【ポイント】

・近〜中波赤外域で高い透過性と導電性を両立する電極と、赤外線を効率よく吸収する半導体材料を組み合わせることで、これまで室温では困難だった3μm（マイクロメートル）帯までの赤外光を検出可能な小型センサーを試作した。
・Ge（ゲルマニウム）基板上に、Sn固溶限界を超える13.6%のSnを含有した高品質p型GeSn層の結晶成長に成功し、波長3μm帯の感度を実現した。
・本小型センサー（フォトダイオード）は、一つの素子で通信波長（1.55μm付近）から3μm付近までの赤外光を検出でき、ガス検知だけでなく、環境モニタリング、ヘルスケア（呼気分析）、食品・医薬品の品質管理、産業プロセス監視、赤外イメージング、さらにはセキュリティ用分光センシングなど、幅広い用途への展開が期待できる。

名古屋大学大学院工学研究科の中塚 理 教授、柴山 茂久 助教らの研究グループと日本電気株式会社（NEC）の田中 朋 博士らは、産業技術総合研究所(産総研）・先端半導体研究センターの前田 辰郎 博士、Rahmat Hadi Saputro（ラハマト ハディ サプトロ）博士らとの共同研究で、Si集積回路プロセス技術と相性の良いゲルマニウム錫（GeSn）^注1）/ゲルマニウム（Ge）接合赤外センサーを新たに開発しました。
近〜中波赤外域で高い透過性と導電性を両立するiTCO（infrared-transparent conductive oxide）電極と赤外光を効率よく吸収するGeSn材料を組み合わせることで、室温で3μm帯までの赤外光を検出可能な小型センサーを試作しました。名古屋大学で開発した低温MBE法^注2）により、Ge基板上にSnの平衡固溶限界を超える13.6%の高Sn組成p型GeSn混晶層の高品質なエピタキシャル成長に成功し、3μm帯の感度を持つ狭ギャップ半導体薄膜を実現しました。産総研で試作、検証したiTCO/p型GeSn/n型Geフォトダイオードの特性評価からは、一つの素子で通信波長（1.55μm付近）から3μm付近までをカバーできることが実証されました。
本研究で開発された半導体材料や素子構造の活用によって、ガス検知だけでなく、環境モニタリング、ヘルスケア（呼気分析）、食品・医薬品の品質管理、産業プロセス監視、赤外イメージング、さらにはセキュリティ用分光センシングなど、幅広い用途への展開が期待できます。
本研究成果は、2026年5月20日（現地時間）に国際会議Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)において講演発表されます。

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【用語説明】

注１)ゲルマニウム錫（GeSn）混晶：
GeとSnが混ざりあった結晶。通常、常温・常圧でSi、Ge、SiGe混晶などと同様のダイヤモンド型の結晶構造を取る。Geよりも狭いバンドギャップ、10%程度以上のSn組成で直接遷移化する特徴を持ち、近年、赤外線受発光デバイスをはじめ、様々な電子デバイスへの応用が期待されて、世界中で研究開発が進められている。
注２）低温MBE法：
MBE（Molecular Beam Epitaxy、分子線エピタキシー）法とは、超高真空中における加熱融解、昇華によって生じる原料分子（原子）ビームを、加熱した試料基板表面に付着させ、基板表面の結晶構造を引き継いだ結晶成長（エピタキシャル成長と呼ぶ）を促し、薄膜を形成する方法。今回、基板温度を低温化することで、Sn析出を抑制したGeSn混晶層のエピタキシャル成長を実現した。

【会議情報】

会議・イベント名：Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
https://cleoconference.org/
会期：2026年5月17日～5月21日
開催地：米国ノースカロライナ州Charlotte
発表タイトル：Epitaxially Grown GeSn on Ge with Infrared-Transparent Conductive Oxide for Mid-Wave Infrared Photodetectors
発表者名：Rahmat Hadi Saputro, Tomo Tanaka, Hiroyuki Ishii, Shota Torimoto, Kaito Shibata, Yoshiki Kato, Shigehisa Shibayama, Masashi Kurosawa, Osamu Nakatsuka, and Tatsuro Maeda
発表日：2026年5月20日
予稿集：有（公開日：2026年5月17日）
※下線は名古屋大学教員（柴山、黒澤、中塚）、および大学院生（鳥本、柴田、加藤。一部は当時）。

【研究代表者】

大学院工学研究科 中塚 理 教授
https://alice.xtal.nagoya-u.ac.jp/nanoeledev/