硅光子技術(shù)全面普及：體驗(yàn)硅發(fā)光技術(shù)的進(jìn)展（三）

　　本圖為可利用最近開發(fā)的CMOS兼容技術(shù)制作的發(fā)光元件。MIT通過注入電流成功使Ge-on-Si元件實(shí)現(xiàn)了激光振蕩（a）。日立制作所和東京大學(xué)荒川研究室也通過電流注入技術(shù)成功使Ge-on-Si元件實(shí)現(xiàn)了發(fā)光（b）。另外，東京大學(xué)大津研究室成功使pin型硅元件實(shí)現(xiàn)了高效率發(fā)光（c）。實(shí)現(xiàn)了多種波長的發(fā)光。（圖（b）由PECST制作，（c）由東京大學(xué)大津研究室拍攝）

　　*間接遷移型＝根據(jù)波數(shù)和電子能量分析半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，價(jià)帶中能量最大的波數(shù)與導(dǎo)帶中能量最小的波數(shù)各不相同。波數(shù)是與動量有關(guān)的物理量，因此即使想把導(dǎo)帶的電子遷移到價(jià)帶中，一般來說，不符合動量守恒定律就無法遷移，也就是說無法發(fā)光。能發(fā)光的能帶結(jié)構(gòu)被稱為直接遷移型。

　　打破這個(gè)常識的研究單位之一就是美國麻省理工學(xué)院（MIT）。MIT于2010年通過光激發(fā)使鍺發(fā)光，2012年通過注入電流，成功使鍺實(shí)現(xiàn)了激光振蕩。

　　成功的秘訣是對鍺進(jìn)行高濃度n型摻雜，將其能帶結(jié)構(gòu)變成直接遷移型。目前的摻雜濃度為4×1019個(gè)/cm3，對于半導(dǎo)體來說非常高。在有關(guān)鍺的研究中，與MIT有交流的東京大學(xué)的和田自信地表示，“還差一步，如果能達(dá)到1020個(gè)/cm3以上的摻雜，就能實(shí)現(xiàn)與化合物半導(dǎo)體相當(dāng)?shù)陌l(fā)光增益。硅光子全部能利用（硅和鍺等）IV族材料實(shí)現(xiàn)”。

　　日立制作所和東京大學(xué)荒川研究室也實(shí)現(xiàn)了鍺發(fā)光。日立制作所到2年前為止一直在進(jìn)行通過量子效果使硅發(fā)光的研究，之后開始研究鍺。同樣是利用高濃度的n型摻雜鍺，在此基礎(chǔ)上通過SiN對鍺施加應(yīng)變，并已確認(rèn)這種方法可以提高發(fā)光強(qiáng)度。