上海交大但亚平课题组最新研究成果在《物理评论快报》发表

近日，上海交通大学密西根学院教师但亚平课题组在国际顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表其最新研究成果“Analytical impact excitation of Er/O/B co-doped Si light emitting diodes”（掺Er/O/B单晶硅发光二极管的碰撞激发数学解析理论研究），论文揭示了杂质在半导体中的碰撞激发原理，建立了硅中铒离子发光内量子效率的解析表达式，为硅基发光二极管器件性能设计提供了理论依据。但亚平为论文的通讯作者，博士生王晓明为论文第一作者，研究工作参与人包括上海光机所何佳晶副研究员、溥渊未来技术学院鲍华教授以及博士研究生王奥和盛宇飞、中科院技术物理所胡伟达教授及博后张坤、浙江大学金潮源教授等。

碰撞激发原理和掺铒PN结二极管反偏发光的近红外照片（右下角）

计算机芯片构建在硅晶圆上，因此现有的大部分芯片技术都是为硅基器件而开发。然而，由于电子速度相对较低，现有电子芯片技术信号处理速度已接近极限。光传输速度比任何粒子（包括电子）都要更快，利用光来传输和处理信号会大幅提高芯片的速度。因此，利用现有芯片技术开发硅基光电器件（特别是硅基发光二极管），构建光电混合集成芯片，是未来先进芯片技术的必然选择。但是，硅是一种效率极低的发光材料，开发高效的硅发光二极管是过去几十年人们一直面临重大挑战。由于铒离子能发射通讯波段光子，由此构建的光电芯片可以与现有光纤通讯网络互联，因此在硅中掺杂铒离子是一种极具前景的实现硅基发光器件的方法。一般而言，二极管在正向偏置条件下发光效率高（如LED照明灯）。但掺铒的硅基二极管正偏发光效率却很低，反偏发光效率相对较高（仍不足以达到商业应用的要求）。过去几十年，人们对这一现象背后的原理一直不清楚，这种状态不利于进一步提高这种器件的发光效率，进而发展光电混合集成芯片技术。在最新一期《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，但亚平课题组提出了一种新型掺铒硅碰撞发光理论，该理论揭示了掺铒的硅基发光二极管在反偏条件下的器件物理原理。但亚平教授表示：“令人兴奋的是这一理论可以指导我们开发更高效的硅基通讯波段光源，甚至是用于量子芯片的单光子源。”