材料科学：六方晶のGeとSiGe合金からの直接バンドギャップ発光

通常の立方晶（ダイヤモンド）格子構造に結晶化したシリコンは、半世紀以上にわたってエレクトロニクス産業を支配してきた。しかし、立方晶のシリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）、SiGe合金は全て、間接バンドギャップ半導体であり、効率よく発光できない。IV族材料を効率よく発光させるというシリコン技術の目標は、数十年にわたって実現が困難であった。今回我々は、直接バンドギャップの六方晶Geと六方晶SiGe合金からの効率の良い発光を実証する。我々は、温度の影響を受けないサブナノ秒の放射再結合寿命を測定し、直接バンドギャップのIII–V族半導体と同様の発光収率を観測した。さらに我々は、六方晶SiGe合金の組成を制御することで、直接バンドギャップを保ちながら、発光波長を幅広い範囲にわたって連続的に調整できることを実証する。今回の実験的知見は、ab initio理論と定量的に非常によく一致する。六方晶SiGeは、電子機能と光電機能を単一チップ上に集積する理想的な材料系を具体化して、集積デバイスの概念と情報処理技術への道を開くものである。

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