【ポイント】

・Plateau–Rayleigh不安定性^注1）が関与する、シェル（殻）が先に形成される「shell-first」成長^注2）モデルを提案。
・Ge/SiGe系半導体とワイドバンドギャップ半導体AlN^注3）を組み合わせたコア–シェル結晶^注4）を形成。
・形成されたコア–シェル結晶が通信波長帯E-band（1360～1460 nm）^注5）で発光することを確認。
・次世代の通信波長帯光デバイスへの応用に期待。

ゲルマニウム（Ge）やシリコンゲルマニウム（SiGe）などの半導体材料と、ワイドバンドギャップ半導体であるAlN（窒化アルミニウム）を組み合わせたコア–シェル結晶は、異なる材料の特性を組み合わせることで、新たな光・電子デバイスへの応用が期待されています。一方で、性質の異なる半導体材料から成るコアとシェル（殻）が、どのような過程を経て形成されるのか、その成長機構や光学特性には未解明な点が残されていました。　　
韓国ETRIのChoi Sunghoon 研究員、国民大学校のPark Jun-Seok 教授、同大学博士後期課程のBong Wong Joon 氏、LNBSのLee Jae Hak 教授（研究当時、国立韓国海洋大学校 兼任教授）、LNBSのKim Kyoung Hwa 研究員、国立韓国海洋大学校のAhn Hyung-Soo 教授、同大学博士前期課程のKwon Eunmin 氏、Kim Sohee 氏、Kim Myungjun 氏、Jeong Donghyeon 氏、名古屋大学未来材料・システム研究所の本田 杏奈 特任講師、本田 善央 教授、加藤 剛志 教授らによる日韓国際共同研究グループは、Ge/SiGe系半導体とAlNから成るコア–シェル結晶において、従来の成長過程とは異なり、シェルが先に形成される「shell-first」成長機構を提案しました。この特徴的な成長には、細長い物質がくびれて分離するPlateau–Rayleigh（プラトー　レイリー）不安定性が関係していると考えられます。さらに、形成された（Ge, Si_1-xGe_x）–AlNコア–シェル結晶において、光ファイバー通信に用いられる通信波長帯E-band（1360～1460 nm）での発光を確認しました。
本研究は、Plateau–Rayleigh不安定性が関与する独特な「shell-first」成長モデルを提案するとともに、形成されたコア–シェル結晶が通信波長帯で発光することを示したものです。Ge/SiGe系半導体とAlNを組み合わせたコア–シェル結晶の形成機構や光学特性に関する理解を深めるものであり、今後、通信波長帯で動作する新たな光材料・光デバイスの設計につながることが期待されます。
　本研究成果は、2026年10月8日付米国化学会（ACS）が発行する国際学術誌 『ACS Omega』にオンライン掲載されました。また、本論文は同誌のSupplementary Coverにも選出されました。

◆詳細（プレスリリース本文）はこちら

【用語説明】

注1）Plateau–Rayleigh（プラトー　レイリー）不安定性:
細長い液体などが不安定化し、くびれを生じて複数の液滴へと分かれる現象。水の流れが水滴に分かれる現象などで知られている。
注2）「Shell-first」成長:
通常のコア–シェル構造とは異なり、コア（芯）より先にシェル（殻）が形成される結晶成長過程。
注3）AlN（窒化アルミニウム）:
アルミニウム（Al）と窒素（N）から成る化合物半導体。約6.2 eVの広いバンドギャップを持つワイドバンドギャップ半導体であり、高い絶縁破壊電界や優れた熱伝導性などの特徴から、次世代の高耐圧・高出力パワーデバイスや深紫外発光デバイスなどへの応用が期待されている。
注4）コア–シェル結晶:
中心部のコア（芯）を、異なる材料から成るシェル（殻）が取り囲んだ構造を持つ結晶。本研究では、Ge/SiGeをコア、AlNをシェルとする。
注5）通信波長帯E-band（1360～1460 nm）:
E-band（Extended band）は光ファイバー通信に用いられる波長帯の一つで、約1360～1460 nmの波長範囲を指す。

【論文情報】

雑誌名:ACS Omega
論文タイトル:Plateau–Rayleigh Instability–Driven Shell-First Growth of (Ge, Si_1-xGe_x)–AlN Core–Shell Crystals Exhibiting Telecom E-Band Photoluminescence
（通信波長帯（Eバンド）で発光するGe/SiGe–AlNコアシェル結晶 ― Plateau–Rayleigh不安定性による新しいシェル先行成長）
著者:Sunghoon Choi, Kyoung Hwa Kim, Won Joon Bong, Jun-Seok Park, Eunmin Kwon, Sohee Kim, Myungjun Kim, Donghyeon Jeong, Jae Hak Lee, Takeshi Kato, Yoshio Honda, Anna Honda, Hyung Soo Ahn
DOI:10.1021/acsomega.6c06175

URL:https://doi.org/10.1021/acsomega.6c06175

【研究代表者】

未来材料・システム研究所 本田 杏奈 特任講師
https://www.katolab.nuee.nagoya-u.ac.jp/