慶應大,シリコン上・超高速のカーボンナノチューブ発光素子開発に成功

慶應義塾大学理工学部物理情報工学科・准教授の牧英之氏らの研究グループは,カーボンナノチューブ薄膜を用いた発光素子によって,高速変調が可能な超小型発光素子をシリコンチップ上で作製することに成功した(ニュースリリース)。

この素子は,カーボンナノチューブ薄膜を化学気相成長法でシリコンチップ上に成長し,その薄膜に電極を形成するという簡単なプロセスで作製したもので(図左:高速変調カーボンナノチューブ黒体放射発光素子,図右:カーボンナノチューブ発光素子の直流電圧印加時の発光の光学顕微鏡による近赤外カメラ像),作製した素子に電圧を印加することで,ジュール加熱による黒体放射で発光する。

 

今回,ほとんどのカーボンナノチューブが基板に接触した薄い薄膜を用い,発生した熱を速やかに基板に逃がす素子構造を実現することで,従来の金属フィラメントによる電球と比べて100万倍以上高速となる1Gb/sでの高速変調や半値幅140psのパルス光の発生に成功。また,発光機構の理論的な解明も進め,理論的には10Gb/s以上の高速変調が可能であることを示した。

作製した発光素子は,シリコン上での高集積な光源と光インターコネクト,光・電子集積回路の実用化に大きく期待されている。また,白色の超短パルス光を発生させることができるため,スーパーコンティニウム光などに代わるワンチップの白色パルス光源として微小分析装置などへの応用も期待できるとしている。