半导体硅材料是电子技术乃至信息技术领域最为重要的基础材料之一。然而，硅是间接带隙材料，其辐射复合的发光效率较低，不宜制造高效率发光器件。在Si基发光材料上实现光-电集成的这一简单而美好愿望的驱动下，人们对高效发光Si基材料的发掘和探索的脚步却从未停止。已有的研究结果证实，通过离子注入技术在硅材料中引入缺陷，可以形成多种类型的光学中心，从而有效改善Si材料的发光效率，使Si材料高效发光成为可能。　　 本文基于密度泛函理论的第一性原理方法，对含有空位、间隙缺陷的Si晶体进行了结构、能带、态密度及光学性质等方面的计算。理论分析表明含有缺陷的体系较不稳定，会向其它缺陷或无缺陷方向转变。缺陷导致禁带宽度发生改变，但半导体的间接带隙特性并没有改变。空位导致晶体的态密度出现多个态密度峰值，电子跃迁的对应跃迁波段增多。高浓度的间隙原子导致杂质能级进入到导带中，Si的光响应范围增大。与间隙类缺陷相比，空位缺陷导致Si晶体吸收谱红移。　　 掺入与硅同族的原子，形成等电子缺陷发光中心，可以减少其它非辐射复合缺陷的产生。本文通过计算掺有第四主族原子的Si晶体的光学性质得出以下结论:在局部范围内，Ge原子掺杂的体系晶格常数变化较小，但当C、Sn、Pb掺杂时，品格常数较之本体Si发生了明显的变化。由C到Pb带隙减小，价带不变，导带下移，能带带隙减小。所有体系中都存在sp杂化，较本征Si材料，其它缺陷Si体系杂化较强。掺杂有Si原子的体系共价性最强， Pb离子性最强。晶胞的最大值的能量位于同一处，推断替代原子的不同对缺陷Si材料吸收系数没有太大的影响。