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近年来，由于光电子发展的迫切需要，与Si技术相兼容的硅基光互连和硅基光电集成变得越来越重要。同时，由于Si本身是非直接带隙半导体材料，其发光效率极低，寻找成本低廉而又高效的硅基光源成为光电子领域最重和最具挑战性的课题。另一方面，稀土Er3+离子4f内层电子的4I13/2→4I15/2跃迁导致的1.54μm发光正好位于石英光纤的最小损耗“窗口”，因而各种掺Er材料已经被广泛地用于现代光通讯。因此，研究和开发与铒有关的工作于1.54μm的硅基光源具有重要的现实意义和应用前景。
本论文紧密结合国际上最新研究进展，对利用各种铒化合物和掺Er材料实现1.54μm硅基光源进行了探索性研究。其主要创新性工作如下：
1.采用与现有Si工艺兼容的反应磁控溅射方法在p-Si衬底上制备了富硅氧化硅(SRO)/硅酸铒(Er-Si-O)/富硅氧化硅(SRO)三明治结构的多层薄膜器件。X射线衍射测量表明1000℃和1150℃退火后Er-Si-O薄膜中形成了Er2Si2O7和Er2SiO5两种化学配比的硅酸铒晶体混合物。对1150℃退火样品观测到较强的1.54μm波长光致发光，室温下发光峰的半高宽仅为～1.8 nm。此外，对于结构为Au/SRO/Er-Si-O/SRO/p-Si的多层薄膜器件首次观测到来自硅酸铒的1.54μm波长电致发光；
2.研制了用反应共溅射技术沉积的富硅硅酸铒薄膜(SRES)及ITO/SRES/p-Si发光器件。卢瑟福背散射谱(RBS)、拉曼散射光谱和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征表明：N2气中850℃退火的富硅硅酸铒薄膜由非晶硅酸铒和非晶Si团簇组成。研究发现：与富硅氧化硅和硅酸铒薄膜相比，富硅硅酸铒具有较高的Er3+离子浓度、较大的载流子注入和输运能力以及非晶Si团簇对Er3+离子的敏化作用，因而富硅硅酸铒薄膜器件的1.54μm波长电致发光具有较高的发光效率。
3.系统研究了富硅度和掺Er量对掺Er富硅氮化硅[Er：Si3(1+x)N4，x≥0]薄膜及其器件的电输运以及1.54μm波长光致发光和电致发光的影响。研究Er：Si3(1+x)N4薄膜中Er3+离子的1.54μm光致发光发现：与x=0相比，x=0.27时增强了约两个数量级。结构为ITO/Er：Si3(1+x)N4/p-Si薄膜器件在8 V电压下随着x从0增加到2.10电流增大了约四个数量级；另外，x在较大范围变化时，Er：Si3(1+x)N4薄膜器件的导电机制有所改变。x值对Er：Si3(1+x]N4薄膜器件的1.54μm电致发光效率有很大影响，并在x=0.53的时候达到最大。x=0.53的Er：Si3(1+x)N4薄膜1.54μm光致发光和ITO/Er：Si3(1+x)N4/p-Si的1.54μm电致发光作为Er：Si3(1+x)N4中Er浓度的函数均在Er浓度为3 at.％时达到最大。
4.通过共溅射方法将Er2O3引入到碳化硅中制成SiC：Er2O3薄膜。无论是在直接激发下还是在间接激发下，随着SiC：Er2O3薄膜中Er浓度从0.8 at.％增加到22at.％，SiC：Er2O3薄膜的1.54μm波长光致发光强度增强了一个数量级以上，而没有出现浓度淬灭现象。此外，我们研制了结构为ITO/n+-Si/SiC：Er2O3/p-Si的器件，对于SiC：Er2O3中Er量为0.8 at.％和9 at.％的情况，在室温下观测到上述器件在1.54μm波长的电致发光。