東京大学准教授の竹中充氏らは住友化学との共同研究により，歪を加えたシリコン・ゲルマニウム（SiGe，歪シリコン・ゲルマニウム）結晶中において，電子や電子が抜けることにより，正の電荷をもった正孔により誘起される屈折率や，吸収率の変化が増大することを世界で初めて実証した。これにより，光ファイバ通信で用いられる近赤外光で動作し，電気信号を光信号に変換できる低消費電力な光変調器の開発に成功した。

ビッグデータの出現による情報量の増大により，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であり、世界的な課題となっています。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み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，低消費電力かつ小型な光通信機能を大規模集積回路上に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シリコン・ゲルマニウム結晶を成長させて，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。

開発に成功した素子は，二酸化ケイ素（SiO₂）上にシリコン層が形成されたSOI（Si on Insulator）基板上に歪シリコン・ゲルマニウム層を成長させた構造。歪シリコン・ゲルマニウムを含む層を凸状に加工することで，歪シリコン・ゲルマニウム層に近赤外光が閉じ込められる光導波路として機能する。

光導波路の幅は600 nmで，強く光を閉じ込めることができる構造。光導波路の両脇部分にP型シリコンとN型シリコンを使ったダイオードが形成されており，このダイオードを通じて光導波路部分に電流を注入することができる。

電流を注入することで，光導波路内に電子や正孔が蓄積されると，光が感じる屈折率や吸収率が変化し，電気信号を光信号に変換することができる。実際に作製した歪シリコン・ゲルマニウム光変調器に電流を注入して，吸収率の変化を測定したところ，既存のシリコン光変調器よりも，同じ電流量でより大きな吸収の変化が得られた。

100倍の吸収変化を得るための電流量は，歪シリコン・ゲルマニウム光変調器において，既存のシリコン光変調器の半分程度だった。歪シリコン・ゲルマニウム光変調器の駆動に必要な電圧も同時に小さくなることから，既存の光変調器と比べて消費電力量を約3分の1にまで削減することに成功した。

今回実現したシリコン・ゲルマニウム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ワンチップスーパーコンピュータなどの実現に道を拓くことが期待される。

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