그림 (a)에서 보듯이, 이 에너지 차이는 게르마늄을 비효율적인 광 방출기로 만듭니다. 왜냐하면 외부에서 주입된 전자의 대부분이 낮은 에너지 L 전도대 밸리를 차지하기 때문입니다. 방출된 광자의 합성 속도가 낮을 때, L 전도 밸리에 위치한 전자는 포논의 도움으로만 홀과 합성될 수 있지만, 전도대에서 간접적인 L 밸리를 채우면 r 지점에서 직접 합성되는 것을 관찰할 수 있습니다.
반면, r-전도성 계곡에 위치한 전자는 더 높은 복합화 속도로 홀과 복합화될 수 있습니다. 따라서, 게르마늄 직접 또는 유사 직접 밴드갭 물질인 경우, r-조합 밸리에서 캐리어 복합화 속도를 높이고 Ge를 에너지 효율적인 광 방출기로 만듭니다.
게르마늄의 직접 광학적 갭핑은 간접 갭핑보다 5배 더 높은 복사 합성 속도를 가진 매우 빠른 프로세스입니다. 즉, Ge의 직접 갭 방출은 직접 갭 반도체에서만큼 효율적입니다. Ge의 발광은 Ge의 직접 밴드갭 점프를 활용하여 상당히 향상될 수 있습니다.
일반적으로 Ge는 본질적으로 간접 밴드갭 물질에서 직접 밴드갭 물질로 변환할 수 있는데, 이는 위의 그림(b)에 나와 있듯이 인장 변형, r형 도핑 또는 주석이 포함된 Ge 합금을 도입함으로써 가능합니다. 두 방법 모두 단층의 밴드갭을 줄입니다. 즉, 직접 밸리의 밴드갭이 간접 L 밸리보다 더 빠른 속도로 감소하여 Ge의 밴드갭 구조가 변경되고 궁극적으로 Ge가 빛을 흡수하거나 방출할 수 있는 직접 밴드갭 물질로 변환됩니다.
위 그림은 게르마늄 밴드갭 다이어그램을 보여줍니다: (a) 벌크 Ge의 에너지 밴드 엔지니어링, (b) 인장 변형률과 n형 도핑을 사용한 Ge. 인장 변형률은 T와 L 밸리 사이의 에너지 차이를 줄이는 반면, n형 도핑은 남은 에너지 차이를 보상합니다. 변형률은 또한 가볍고 무거운 캐비티 밴드의 분리를 유도하며, 인장 응력이 증가함에 따라 더 큰 광도가 예상됩니다.
게르마늄은 인장 응력과 n형 도핑을 통해 엔지니어링하여 실온에서 더 나은 직접 밴드갭 광전자 방출을 달성할 수 있다는 것이 이론적으로 입증되었습니다. 인장 응력을 통해 잘못된 밴드갭을 엔지니어링하면 발광 다이오드 LED, 레이저 및 광 변조기와 같이 실리콘 기술과 완벽하게 호환되는 새로운 광전자 장치를 개발할 가능성이 열립니다. Ge는 에너지 조정 가능한 광 수확기(예: 광 검출기)에서 고효율 광전자 장치에 이르기까지 다양한 장치에 사용되었습니다.
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