原本不发光的材料发光了
硅光子剩下的最大课题就是发光元件。此前开发的光收发器的发光元件都无法与硅和CMOS兼容，因此要粘贴采用化合物半导体的发光元件。实现与CMOS兼容的发光元件可以说是硅光子技术的“夙愿”。
现在，这个课题也在不断取得突破。此前，由于硅和锗属于能带结构为间接迁移型的半导体，因此一直被认为基本不发光。但在最近一两年，这个“常识”被打破，已经能够看到利用锗和硅实现发光元件的希望(图8)。
图8：CMOS兼容的光源终于要成为现实
本图为可利用最近开发的CMOS兼容技术制作的发光元件。MIT通过注入电流成功使Ge-on-Si元件实现了激光振荡(a)。日立制作所和东京大学荒川研究室也通过电流注入技术成功使Ge-on-Si元件实现了发光(b)。另外，东京大学大津研究室成功使pin型硅元件实现了高效率发光(c)。实现了多种波长的发光。(图(b)由PECST制作，(c)由东京大学大津研究室拍摄)
间接迁移型=根据波数和电子能量分析半导体的能带结构时，价带中能量最大的波数与导带中能量最小的波数各不相同。波数是与动量有关的物理量，因此即使想把导带的电子迁移到价带中，一般来说，不符合动量守恒定律就无法迁移，也就是说无法发光。能发光的能带结构被称为直接迁移型。
打破这个常识的研究单位之一就是美国麻省理工学院(MIT)。MIT于2010年通过光激发使锗发光，2012年通过注入电流，成功使锗实现了激光振荡。
成功的秘诀是对锗进行高浓度n型掺杂，将其能带结构变成直接迁移型。目前的掺杂浓度为4×1019个/cm3，对于半导体来说非常高。在有关锗的研究中，与MIT有交流的东京大学的和田自信地表示，“还差一步，如果能达到1020个/cm3以上的掺杂，就能实现与化合物半导体相当的发光增益。硅光子全部能利用(硅和锗等)IV族材料实现”。
日立制作所和东京大学荒川研究室也实现了锗发光。日立制作所到2年前为止一直在进行通过量子效果使硅发光的研究，之后开始研究锗。同样是利用高浓度的n型掺杂锗，在此基础上通过SiN对锗施加应变，并已确认这种方法可以提高发光强度。
硅发光取得进展
另外，还出现了使硅光子的主角——硅自身发光的例子。东京大学研究生院工学系研究科教授、纳米光子研究中心中心长大津元一的研发小组2011年发现硅可以发光。
据介绍，为硅通电，然后边照射电磁波边进行p型掺杂的话，就会开始受激发射。已确认利用该材料制作的硅LED能够发光注5)。
注5) 发光波长为1.1～1.5μm，能在大带宽内发光。
通过不断优化元件，目前红外光硅LED的外部量子效率超过了10%(图9)。作为才开发2年的发光效率，即使与目前最新型白色LED的 30%左右相比，也已经算十分高了。虽然效率还比较低，但已制作出通过红外光激光振荡的元件，以及可通过红色光、绿色光、蓝色光等发光的硅LED。大津表示，计划使可用于硅光子的红外激光2015年达到10%的效率。
图9：实现与现有LED接近的发光效率
本图为东京大学大津研究室正在开发的硅LED和硅激光元件的发光效率提高情况。红外发光硅LED的外部发光效率超过了10%，正在靠近现有LED的约30%。(图由《日经电子》根据东京大学大津研究室的资料制作)
通过这些技术开发，利用CMOS技术有望使半导体的任意位置成为光源。不仅是光传输，还能为显示器等带来巨大的影响。
