随着社会的发展，以电子作为信息载体，硅微电子器件为支撑的通讯方案越来越不能满足人们对信息存储，处理，传输，获取的超高速、超大容量、超低功耗、超高稳定性及高保密的需求。用光子作为信息的载体，采用光通讯将是下一代通讯的解决方案。当前的光通讯光子器件主要是基于Ⅲ—Ⅴ族材料，制备方法与硅微电子工艺不相兼容，很难实现与硅微电子器件的单片集成。因此研究和制备光子器件，尤其是硅基光子器件具有非常重要的意义。但是硅的间接带隙的能带特性和弱的光电效应，被认为不适合光电子方面的应用。最近Nature上连续报道了硅拉曼脉冲、连续激光器，及1.5GHz硅的光调制器，激起了硅基光电子器件研究的热潮，推动了硅基光电子学的发展。硅基光电子器件的最终成功将会导致光通讯领域的一场革命。 微腔是光子器件中的关键部件，微腔发光二极管，微腔激光器和微腔增强光探测器等都采用了微腔结构，因此研究微腔的特性是光电子学的重要课题。本文我们分别制备和研究了一维、二维和三维硅基微腔的特性，获得了一维微腔对发光媒质发光特性的显著改善。为了克服自上而下方法制备微腔的缺点，我们提出共形生长的方法制备了二维和三维限制光学微腔，微腔光谱上观测到一系列分立的发光峰，这些腔模式具有明显的腔横向尺寸依赖性。采用了变收集半角的方法，给出了这些分立的发光峰来自于横向限制的直接证据。我们计算了这些横向限制模式位置，计算值与测量值一致。 我们下一步的目标将是缩小微腔的横向尺寸，提高横向限制，获得高的品质因子，制备真正的单模微腔，并最终实现硅基单光子源。 (一)采用PECVD的方法制备了不同组分的非晶氮化硅薄膜，控制氨气和硅烷的流量比为0.5，1，2，4，6，8，获得折射率从1.9到2.8，光学带隙从2.0到3.7eV的不同化学配比的非晶氮化硅薄膜。发光特性表明薄膜的组分不同，他们的光致发光谱明显不同，即发光谱形，峰位，强度不同，硅的含量较高时，强度较弱，在750nm附近有一较宽的发光带，具有明显的双峰结构。当硅的含量降低时，发光峰发生蓝移，发光带蓝移到550nm左右，强度也由弱变强，然后再变弱，双峰高斯拟合表明，短波长峰相对强度的增加导致整个发光带的蓝移。PECVD淀积a-Si/a-SiN超晶格，经激光限制晶化制备nc-Si/a-SiN超晶格，拉曼谱和剖面TEM证实了纳米晶硅的存在，其尺寸与设计的尺寸一致。 (二)利用传输矩阵方法设计、在PECVD系统中制备了一维光子晶体微腔，我们的有源发光媒质发光带在700nm附近，因此我们把微腔的共振波长设计在710nm。剖面TEM照片表明样品具有平直，清晰，陡峭的界而，各子层的厚度与设计厚度相同。透射光谱中观测到710nm处微腔的共振模式。分别把a-SiN发光层和nc-Si/a-SiNz超晶格材料嵌入光子晶体微腔中，我们的光致发光强度增加近100倍，发光谱线宽由200nm左右减小到10nm，极大地改善了它们的发光特性。 (三)采用共形生长的方法，在图形衬底上共形淀积了二维光学微腔。用光学显微镜，原子力显微镜，扫描电子显微镜，及剖面透射电子显微镜证明了共形生长的发生。横向限制导致光致发光谱共振峰分裂成三个共振峰：二维微腔共振峰分别为1.592 eV，1.613 eV和1.65l eV对应M000，M010和M020模式；准三维微共振峰分别为1.618 eV，1.628 eV和1.650，分别为M000，M010(M001)和M011，利用改变收集半角的PL谱测量方法给出了直接证据，并根据限制模式能量公式计算了他们的能量，与光致发光谱上的峰位符合的相当的好。 (四)分别采用传统的自上而下的方法制备的微柱微腔和共形生长的方法制备真正意义上的三维限制光学微腔。研究了我们的微腔样品光发射特性，获得了对有源层的调制效应明显不同于一维微腔的调制，在不同横向尺寸的三维微腔光发射谱中观测到一系列分立的共振模式，这些模式具有明显的尺寸依赖性。该方法制备的三维腔可实现更高的横向限制，获得高的自发辐射耦合因子，在研究物质与光的强耦合相互作用，高效发光二极管及低阈值激光器有很大的应用前景。