硅是微电子学的基石，现代信息化社会的支柱。随着芯片集成度大幅提高，芯片的功耗和互联延迟将成为微电子技术发展的瓶颈。硅基光子学是目前唯一能实现芯片间高速通信，并且有望未来10～15年内实现的技术。然而，硅基高效发光光源作为硅基光电子学中最关键的器件，是迄今为止仍没有明确解决方案的难题。实现高效硅基光源将不仅是基础研究领域的重大突破，在现实应用方面也有着重要的意义。本论文围绕提高硅基材料发光效率，特别是实现铒掺杂和铒化合物的高效发光展开系统研究。　　 采用溶胶-凝胶和旋涂的方法制备Er3+/Bi3+共掺SiO2薄膜。通过XRD测试，在较低的退火温度条件下，薄膜中出现了硅酸铋晶粒，而当退火温度超过1000℃相应的衍射峰消失。卢瑟福背散射测试说明这主要是由于高温退火后，铋从薄膜中析出。当退火温度达到800℃时，Er3+在1.54μm的发光强度最强。分析表明薄膜中Er3+的发光强度与出现硅酸铋晶体有关。通过激发谱测试，退火后形成的硅酸铋晶粒不仅能有效隔离Er3+，还可以增强1.55μm发光。　　 采用磁控溅射制备硅酸铒薄膜材料，系统研究材料的结构和光学性质。研究发现沉积在SiO2缓冲层的硅酸铒薄膜，当退火温度达到1100℃时，结构仍比较稳定。高温退火后，硅酸铒薄膜出现明显晶化，发光强度可以提高40倍以上。研究发现当激发光功率密度大于1×1021/cm2/个时，硅酸铒薄膜上转换效应仍不可避免，Er3+的发光寿命在几十微秒。　　 为了优化硅酸铒中Er3+发光强度和效率，采用磁控溅射制备ErxYb2-xSi2O7薄膜材料。XRD和TEM测试表明，高温退火后，硅酸盐出现单一晶向的晶体结构。980nm泵浦下，铒镱硅酸盐薄膜在1.55μm发光强度比硅酸铒提高16倍，Er3+的发光效率提高了近2个数量级。设计以ErxYb2-xSi2O7为有源层的波导放大器，理论上，波导放大器的增益可以达到20dB/cm以上。　　 采用磁控溅射法制备Er-Si-O/Si多层结构，研究了多层结构光学性质。证实了多层结构中的纳米Si和Er3+之间仍然存在能量传递过程，并且可以增强Er3+红外发光。研究发现Si/Er-Si-O多层结构的温度淬灭效应很小。从80K升到300K到时，Er3+在红外的发光强度只下降了1.4倍。因此，我们认为Er-Si-O/Si多层结构在实现高效硅基电致发光器件方面有潜在的应用前景。