最近，由臺灣大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)系的陳敏璋教授與楊哲人教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，利用n型氧化鋅/二氧化硅-硅奈米微晶-二氧化硅/p型硅基板（n-ZnO/SiO2-Si nanocrystal-SiO2/p-Si）之異質(zhì)結(jié)構(gòu)，成功制作出高效率硅發(fā)光二極管，為非直接能帶半導(dǎo)體在光電上的應(yīng)用開啟了新契機。

　　臺大團隊先利用低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD）在p型硅基板上成長硅奈米微晶，然后以熱氧化法（thermal oxidation）將微晶嵌埋在二氧化硅層中。接著再利用原子層沉積術(shù)（Atomic Layer Deposition,ALD）制作高質(zhì)量的n型ZnO薄膜，做為透明導(dǎo)電層、電子注入層以及可提高光萃取率的抗反射層。ALD為先進的奈米薄膜沉積技術(shù)，能以原子級精準(zhǔn)度控制形成薄膜的厚度及成份，還具備高均勻度、低缺陷密度、可大面積批次量產(chǎn)，以及沈積溫度較低等優(yōu)點。

　　電子顯微鏡照片清楚顯示，直徑約24 nm的硅奈米微晶嵌埋在厚度約9.2 nm的二氧化硅層中。電子與電洞分別由n型ZnO薄膜與p型硅基板，穿隧（tunneling）通過二氧化硅層進入硅奈米微晶。由于電子電洞對被局限在狹小的微晶內(nèi)，二氧化硅對微晶表面缺陷又有修補作用，因此電子電洞對產(chǎn)生發(fā)光結(jié)合（radiative recombination）的機率大增，再加上透明ZnO薄膜的抗反射效果，因而大幅提升硅發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

　　上述組件的室溫發(fā)光頻譜峰值在波長1140 nm處，能量十分接近硅的能隙，對應(yīng)到聲子輔助非直接載子結(jié)合（phonon-assisted indirect carrier recombination）的物理機制。研究人員也測量了注入不同直流電流時的發(fā)光功率。此組件在室溫下的外部量子效率高達4.3×10-4,是以塊材硅為基板時的100倍，內(nèi)部量子效率推測約為10-3,突破了非直接能帶半導(dǎo)體的限制。

　　值得一提的是，此組件的制程和結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行超大規(guī)模集成電路的技術(shù)完全兼容，可直接整合在目前的集成電路當(dāng)中。此研究成果可望應(yīng)用在集成電路中的光學(xué)連接（optical interconnection）以及積體光路（photonic integrated circuits）所需的高效能硅發(fā)光二極管。