東京都市大學（原武藏工業(yè)大學）綜合研究所宣布,，已證實采用硅類半導體制作的元件,，可在室溫（300K）下通過注入電流實現(xiàn)Q值高達1560的發(fā)光。該大學表示,，“這在硅類半導體技術(shù)中屬于全球最高值,，完全可用作LED”。在采用硅類半導體實現(xiàn)光傳輸?shù)?ldquo;硅光子”技術(shù)領域,，開發(fā)進程滯后的發(fā)光元件有可能由此向前邁進了一步,。
　　
　　負責此次開發(fā)的是東京都市大學工學部教授，綜合研究所硅納米科學研究中心主任丸泉琢也的研發(fā)小組,。此次,，該小組在鍺（Ge）半導體的量子點層和硅半導體層構(gòu)成的超晶格中，嵌入采用光子結(jié)晶技術(shù)的共振器,，由此證實了高Q值發(fā)光現(xiàn)象,。
　　
　　此次開發(fā)元件的主要部分尺寸約為30μm見方。具體制作方法是,，在硅上采用分子束外延（MolecularBeamEpitaxy,，MBE）法按照約1010個/cm2的面密度制作直徑78±3nm、高12nm的鍺量子點,，然后,，在其上面層疊硅層。按照這種順序重疊三層鍺量子點層,。此時,，會打多個直徑約為260nm的垂直孔，這些垂直孔會形成光子結(jié)晶,，起到將光線封閉起來的共振器作用,。
　　
　　然后再進行n型和p型摻雜，形成以共振器部分為i層（本征半導體層）的硅類PIN構(gòu)造,，制成元件,。
　　
　　鍺和硅都被稱作“間接躍遷型半導體”，在半導體的能帶結(jié)構(gòu)中,，能量最大的價帶與能量最小的導帶之間的動能并不一致,。因此,，鍺和硅就成了電子和空穴難以再結(jié)合、因而不易發(fā)光的半導體,。
　　
　　而此次的元件之所以能發(fā)光,，是因為以鍺量子點為p型半導體、以硅層為n型半導體,，使空穴和電子能再結(jié)合,。丸泉表示，“這不同于量子點的尺寸效應”,。該元件的發(fā)光波長約為1.4μm,。另外，塊狀鍺的帶隙為0.67eV（對應的發(fā)光波長約為1.9μm）,，硅的帶隙為1.1eV（對應的發(fā)光波長約為1.1μm）,，與此次元件的發(fā)光波長完全不同。東京都市大學介紹：“波長基本上由共振器的尺寸來決定,。”
　　
　　改變電流的流向
　　
　　丸泉的研發(fā)小組此前曾采用由鍺量子點和硅構(gòu)成的超晶格,，于2010年在室溫下確認了基于電流注入的發(fā)光現(xiàn)象。不過,，以前共振器無法按預想動作,，發(fā)光波長范圍太大，只能獲得微弱的發(fā)光,。
　　
　　此次與原來的最大不同是流入元件中的電流流向,，原來的電流流向是垂直貫穿鍺量子點與硅超晶格層，而此次則是電流沿著超晶格層流動,，改變了電極的位置,。這樣一來，共振器可有效發(fā)揮作用,，Q值大幅提高,。
　　
　　另外，此次還優(yōu)化了共振器的設計,，從而提高了面發(fā)光的提取效率,。具體做法是稍微減小了共振器兩端垂直孔的尺寸，將其位置向外側(cè)稍微移動了一些,，由此便可輕松地從表面沿著垂直方向發(fā)出光線,。
　　
　　據(jù)介紹，東京都市大學丸泉研發(fā)小組今后將使發(fā)光波長接近光通信中使用的1.55μm,，同時進一步優(yōu)化元件構(gòu)造，將Q值提高至數(shù)千甚至上萬,，爭取在3～4年內(nèi)實現(xiàn)激光振蕩,。