一般認為，摻鉺硅的發光來源于Er離子的4f能級間的躍遷，如圖2所示。在解釋具體的發光機理時，必須說明Er離子在硅中的激發和退激發過程，并以此來解釋實驗現象。對機理的了解有助于從實驗上來提高摻鉺硅的發光效率，克服其溫度猝滅和提高發光的調制頻率。

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　　發光的激發和退激發過程：先討論激發過程。一般來說，Er離子被激發可以有光子激發和電子激發兩種可能性。光子激發是入射光子直接將Er的4f基態能級上的電子激發到較高的能級上去，但是，由于Er3+的光吸收截面非常小，只有1×10-20cm2，所以對有效的光致發光和電致發光(EL)來說，光子激發不是主要的。電子激發又稱載流子中介激發。它可以有兩種方式，如圖3所示。圖3(a)是激子復合激發，在摻鉺硅的PL和P-N結正向偏壓作用下的EL都屬于這一種機理。其過程為：由光照或由P-N結電注入在Si中產生電子空穴對，然后通過受陷于一個與Er相關的位于禁帶中的能級而成為束縛激子，激子復合后產生能量(圖中過程1)，該能量從半導體轉移到Er的4f殼層(過程2)，使4f電子從4I15/2基態激發到第一激發態4I13/2(過程3)。另一種電子激發過程稱為載流子碰撞激發，如圖3(b)所示。它發生在P-N結反向偏壓下的EL中。 P-N結勢壘區中的載流子受到強電場的作用而加速成為熱載流子，處于導帶內高能量狀態上，當它的動能大于0.81 eV時，就有可能通過與晶格碰撞而失去能量(過程1)，這部分能量轉移給Er(過程2)，激發其4f電子(過程3)。

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　　對于上述兩種激發過程來說，電子空穴復合更有效，因為碰撞激發的截面為6×10-17cm2，而理想情況下(低溫和低激發強度)e-h復合的截面可達5×10-15cm2。

　　處于激發態的Er離子可以通過輻射復合和非輻射復合兩種途徑而退激發。由于的第一激發態的輻射復合壽命相當長(1 ms)，非輻射退激發過程嚴重地削弱了發光強度。為了得到有效的發光，必須盡可能地消除或減弱非輻射復合的途徑。對Er-Si系統來說，存在兩類非輻射退激發過程：

　　(1)能量背轉移，如圖3(c)所示。Er退激發(過程1)所產生的能量背轉移給Si(過程2)，激發Si價帶電子躍遷到一個與Er有關的能級(過程3);

　　(2)Auger退激發，如圖3(d)所示.由過程1和過程2所產生的能量轉移給Si中的導帶電子，使其激發到高能態(過程3)。在第一種退激發過程中，Er退激發的能量為0.81 eV，與Er有關的能級位于導帶底以下約0.15 eV處，價帶電子激發到該能級的能量處，與0.81 eV尚差0.15 eV，這一能量需要靠聲子來提供，因此能量背轉移過程是熱激活的，與溫度關系較大;而第二種退激發過程由于是將能量轉移給自由載流子，因此與樣品中的載流子濃度相關。

　　由于Er在Si中表現出較強的施主行為，Auger退激發過程在高摻Er的材料中更為重要，另外在PL中，如果入射光很強，導致樣品中載流子濃度增加很多，Auger退激發過程也會占主導地位。