本文较系统地研究了硅基掺Er红外电致发光材料，器件和其中的物理机制。在材料方面，利用反应磁控溅射技术沉积掺Er的富硅氧化硅薄膜，其中富硅量在大范围内变化，研究了非晶纳米硅对Er电致发光的作用；提出了一种通过在掺Er的富硅氧化硅体系中掺入Ni并高温退火提高Er离子荧光效率的方法：发现并解释了掺Er的二氧化硅薄膜中的可见发光中心对Er离子的红外发光明显的增强作用。在器件结构方面，研究了硅阳极的电阻率、富硅氧化硅薄膜的富硅量和阴极的功函数对电子空穴对复合的位置和器件发光效率的影响。本文取得了一些有创新性的结果，主要有：　　 1.利用反应磁控溅射技术沉积了掺Er的富硅氧化硅(Si1+xO2：Er)薄膜，发现非晶纳米颗粒能将电致发光效率提高达160倍。我们采用改变溅射气氛中氧气的含量的方法在大范围内方便地改变薄膜的富硅量(x)，发现在x=2.0时Er3+1.54μm电致发光达到最强，这时的富硅量明显地高于对应最佳光致发光的富硅量(x=0.6)。电学测量表明载流子主要通过量子隧穿在薄膜中传输，I—V特性表现为空间电荷限制电流机制。我们发现，富硅量越大，载流子的迁移率越高，并在x=2.0附近迁移率发现跃变。我们认为在x=2.0处出现最高的电致发光效率的和迁移率的跃变均是由随机密排的纳米硅互相连结造成的。　　 2.采用反应磁控共溅射的方法在富硅氧化硅(x=0.6)中掺入25 at.％的Ni并在1150℃退火。在红外段实现Er光致发光积分强度近100倍的增强，而在可见段发现Er的特征发射峰积分强度约40倍的增强。同时我们发现掺Ni的样品的可见和红外光谱均出现明显的精细结构。Er在可见段的特征峰的增强和光谱精细结构的出现反映了Er的局域微观环境被Ni改变并晶化趋于有序，同时证明Er离子在这种晶体环境中比在非晶的氧化硅环境中有强得多的光学活性。而红外发光的增强是Er离子本身光学活性的增强和纳米硅数量的增加共同作用的结果。　　 3.利用磁控溅射沉积了掺Er和无掺杂的SiO2薄膜，溅射气氛为氩和氧的混合气体，其中氧气的比例在0～10％范围内变化。研究了氧气比例对薄膜的光致发光的显著的影响。发现在氧气比例为6.3％时，在SiO2：Er薄膜中Er的1.54μm光致发光强度为无氧气的情况下的27倍，并且掺Er所导致的670 nm发光的淬灭导致了Er红外发光的增强。通过对1.54μm激发谱和变激发功率1.54μm发光强度的研究，发现除了Er的直接吸收外，存在一个强得多的铒的间接激发过程。这个间接激发过程可以用从670 nm发光中心到Er离子的能量传递来解释。同时，这个过程导致了670 nm发光的淬灭和Er的1.54μm发光超过一个量级的增强。　　 4.利用选区掺杂的Er离子的1.54μm电致发光探测在激子在100 nm厚的富硅氧化硅薄膜中的空间分布情况。发现激子的空间分布存在明显峰值，而且峰值的位置受到硅阳极的电阻率、富硅量和阴极的功函数的影响。这些结果证明在富硅氧化硅中激子的形成是通过从阳极注入空穴和从阴极注入电子，而不是通过在强电场下加速形成的热电子的碰撞激发实现的。当采用电阻率为10Ω·cm的p型硅片做阳极、含硅量为65 at.％的氧化硅薄膜和Au阴极时，复合区的峰值位置非常接近薄膜的中央，这时1.54μm电致发光也为最强。可以认为这时电子和空穴的注入以及在薄膜中的浓度分布最利于激子的形成。