本发明公开了一种硅酸铒晶体和硅纳米晶体共镶嵌二氧化硅薄膜及其制备方法和应用，采用反应共溅射制备富硅硅酸铒薄膜，在通过高温热处理得到硅酸铒晶体和硅纳米晶。本发明还公开了在上述薄膜基础上制备得到的低开启电压高效率红外发光二极管。由于硅纳米晶的形成，薄膜导电性增强，器件开启电压减小；由于硅酸铒晶体的形成，薄膜铒的有效掺杂浓度提高，器件红外电致发光强度上升、效率大幅提高。本发明制备工艺简单，工业兼容性好，在硅基集成光源或半导体发光、光通信等领域具有广阔的应用前景。