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硅(Si)和锗(Ge)是现代微电子技术的基石。然而,因其间接带隙性质,导致晶体Si和晶体Ge的光学跃迁必须借助声子辅助来实现,这不仅降低了Si和Ge材料的发光效率,还降低了其光电器件的响应速度。这些不利因素,使传统Si和Ge材料在光电集成和光互联领域的应用受到了极大的限制。离子注入技术是一种有效的光学材料改性手段,若匹配上适当的热退火工艺,可以使Si基体系材料获得遍布紫外到近红外光区域的强光致发光。因此,系统、深入地研究Si基材料离子注入改性和热退火工艺在该体系中诱导生成的光学缺陷和纳米晶团簇的结构及其发光机理,对实现同一片上光电集成和光互联具有极大的潜在应用价值。本论文围绕着低能量Ge+注入SiO2薄膜发光材料和Si+自注入绝缘体上硅(SOI)发光材料的制备及其光学特性展开了研究。探索了热退火工艺在Si基材料体系内诱导生成的光学缺陷和纳米晶团簇的结构及其的演变路径,从而调制了该体系发光。论文的主要工作内容和所取得的结果如下：1.低能量Ge+注入Si02薄膜的光学性能采用离子注入技术和快速热退火工艺,制备出埋藏锗纳米晶(nc-Ge)的二氧化硅(SiO2)薄膜,获得了丰富的紫外-可见光波段光致发光。通过研究这些发光在不同改性工艺(注入剂量、退火温度和退火时间)条件下的荧光特性阐明了各光发射的发光机理,以及探讨了这些发光中心的演变路径,从而实现对该体系发光进行精准的人工调控。注入剂量、退火时间和退火温度三因素对薄膜的结晶性和发光性能的影响。这些研究对实现Si基光电集成和全色显示有着一定的指导意义。2.Si+自注入SOI结构的光学性能及表面形貌设计出新型夹具,实现了金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA)离子注入机Si+自注入。配合灵活的快速热退火工艺,制备出可直接用于器件制备的SOI结构缺陷发光材料,获得了红光-近红外波段的光致发光。通过研究其荧光特性,阐明了部分发光峰的起源及光学团簇的演变机制,从而尝试对该体系发光进行精准的人工调控。并且,通过研究样品表面形貌,解释了其表面量子点的形成机理。这些研究对实现同一片上微电子与光电子集成和光互联有着一定的指导意义。