在硅中掺入稀土元素能引入局部限制中心，可以实现受激辐射复合。在这种发光情况下，硅材料本身并不是直接发光，而是起到宿主的作用产生带电载流子。这些电荷进入发光中心产生准禁带发光。

　　在硅中掺入铒离子（br3＋）能实现1.54 gm的有效发光，其能级结构如图1所示。图中左边是er3＋自由离子能级，右边部分是br3＋掺入硅中后的能级图，由于晶格场引起的能级分裂现象是很明显的。1.54 gm左右的发射光谱是由第一激发态与基态之间的辐射跃迁引起的。图2中的虚线表示硅的禁带宽度。

　　图1 er3＋中的4f能级图

　　可以采用离子注入、分子束外延、化学气象沉积（cvd）等工艺将br掺入硅中。其中离子注入方法由于与标准vlsi工艺完全兼容而得到广泛应用。当er离子被注入后，需要进行高温退火来结晶化并激活er离子。由于硅材料对er只有很低的固溶度，限制了高强度的er发光。为了实现硅中er的高浓度注入和光活性，就需要改变br杂质的化学条件。可以以1∶10的比例同时注入er离子和o离子来得到一个几乎恒定的外形轮廓。在退火过程中，o离子轮廓在0.3～1.8 ；tm之间保持10(20)cm-3的浓度，而离子外形却发生了变化。通过形成er－o化合物，阻止了br离子参加到光学性质不活跃的硅化物象中，从而有效地加强了硅中er的固溶度。

　　图2所示为典型的晶体硅中er的光致发光谱。在1.54 gm处有一个明显的波峰。在体硅中，由于热电子能量的限制、俄歇（auger）复合等能量损耗的存在，很难改善掺br离子硅发光二极管的性能。可以采用将er离子掺入5102或者纳米硅中的办法提高发光效率。据报道掺入er的硅量子点发光二极管外量子效率已经大于10％。

　　图2 典型的晶体硅中et的光致发光谱

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