在微电子使用中起主导效果的Si，在光子学范畴的体现却不尽人意。这是因为Si属直接带隙结构，使其不能有用发光，因此被认为是不适合在光电子范畴中使用的。人们想了许多办法以战胜它的这个缺点。其间Si中稀土掺杂的办法为人们所重视。稀土Er3+离子榜首激发态到基态的跃迁宣布的光波长为1.54/μm，正好对应于规范石英光纤的最小吸收窗口。因此掺铒硅在光通信的使用方面具有极大的潜力。掺铒硅在77 K温度下的PL和EL首先在1983～1985年被Ennen等得到，然后引发了大规模的研讨，旨在开发掺铒硅体系的结构、电学和光学功能，并将其扩展到室温作业。可是，直到1993年的研讨标明，制造室温下高效发光的掺铒硅器材是不现实的。主要有以下几个原因：
(1)Er在Si中的固溶度低(1 300℃时约1&TImes;1016cm-3)，阻挠了高浓度Er的掺入;
(2)强的非辐射衰减机制，使掺铒硅发光强度从77 K至室温时衰减了3个数量级，室温下的发光简直测不到;
(3)Er在Si中的辐射寿命为1 ms量级，因此不或许直接调制输出频率高于1 kHz的光。
1993年后，因为高浓度掺铒硅的打破，取得了较详实的理论和试验成果，因此掺铒硅再一次引起了全世界的重视。尽管掺铒硅中没有取得百分级功率的LEDs与激光，但室温下己完成较强的EL，并己将它们集成为Si基光电子和微电子器材的光源。本文总结了掺铒硅的资料功能、发光机理、以及掺饵硅LED器材的行为和未来展望。
1 掺铒硅的发光机理
1.1 Si中Er的4f电子结构
Er原子的价电子组态为4f126s2。关于Si中的Er，理论核算标明，其+3价态比+2价态更安稳，即一个4f电子被提升到5d轨迹上，构成4f116s25d1组态。由Hund定则决议4f11的基态光谱项是4I。自旋一轨迹相互效果将4I项割裂成4个多重态(J=15/2，13/2，11/2，9/2)。从榜首激发态4I13/2到基态4I15/2的能量距离为0.81 eV左右，可是它们之间的电偶极跃迁是禁戒的(电四极矩和磁偶极矩跃迁几率更小)，当Er掺入基质时，周围晶体场的效果将自旋-轨迹多重态割裂成-系列Stark能级，这时选择定则或许被损坏，发作辐射跃迁，发生一系列丰厚的谱线，谱线的个数和强度同发光中心所在的晶体场密切相关。当晶体场具有Td对称性时，基态4I15/2割裂成两个两层态Γ6，Γ7和3个四重态Γ8;榜首激发态4I13/2割裂成一个Γ6，两个Γ7和两个Γ8。当晶体场不具有立方对称性时，基态4I15/2和榜首激发态4I13/2的Γ8割裂成两个Kramer两层态。上述进程如图1所示。
图1中(a)为电子一电子相互效果，基态项4I;(b)为自旋-轨迹相互效果，发生J=15/2，13/2，11/2，9/2多重态;(c)中Td为晶体场中的Stark能级，对4I15/2的割裂，从上到下分别为Γ8，Γ7，Γ8，Γ8和Γ6;(d)为非立方对称性晶体场中的割裂。
