ゲルマニウム（Ge）は、シリコンと並ぶ典型的な元素半導体です。
かつては「最初のトランジスタ材料」として半導体時代を切り開き、
近年では「再び注目される素材」として復活の兆しを見せています。

・元素記号：Ge
・原子番号：32
・結晶構造：ダイヤモンド型構造（Siと同じ）
・バンドギャップ：1.1 eV（Siより小さい）
・電子移動度：3900 cm²/V·s（Siの約2.7倍）
・正孔移動度：1900 cm²/V·s（Siの約4倍）

→ 電子も正孔も高速に動けるため、高速デバイスや高感度検出に向く。

・1947年、ベル研究所で世界初のトランジスタがGeで作られた。
・1950年代：ラジオ、増幅器、初期コンピュータで使用。
・しかし、高温で動作が不安定（リーク電流増大）のため、
　→ 1960年代以降、シリコンに主役を譲る。

それでも、ゲルマニウムは「高速応答・低ノイズ」という強みを保持。

・小さなバンドギャップにより、少ないエネルギーで電子が励起。
・高速スイッチング・高感度センサーに向く。
・一方で、温度上昇によりキャリアが過剰発生 → 動作不安定。

→ 低温・高精度用途に最適な特性を持つ。

１．光通信分野
　・Geは赤外線（IR）をよく透過する。
　・InGaAsやSiと組み合わせて、光ファイバー通信用フォトディテクタに使用。

２．赤外線検出・熱画像装置
　・8〜14μmの長波長赤外を吸収できるため、サーモカメラや夜間監視装置に利用。

３．高性能CMOS技術（Si-Ge系）
　・Si基板上にGe層を形成することで電子移動度を向上。
　・通信IC・RFデバイス・CPU高速化に利用。

４．太陽電池（高効率タイプ）
　・多接合型セル（GaInP/GaAs/Geなど）の基板として採用。
　・人工衛星や宇宙用ソーラーセルに利用。

・SiとGeを混ぜることで、両者の長所を活かす。

【特徴】

・高速動作（Ge由来）＋ 安定性（Si由来）

・応力（ストレス）を制御してキャリア移動度を向上

・既存Siプロセスと互換性あり

【応用例】

・高周波通信IC（RF CMOS）

・次世代ロジックデバイス（FinFET、GAAFET）

・センサー素子（赤外・圧力）

→ 「シリコンを強化するためのパートナー素材」として再評価されている。

・高温時のリーク電流増加
・Ge基板が高価で大口径ウェーハが少ない
・酸化膜の質がSiO₂ほど良くない
・プロセスの互換性確保が難しい

→ しかし、これらは「Si上へのエピ成長」や「Ge-on-Insulator」技術で克服しつつある。

・GeSn（ゲルマニウム・スズ）合金：直接遷移型化により光デバイス化。
・Ge量子ドット：赤外線検出・量子情報デバイスに応用。
・光電融合チップ：シリコンフォトニクスとの統合。

→ Geは「高速＋光応答」の両立素材として再注目されている。

・高速通信（6G/7G）時代の低損失・高感度デバイス材料。
・AIチップ内の光伝送・光演算領域での利用可能性。
・宇宙・軍事・医療など、極限環境下での高性能検出素子。

→ Geは「かつての主役」ではなく「次の世代の橋渡し役」。

・ゲルマニウムは高速・高感度・赤外対応に優れる元素半導体。
・かつて主役だったが、シリコンの安定性に押されて一時衰退。
・現在はSi-Geや光応用で再び注目されている。
・「スピードと光」に強い素材として、未来技術に欠かせない存在。

１．ゲルマニウムがシリコンより優れる点は？

２．ゲルマニウムが苦手な点は？

３．現代で注目されているゲルマニウム応用は？

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。