飞秒激光利用其超快的作用时间、超强的峰值功率的特性，可以与半导体材料表面发生瞬态光化学反应，从而对材料进行有效的掺杂，且可以实现超过材料固溶度极限的过饱和掺杂，同时能在材料表面形成准周期的微纳结构。导致半导体表面性质发生改变，产生超宽光谱高吸收的特性，从而突破传统物理限制，并由此产生了一系列全新的应用。本文总结了飞秒激光与硅相互作用的基本理论和几种物理模型，介绍了其在相关领域的应用，并对飞秒激光过饱和掺杂及改性硅的发展前景作出展望。

研究了热退火对飞秒激光脉冲在空气中微构造的黑硅材料的光致发光(PL)时间分辨光谱和发光强度衰减性质的影响，分析了退火后黑硅材料内光生载流子的运动和缺陷的性质。通过应用双指数函数拟合PL的强度衰减曲线，得到退火导致黑硅材料光谱变化的可能机理。采用热扩散理论说明退火造成氧缺陷的增加和非平衡载流子辐射复合率的增大，导致退火黑硅的PL强度随着退火温度的升高而增大。退火后时间常数增大且慢衰减过程比重增大，说明退火消除并修复了微构造表面及内部的一些缺陷，增加表面束缚态，减小非辐射复合中心的密度，从而增大了辐射复合所占的比重，导致退火黑硅的PL谱强度增大。黑硅发光的最佳退火条件是800 ℃真空退火30 min。