光电子集成是21世纪新一代半导体器件的核心,也是现代信息技术的硬件基础。其中,硅基光源是实现硅基单片光电集成最为关键的,也是最亟待解决的课题。它的核心问题是如何实现高效率的硅基发光材料与器件。这是目前国际上的研究热点,也是极具挑战性的前沿研究领域,它的实现对硅基单片光电集成、硅基光子学的发展具有深远的重大意义。当前,硅基发光材料的研究主要集中在硅氧化硅系统和硅氮化硅系统,我们在研究低温制备的氮化硅薄膜的发光性质时,惊奇地发现经过一段时间的自然氧化的氮化硅薄膜具有强绿光发射,并且在6W紫外灯照射下便能肉眼观测到薄膜发射出的纯绿光。基于此,本文详细地研究掺氧非晶氮化硅(a-SiN:O)的发光特性和发光机理,进而研究其电致发光特性,构建LED原型器件,取得的主要成果和创新点有:　　 1、利用PECVD技术,在低温下以SiH4和NH3为源气体,制备不同Si/N组分比的非晶氮化硅薄膜,首次观测到由自然氧化引起的非晶氮化硅薄膜的强绿光发射,通过深入研究薄膜光发射特性随自然氧化时间的演变,发现光发射强度与自然氧化时间密切相关,随自然氧化时间的增加光发射不断增强,但其峰位并无明显变化。在此基础上,我们采用热氧化方法,有目的地氧化低温制备的非晶氮化硅薄膜,成功地获得强绿光发射的a-SiN:O薄膜。　　 2、研究了a-SiN:O薄膜光致发光机理。利用光荧光谱(激光或氙灯激发)对这种低温制备的a-SiN:O薄膜的光发射、光激发等发光特性进行详细分析,确定NH3稀释比R为80％及86％的样品只存在一种类型的发光中心,对应的PL峰位为500nm,而R为50％和67％的样品除具有500nmPL对应的发光中心外,还存在其它类型的发光中心,这种发光中心对应于更长的光发射波长(540-570nm)。通过Raman谱和HRTEM等对薄膜微结构的表征,以及FTIR及XPS等表征手段对薄膜键合结构及组分的分析,我们得出谱峰位于500nm的PL来自于电子-空穴对在Si-0键相关发光中心的辐射复合,而在R为50％和67％的样品中,较长波长的光发射(540-570nm)则源自于硅量子点。　　 3、以a-SiN:O薄膜作为发光有源层,构建LED原型器件,成功获得室温下黄绿光波段的光输出。通过设计不同电极、调制发光有源层的Si/N组分比,进一步降低器件的开启电压、提高器件的载流子注入效率和电致发光效率,在此基础上,我们对器件进行简单的封装,实验结果表明,封装后的发光器件的光输出功率达到微瓦量级,并且发光效率达到0.001％以上。与此同时,我们还将矩型阵列结构运用到发光器件中,有效地减小漏电流,提高器件的发光效率。　　 4、利用Si-rich SiNx/N-rich SiNy多层膜结构,结合激光晶化技术和热退火处理,诱导晶化Si-rich SiNx子层,通过控制Si-rich SiNx层厚度,制备尺寸可控、有序分布、三维限制的硅纳米晶。与此同时,以Si-rich SiNx/N-rich SiNy多层膜作为器件的发光有源层,着重研究势垒层对器件载流子输运及电致发光效率的影响,我们发现通过改变垒层的Si/N组分,调制其势垒高度,不仪能将器件的电致发光效率提高一个数量级以上,而且还实现对光发射波长的调制。在此基础上,我们采用激光技术诱导晶化si-rich SiNx/N-rich SiNy多层膜,构筑硅纳米晶,进一步增强器件的电致发光强度。