硅基光电集成可以为微电子器件提供高速、大带宽、低串扰的光互连,因此成为目前半导体研究领域的热点之一。但是,与集成电路工艺相兼容的硅基光源的缺失是制约硅基光电集成发展的一大难点。铒离子掺杂的硅基发光材料是实现硅基光源的重要途径之一,它的制备过程与集成电路工艺兼容,其发光对应于光纤通讯的最低损耗波长,因此得到了广泛的关注。但是铒的激发截面很小,如何实现其高效发光是目前研究中亟需解决的问题。本文针对硅基掺铒富硅氮氧化硅材料,系统研究了其中铒离子的敏化机理及影响因素,对其光学性能进行一系列优化。并基于光学性能的研究,成功制备出了电致发光器件。本文的主要创新结果如下：(1) 解释了富硅量对掺铒富硅氮氧化硅薄膜中铒发光的影响,并对其进行优化。研究发现当富硅量较低时,硅纳米晶密度随富硅量提高而提高；富硅量较高时,硅纳米晶之间会相互交叠,其密度随富硅量提高而降低；同时,提高薄膜富硅量会降低光学活性铒离子的浓度。研究还发现在经过高温热处理之后,薄膜内的非辐射复合中心会被有效消除,提升富硅量并不会导致铒发光寿命的下降。所以,在中等富硅量样品中有最优的铒离子发光。(2) 发现随热处理温度的不同,在掺铒富硅氮氧化硅中存在两种敏化中心。当热处理温度低于800℃时,薄膜内没有硅纳米团簇的析出,局域态是主要的敏化中心；当热处理温度高于800℃时,局域态逐渐消亡,硅纳米团簇开始析出并成为主要敏化中心。研究发现局域态敏化铒离子浓度是硅纳米团簇的两倍以上。制约低温热处理样品中铒离子发光的主要因素是较低的荧光寿命。(3) 研究了掺铒富硅氮氧化硅的变温光致发光谱,证明其温度淬灭效应非常微弱。研究发现薄膜内存在铒离子的非辐射复合中心,其密度及能级位置随热处理条件而改变。同时发现,从局域态及硅纳米晶向铒离子传递能量的过程需要声子辅助。(4) 成功制备出开启电压低于5 V的掺铒富硅氮氧化硅电致发光器件。系统研究了器件的电输运机制,发现不同的热处理条件会改变薄膜内的缺陷态密度及能级结构。指出掺铒富硅氮氧化硅器件中铒离子的电致发光并不是由于热载流子的碰撞离化作用,而应该是一个敏化过程,这其中局域态起到了重要的作用。