硅基高效发光尤其是高调制速率的高效硅基激光器的实现是整个硅基光电子学领域最核心的环节，也是迄今为止硅基光子学研究领域唯一没有解决也看不到明确解决方向的难题。此一难题的解决，不仅将是基础研究领域的重大进展，也有着深远的现实应用意义，必将极大的促进光电子集成回路(OEIC)的真正突破，对整个人类的文明产生类似于半导体晶体管、集成电路以及半导体激光器一样深远的影响。本论文围绕如何提高硅基材料发光效率在几个不同的方面做了一点有特色的工作，在包括硅基稀土金属离子掺杂发光、硅基过渡金属离子掺杂发光(等电子发光)以及在突破常规间接带隙半导体材料发光理论进而提高硅基带边发光效率方面作出了一点探索，并提出自己在这一领域的基本理解。主要体现在以下几个方面：　　 通过在各种不同方式(热氧化和等离子体化学汽相淀积)生长的化学计量配比的SiO2薄膜里面利用大剂量的杂质离子(Al和P)协同注入有意识的产生大量与氧空位有关的微缺陷，来敏化稀土离子的高效发光，实现了比较强的稀土离子Yb3+和Er3+发光，对Al、Yb和Al、Er共注入SiO2体系实现了迄今为止报道的最低的温度淬灭系数(分别约为2和1)。　　 根据实验事实并结合文献报道，我们认为：与一般报道的介质体系中硅纳米晶或非晶硅纳米团簇敏化稀土离子发光的机制相反，真正起作用的是体系中与氧、氮等有关的微缺陷，这种微缺陷一方面与稀土离子结合使稀土离子具有光学活性，另一方面也使稀土离子具有电学活性，使能量能够有效的通过非共振转移方式传递给稀土离子从而激发稀土离子发光。当然，不排除能量是由硅纳米晶或非晶硅纳米团簇传递而来，但是真正决定稀土离子发光能力的是来自于与氧、氮等有关的微缺陷接受外界能量的能力并在此基础上将能量传递给稀土离子的能力。此一解释也适用于半导体硅基(包括单晶硅、多晶硅以及非晶硅)稀土离子掺杂发光。　　 提出了一种采用改进的复合稀土离子源来实现高效硅基稀土离子掺杂发光的方案。利用复合稀土离子ErF1+、ErF2+和PrF2+离子注入单晶硅，分别实现了1.54微米和1.3微米波段的低温近红外硅基发光。1.54微米的发光来自于注入的稀土Er3+离子，而与PrF2+注入相关的1.3微米的发光来自于离子注入引入的缺陷如位错等。　　 借鉴半导体工业中成熟的利用H-L-H(高温-低温-高温)工艺生成纳米尺度的二氧化硅团簇实现杂质过渡金属离子吸杂(Gettering)的原理，我们在单晶硅中氧离子注入的基础上首先利用高温退火在硅基材料中形成纳米尺度的二氧化硅颗粒，在此基础上注入稀土离子Er，此时纳米二氧化硅颗粒作为注入的稀土离子的成核中心，有效避免了具有光学惰性的ErSix的生成，提高了注入的氧离子的利用效率和具有光学活性和电学活性的稀土离子浓度，实现了低温硅基Er3+离子的近红外1.54微米发光。此上三种稀土离子的掺杂方式都有很好的重复性。　　 通过硫族元素(S，Te)和IB族过渡金属元素(Cu，Ag)共掺实现了高效的液氮温度下近红外(1.3微米)硅基(块体硅和Ge/Si多量子阱)等电子发光，与没有共掺过渡金属元素相比，发光强度有4倍以上的增强，也实现了260 K的光致发光，实验证实了国外利用光检测磁共振(ODMR)得到的关于硫掺硅等电子发光来自于S-Cu复合体的猜测。　　 提出了一种与现有硅微电子工艺完全兼容的横向p-i-n结构电注入并附有调控栅极的硅基发光器件方案。在此方案中，一方面在栅极位置可施加强电场或者强光场在有源区产生更高密度的偏离热平衡分布的声子；另一方面，在栅极施加高频的交变电场，可提高电子、空穴和晶格碰撞的几率。两种方式都可实现更高效率的硅基带边声子辅助发光。同时，合适的高频交变简谐电场将在垂直方向上将电子限制在晶格常数尺度的空间内来回运动，造成电子波函数在动量空间的展开，提高电子空穴辐射复合的几率，从而增强硅基带边发光效率。在此基础上，通过选择性的在p区、i区以及n区施加合适的纵向调控电场，使硅基非直接带隙声子辅助带边发光由一个二级微扰过程变为两个连续的一级微扰过程提高间接带隙硅基材料的发光效率。　　 最后结合当前国内外硅基发光研究的现状和思路对未来硅基发光的研究提出了一点展望和建议。