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半导体量子点结构中载流子(如电子、空穴和激子)强量子限制作用使得其电学和光学性质发生了很大的变化，有望在单电子器件、光电子器件以及热电器件等方面得到广阔的应用。由于与大规模集成电路工艺的兼容性，Ge量子点/Si体系一直是其中的研究热点。尽管有关研究工作已经取得了很大的发展，但在高质量材料制备方面依然面临着很多的难题。目前，获得Ge量子点/Si的思路主要是从两个方向出发：一种是“至上而下”的方法，即采用电子束曝光等先进的光刻技术和精细的干法刻蚀；另一种是自组织生长方法，即利用两种材料之间的晶格失配应力，在外延薄膜达到某一临界厚度时，在应力的作用下以岛状方式生长(S-K模式)。前一种方法量子点尺寸受限于光刻精度，并且在光刻刻蚀过程中会引入损伤，在实际应用中受到一定的限制。后一种方法虽摆脱了光刻精度的限制，利用材料本身的特性直接生长出量子点。但该种方法较难控制，由于自组织生长与应力相关，所以通常在单晶Si表面自组织的Ge量子点存在尺寸分布，而且形貌一般为直径40～80纳米，高度数个纳米的“碟状”，对载流子只在Z方向上有束缚作用。最近有关研究表明，在非晶或微晶硅表面沉积的Ge量子点具有小尺寸、高点密度特征。但非晶或多晶硅在高性能的器件应用上是不利的。与此同时，非晶硅金属诱导横向结晶技术在低温制备高迁移率的多晶硅薄膜有着巨大的优势。本文主要对Ge量子点/硅结构的制备及其微结构特征进行了研究，在微晶硅与非晶硅表面成功实现LPCVD自组织生长高密度Ge量子点，结合金属诱导结晶技术发展了制备高质量Ge量子点/硅多层膜的新方法，采用X射线掠入射分析技术对MBE生长的Ge量子点/Si超晶格界面演化特性进行了研究。
本文首先研究了LPCVD自组织生长小尺寸、高密度Ge量子点的方法，成功地在微晶硅与非晶硅表面实现Ge量子点可控直径在6～40nm，点密度10<'11>～10<'12>cm<'-2>。实验测试分析揭示了LPCVD条件下在有缺陷的微晶与非晶硅上Ge点生长特性。微晶硅与非晶硅表面微缺陷结构提供了较多的形核中心，并有效地抑制Ge的长程扩散迁移，有利于形成小尺寸、高密度量子点。
进一步，本文发展并实现了结合低压化学气相沉积和金属诱导结晶技术制备高密度Ge量子点/Si多层异质结构的方法。通过对样品微结构的光学显微镜、显微拉曼谱和电子显微镜的测试分析表明，制备的Ge量子点/Si多层膜具有高的结晶质量和良好的界面。这种方法为制备获得半导体量子点结构提供了一种新的思路和途径。同时，对电场辅助提高横向结晶速度进行了初步的研究。
最后，通过利用X射线掠入射分析技术对MBE生长的陡峭界面的Ge量子点/Si超薄层超晶格的互扩散与界面粗糙度进行了研究，以揭示Ge量子点/Si异质结构的生长界面演化特性。