硅基光子芯片结合了光电子和微电子的优点,不仅能以光子作为信息载体提高器件的传输速度、减小器件能耗,还能利用现有的硅集成电路工艺降低器件的制造成本,实现大规模的商业化应用,是国际研究的重要前沿领域。然而,可集成于芯片内部的硅基光源仍然缺失,制约了硅基光子学的发展。掺铒富硅氧化硅薄膜(SROEr)是实现硅基光源的有效途径之一,它不仅可与目前的硅集成电路工艺兼容,而且铒的发光峰(1.54μm)正好位于光纤的最低传输损耗窗口,引起了国际上的广泛关注。但是SEORr中铒的发光效率低,如何实现其高效发光是目前亟待解决的关键问题。本文通过制备工艺的改进在SROEr薄膜中引入了大量的纳米硅(Si NCs)和稳定的发光中心,在实现Si NCs和发光中心对铒的敏化作用的同时,获得了发光性能优异的SROEr薄膜。本文的主要创新结果如下：(1)通过对富硅氧化硅基体(SRO)制备工艺的研究,获得了发光性能好的SRO薄膜。采用不同方法(电子束蒸发法和磁控溅射法)以及后续热处理工艺(退火时间、温度等)的优化,制备了组份及微结构可调的SRO薄膜。其中,采用电子束蒸发法制备的SRO薄膜疏松、多孔,而采用磁控溅射法制备的SRO薄膜则比较致密。研究发现：疏松、多孔的SRO薄膜中存在大量的发光中心和Si NCs,而且薄膜中的Si NCs密度高、质量好,其发光性能优于致密的SRO薄膜。(2)在SROEr薄膜中实现了发光中心和Si NCs发光的可调性。采用电子束蒸发法制备了不同富硅量的SROEr薄膜。高富硅量薄膜中Si NCs尺寸较大,基体非晶网络中的发光区域小,Si NCs的发光占主导；当薄膜富硅量较低时,基体非晶网络中存在大量稳定的、与Si NCs共存的发光中心(主要是Si=O双键),发光中心的发光占主导；薄膜中富硅量适中时,发光中心和Si NCs的发光强度相当。(3)实现了含稳定发光中心(主要是Si=O双键)的SROEr薄膜的制备,研究了该发光中心和Si NCs对铒的共同敏化作用。采用电子束蒸发法制备了含稳定发光中心的SROEr薄膜,这一稳定的发光中心和Si NCs都能作为铒的有效敏化剂,增强铒的发光。当发光中心和Si NCs的发光强度相当时,敏化剂与铒之间可实现最佳耦合,铒的发光性能最优。(4)通过对SRO及SROEr薄膜制备工艺的控制,实现了薄膜中Si NCs微观结构和尺寸的调控,研究了其对铒发光的调制作用。采用磁控溅射法制备了含不同富硅量的SRO以及SROEr薄膜。富硅量较低的薄膜中,SiNCs尺寸较小,Si NCs颗粒之间相互分离。而在富硅量较高的薄膜中,尽管Si NCs对铒的能量传递效率较高,但是Si NCs尺寸较大,且Si NCs颗粒之间相互交叠,这会引入非辐射复合降低Si NCs以及铒的发光强度。(5)阐述了掺铒浓度高的SROEr薄膜中铒发光饱和的原因。研究指出：高掺铒浓度的SROEr薄膜中有大颗粒硅酸铒的析出,导致Si NCs与铒的耦合效率降低,铒的发光饱和。