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掺稀土半导体材料在硅基光电子集成、光纤通讯以及大面积的平板显示等方面都有潜在的重要应用价值。掺铒(Er)硅基材料不仅可以发出1.54μm的红外光，而且可以发出绿光。由于铒所发的1.54μm的光对应石英光纤吸收和色散的最小窗口，并且铒所发的绿光和三原色中的绿光波长接近，所以掺铒硅基材料近些年来受到了很大的关注。掺稀土GaN可以发出紫外、可见和红外等不同波长的光，它独特的发光特性在平板显示、光通讯等领域有重要的潜在应用，已引起人们的很大兴趣和重视。我们的工作主要集中在掺稀土半导体材料中两大最感兴趣的材料，即掺铒富硅氧化硅材料和掺铒GaN材料的性质研究，着重于解决几个重要的、但尚存疑问的问题。
自从上世纪八十年代，首次观察到掺铒晶体硅中的铒的1.54μm的光发射以来，掺铒的硅基材料已经得到了显著的发展。目前发光效率最高的掺铒硅基材料是含纳米硅颗粒的掺铒富硅氧化硅，在这一类材料中纳米硅颗粒作为敏化剂能有效提高铒的发光效率，铒发光的外量子效率已经达到了10％。
研究了磁控溅射得到的含纳米硅颗粒的掺铒富硅氧化硅(nc-Si-SiOx∶Er)材料的X射线光电子能谱、拉曼光谱、光荧光谱等结果。在光荧光谱中我们探测到nc-SiSiOx∶Er薄膜和硅衬底之间的界面所发的1.16μm的光致发光(PL)峰。通过比较不同衬底(硅和石英)上的和不同厚度的nc-Si-SiOx∶Er薄膜的光学特性，把1.16μm的PL峰归因于nc-Si-SiOx∶Er薄膜和硅衬底之间的晶格失配引起的界面态。同时发现铒的发光并不仅仅与纳米硅发光之间存在一个相互竞争的关系，它和界面态的发光之间也存在一个相互竞争的关系。实际上纳米硅颗粒除了将吸收的激发光的能量用于自身发光以外，能量还有两个去处：一是把能量传给铒，使得铒发光，二是把能量传给薄膜和硅衬底之间的界面，使得界面态发射1.16μm的PL峰，从而修正了nc-Si-SiOx∶Er体系中铒的发光机制。
对于铒注入单晶硅，铒周围的局域结构虽已有报道，但对于目前认为最有发展前景的nc-Si-SiOx∶Er体系中铒周围的局域结构，由于问题的复杂性，至今没见报道。实际上这对提高nc-Si-SiOx∶Er体系的发光强度是至关重要的。我们在合肥中国科技大学国家同步辐射实验室用扩展X射线吸收精细结构能谱研究了用磁控溅射得到的nc-Si-SiOx∶Er薄膜中铒周围的局域结构。首次研究了nc-Si-SiOx∶Er体系中的铒周围的局域结构对铒发光的影响。退火温度对铒的发光和铒周围的局域结构都有比较大的影响。当薄膜中的原子数之比为Si∶O∶Er=41.8∶55.7∶25时，退火温度为650℃时，发光最强，此时铒周围的第一近邻O原子的数目也最大，为8.4。高于或者低于这个温度的退火都引起发光强度的下降以及铒原子周围O原子的数目的减少。并且随着退火温度的增加铒有发生团聚的趋势，配位距离和铒的发光强度、退火温度之间没有必然的联系。
利用PL谱和激发谱(PLE)研究了铒注入GaN中铒的绿光发射(537 nm和558nm)。在PLE谱中观察到三个与注入缺陷相关的吸收峰，并且观察到GaN的带边吸收峰。在铒注入GaN样品中，对于激发绿光发射，高于GaN禁带宽度的激发几乎不起作用。用共振激发观测到了铒注入GaN样品中铒的绿光发射，但是利用PL谱和PLE谱来研究铒在GaN中的具体位置还是比较困难的。
铒注入样品中的注入缺陷的产生和消除一直是人们关注的问题。用PL和卢瑟福背散射(RBS)详细研究了注入缺陷的性质。由RBS的结果可以看出注入缺陷分为体内的缺陷和表面层缺陷两部分，而在PL谱中探测到的1.0-1.4μm之间的PL峰来源于表面层缺陷，当退火温度为900℃的时候该缺陷峰最小。为了防止GaN在高温退火下的分解，AlN帽层最近被用来做GaN注入过程以及后续的退火过程中的保护层。实际上在去除AlN保护层的过程中也引入一些腐蚀缺陷，这些缺陷可以通过扫描电镜或者光荧光的结果表现出来。