氮化硅由于具有高比强、高比模、耐高温、抗氧化、抗辐射和宽禁带等本征特性，而受到广泛关注。与普通氮化硅材料相比，氮化硅纳米线特殊的几何结构使其具有了独特的物理、化学性质，因此氮化硅纳米线是一种优良的“结构-功能一体化”宽禁带半导体材料。但是，目前关于氮化硅纳米线材料还存在产率低、纯度低、难掺杂、发光强度低、发光性能难以调控等问题，制约了氮化硅纳米线材料的实际应用。因此，本论文以单晶氮化硅纳米线的合成制备、可控掺杂以及光致发光性能的调控为研究目标，以价层电子结构作为掺杂元素的选择依据，采用低温球磨及高温氮化的制备新技术，系统研究掺杂元素（不同价层电子结构的元素）、掺杂元素含量对单晶氮化硅纳米线光致发光性能的影响，实现氮化硅纳米线发光性能的调控与优化，并采用第一性原理计算氮化硅纳米线的能带结构，结合光致发光性能阐明氮化硅纳米线的发光机理。以高纯硅粉为原料，采用低温球磨及氮化合成工艺，实现了高纯、单晶氮化硅纳米线的制备，为后续制备掺杂可控单晶氮化硅纳米线奠定了良好的基础，并研究了单晶氮化硅纳米线的光致发光性能。结果表明，当采用液氮作球磨介质时，在纳米晶硅粉表面形成Si-N键，可有效阻止纳米晶硅粉氧化。氮化硅纳米线尺度均匀，直径约为25nm。单晶氮化硅纳米线的禁带宽度为5.0eV，发射光谱波长范围为350~650nm，存在五个发光峰，位于586nm和542nm的发光峰是由硅悬挂键与Si-Si键/价带之间的电子跃迁造成的，447nm的发光峰是由硅悬挂键与导带之间的电子跃迁造成，405nm和393nm的发光峰是由N4+与价带之间的电子跃迁造成。选取p区元素Al作为掺杂元素，以Al单质或Al(NO3)3·9H2O作为掺杂原料，控制掺杂含量为5~10at.%。结果表明，掺杂原料对掺杂氮化硅纳米线的光致发光性能影响不明显，但掺杂含量对性能影响较大。Al元素掺杂氮化硅纳米线光致发光谱的最强峰发生“红移”，发光峰从未掺杂的586nm逐渐偏移到掺杂含量为10at.%的621nm。掺杂氮化硅纳米线的禁带宽度显著降低，与理论计算结果吻合。掺杂含量由5at.%增至10at.%时，纳米线禁带宽度由4.1eV降低至3.9eV，并且氮悬挂键由距价带顶1.2eV处移至距价带顶1.1eV处。禁带宽度降低、氮悬挂键能级位置改变是影响掺杂氮化硅纳米线光致发光性能的主要原因。选取d区元素La、Y作为掺杂元素，选取单质或硝酸盐作为掺杂原料，控制掺杂含量为1~10at.%。结果表明，同种元素掺杂时，掺杂原料对氮化硅纳米线的光致发光性能影响不明显，但掺杂含量对性能影响较大。La元素掺杂氮化硅纳米线发“蓝-紫”光，具有395nm和540nm两个发光峰；当掺杂含量从1at.%增加至10at.%时，395nm处的发光峰显著增强，发光强度可达未掺杂纳米线的10倍。Y元素掺杂氮化硅纳米线具有与La元素掺杂氮化硅纳米线相近的光致发光性能，发光峰位于415nm和530nm，当掺杂含量为5at.%时，发光强度可达未掺杂时的15倍。掺杂氮化硅纳米线的禁带宽度显著降低，与理论计算结果吻合；La掺杂氮化硅纳米线的禁带宽度为4.0eV，禁带中存在一个由La元素形成的距价带顶2.3eV的杂质能级。d区元素掺杂使得氮化硅纳米线光致发光性能显著增强，主要是因为掺杂元素在禁带中形成新的杂质能级，掺杂导致纳米线禁带宽度降低，N4+缺陷浓度增加。选取f区元素Ce、Tb作为掺杂元素，掺杂含量为5at.%。结果表明，Ce元素掺杂单晶氮化硅纳米线发“蓝-紫”光，发光谱存在两个发光峰：392nm和407nm，发光峰是由Ce3+离子的4f05d1→4f15d0的电子跃迁引起的。Tb元素掺杂单晶氮化硅纳米线发绿光，发光谱存在五个发光峰：412nm、488nm、543nm、589nm和623nm，发光峰是由Tb3+离子的5D3→7F（JJ=6，5，4）跃迁以及5D4→7FJ（J=6，5，4，3）跃迁引起的。掺杂f区元素Ce、Tb的单晶氮化硅纳米线的光致发光性能主要与掺杂元素的f层电子跃迁有关，作为基体材料的氮化硅对其光致发光性能影响较弱。