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Enhanced mid-infrared light-matter coupling in heavily-doped p-germanium due to interplay between plasmonic and inter-subband contributions

Subramanian, A. N. und Bin Anooz, S. und Pavlov, Sergey und Richter, K. und Szántó, G. und Sidorova, Mariia und Petrik, P. und Sumathi, R. R. (2026) Enhanced mid-infrared light-matter coupling in heavily-doped p-germanium due to interplay between plasmonic and inter-subband contributions. Communications Materials, 7, Seite 161. Springer Nature. doi: 10.1038/s43246-026-01241-7. ISSN 2662-4443.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s43246-026-01241-7

Kurzfassung

The development of germanium-based mid-infrared (MIR) optoelectronic technologies is central to advancing compact, high-performance on-chip systems. While plasmonic field enhancement in heavily-doped semiconductors is widely exploited to intensify light-matter interactions, yet p-type germanium has been discarded due to its complex valence band structure. Here, we show that heavily-doped p-type germanium exhibits a dual light-matter interaction, where an ε-near-zero band delineates a plasmonic-like regime below the plasma frequency and a broadband absorption (dominated by inter-subband transitions) above it. This duality extends the spectral range of strong interaction beyond conventional Drude plasmonics. Using the Czochralski method, we have grown high-quality heavily-doped germanium single crystals with gallium concentrations up to ~2×10^20/cm^3, exhibiting a high, near 100% acceptor activation. Mid-infrared spectroscopic ellipsometry and reflectance measurements reveal a continuous blue shift of the plasma wavelength with increasing dopant concentration, up to 4.5 μm, the shortest wavelength reported in Ge to date. Our findings manifest the potential of heavily-doped p-type bulk germanium crystals for applications that benefit from strong mid-infrared absorption and high crystal lattice quality.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225355/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Enhanced mid-infrared light-matter coupling in heavily-doped p-germanium due to interplay between plasmonic and inter-subband contributions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Subramanian, A. N.Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bin Anooz, S.Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pavlov, SergeySergeij.Pavlov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, K.Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Szántó, G.Hungarian Research Network, Centre for Energy Research, Institute of Technical Physics and Materials Science, Budapest, HungaryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sidorova, MariiaMariia.Sidorova (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Petrik, P.Department of Electrical Engineering, University of Debrecen, Debrecen, HungaryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sumathi, R. R.Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Communications Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1038/s43246-026-01241-7
Seitenbereich:Seite 161
Verlag:Springer Nature
ISSN:2662-4443
Status:veröffentlicht
Stichwörter:mid-infrared, plasmonic, heavily doped germanium
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HGF - Programmthema:Robotik
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DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Spektroskopie-Verfahren
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Weltraumforschung > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Pavlov, Dr. Sergey
Hinterlegt am:01 Jul 2026 08:30
Letzte Änderung:01 Jul 2026 08:30

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