東大、歪SiGeを用いた低消費電力な光変調器を開発

東京大学は、歪を加えたSiGe(SiGe)を用いて、従来のシリコンよりも効率的に電気信号を光信号に変換できる低消費電力な光変調器を開発したと発表した。

同成果は、同大大学院 工学系研究科 電気系工学専攻の竹中充准教授、高木信一教授らによるもの。住友化学と共同で行われた。詳細は、英国科学雑誌「Scientific Reports」オンライン版に掲載された。

膨大な情報処理や通信が求められるIT機器の消費エネルギーは増加の一途を辿っており、世界的な課題となっている。このため、低消費電力かつ高速な光通信機能を大規模集積回路内に組み込むシリコンフォトニクスの研究が世界的な規模で進められている。しかし、大規模集積回路で使われているシリコンでは十分に高性能な光通信機能を実現することが難しく、新たな方法で、低消費電力かつ小型な光通信機能を大規模集積回路上で実現することが急務となっている。

研究グループは、シリコン基板上に歪SiGe結晶を成長させて、従来のシリコンを用いた光変調器よりも高性能かつ低消費電力な光変調器の開発に成功した。開発の決め手となったのは、SiGeに歪を加えることで、電子や電子が抜けることで、正の電荷をもった正孔により誘起される屈折率や吸収率の変化が大きくなることを実証したことにある。これにより、シリコンよりも効率的に電気信号を光信号に変換することが可能になったという。

歪を加えることによる高性能化が実証されたことで、今後、より大きな歪をSiGeに加えることでさらなる高性能化、低消費電力化、小型化が期待される。今回実現したSiGe光変調器は、既存の大規模集積回路向け半導体工場で容易に作製が可能であり、低消費電力かつ小型な光集積回路を大規模集積回路に内蔵できるようになる。これによりIT機器の省電力化、高性能化だけでなく、将来的には大規模集積回路上の配線を光化した1チップスーパーコンピュータなどの実現に道を拓くものと期待されるとコメントしている。