十年來，研究人員一直試圖製造出一種有效的矽LED，這種LED可以與其晶片一起製造。在設備層面上，這種探索對於我們的行動裝置上沒有的所有應用程式都很重要，這些應用程式將依賴廉價且易於製造的紅外線光源。
矽LED專門用於紅外光，使其適用於自動對焦相機或測量距離的能力 -- 大多數手機現在都有的功能。但實際上沒有電子產品使用矽發光二極體，而是要選擇更昂貴的材料，必須單獨製造。
然而，這種難以捉摸的發光矽基二極體的前景可能正在發生改變。麻省理工學院的研究人員在博士生Jin Xue的帶領下，設計了一種帶有矽LED的功能性CMOS晶片，由新加坡GlobalFoundries公司製造。他們在最近的IEEE International Electron Devices（IEDM）大會上介紹了他們的工作。
坦率地說，迄今為止的主要問題是，矽並不是一種很好的LED材料。
LED由一個n型區域組成，該區域富含激發的自由電子，與一個p型區域連接，該區域包含正電荷的「空穴」供這些電子填充。當電子進入這些空穴時，它們會降低能級，釋放出能量的差異。像氮化鎵或砷化鎵這樣的標準LED材料是直接帶隙材料，其電子是強大的光發射體，其導帶最小值和價帶最大值具有同一電子動量，導帶底的電子與價帶頂的空穴可以通過輻射複合而發光，複合機率大，發光效率高。
然而，矽是一種間接帶隙半導體材料，其導帶最小值和價帶最大值的動量值不同。因此，矽材料中的電子傾向於將能量轉化為熱，而不是光，使得矽基LED的能量轉換速度和效率均低於其同類產品。
因此，只有突破能隙問題，矽基LED才有可能真正投入使用。
針對能隙問題，目前的解決方案主要有兩種，一種是製造矽鍺合金，另一種是採用正偏/反偏方法。
第一種方法即製造矽鍺合金。通過改變矽晶格的形狀，使其從立方結構變為六方結構，再將矽鍺兩種材料按一定比例組合起來，可以得到直接帶隙的合金。
今年早些時候，荷蘭埃因霍芬理工大學Erik Bakkers領導的研究團隊採用VLS生長納米矽線成功製備出一種新型矽鍺合金髮光材料，並研製出一款能夠集成到現有晶片中的矽基雷射器。該團隊表示，這款小小的雷射器或許能在未來大幅降低數據傳輸的成本，並提高效率。
這不乏是一種好方法，不過製備六方結構矽材料並非易事，其晶像也難以控制。
第二種方法即正偏/反偏方法。其中反偏技術至今已有50餘年的歷史。
什麼是反偏呢？其全稱是反向偏置，這樣一來，電子無法立馬和空穴複合，當電場達到臨界強度後，電子加速運動，電流倍增，形成「電雪崩」。LED可以利用「雪崩」的能量發出明亮的光。不過反偏所需電壓通常比標準電壓高出好幾倍。
與反偏相對的便是正偏。在正向偏置模式下，電子可以盡情湧流。21世紀以來，一些研究人員也對正偏技術進行了完善，讓矽基LED能在1伏特電壓下發光。儘管所需電壓已經達到常規CMOS晶片中電晶體的水平，但這種矽基LED的亮度尚不能滿足日常所需。
麻省理工學院的研究人員之一Rajeev Ram說：「我們基本上是在壓制所有的競爭過程，使之可行。」Ram說他們的設計比以前的正向偏壓矽LED亮度高10倍。這還不足以在智慧型手機上推廣，但Ram相信未來還會有更多進步。
美國國家標準與技術研究所（U.S. National Institute of Standards and Technology，NIST）的研究員Sonia Buckley不是麻省理工學院GlobalFoundries研究小組的成員，她說這些LED優先考慮功率而不是效率。她說：「如果你有一些應用程式可以忍受低效率和高功率驅動你的光源，那麼這比現在的LED要容易得多，而且很可能要便宜得多，因為LED沒有與晶片集成。」
Ram認為，矽基LED的特性非常符合近程傳感的需求，並透露團隊將針對智慧型手機平臺研發一個用於近距離測距的全矽基LED系統。他說道：「這可能是該技術近期的應用方向之一，通過這個項目，我們和格羅方德的合作關係也會得以深化。」