シリコンフォトニクスの最新動向と光集積回路の作製

第1部 シリコンフォトニクス技術の現状と産業展開にむけたR&Dエコシステム

(2021年12月7日 10:30〜12:00)

　Society 5.0などの概念で代表される来るべき超情報接続社会においては,情報流通量の爆発的な増大が予想されている。そこで近年、光伝送技術を大規模に導入した経済性やエネルギー効率に優れるコンピューティングスシステムの開発が進みつつある。また、ネットワークシステムの経済性やエネルギー効率の向上にむけた光回路の超小型化や光電子回路融合化の技術開発も進みつつある。このような背景のもと、シリコン電子回路の製造技術をベースとした経済性とエネルギー効率に優れた超小型光電子融合集積回路技術であるシリコンフォトニクスの研究開発が世界中で進行中である。 　本稿では、このシリコンフォトニクス技術の開発状況と応用状況について述べるとともに、当該技術の幅広い産業展開を支援する研究開発エコシステムとして、産業技術総合研究所を中心とした産学官連携体制の例を紹介する。

1. 背景
   1. サイバーエコシステム化する社会・コンピューティングとネットワークの爆発成長
   2. フォトニクスによる情報流通ハードウェアの省エネ化と大規模なフォトニクスの導入にむけた課題
2. シリコンフォトニクス ～その特徴と現状～
   1. シリコンフォトニクスの技術的特徴
   2. シリコンフォトニクスの技術開発状況
3. シリコンフォトニクスの産業エコシステム化にむけて
   1. スケーラブル実装技術・光源集積自動化・自動化ウエハーレベル検査・設計自動化
   2. シリコンフォトニクスファブ
   3. 自律的R&Dエコシステム
4. 産業エコシステム構築にむけた産総研シリコンフォトニクス技術
   1. 産総研のシリコンフォトニクス基礎技術
   2. 標準シリコンフォトニクス
   3. 先進シリコンフォトニクス
   4. シリコンフォトニクスエコシステム
• 質疑応答

第2部 シリコンフォトニクス集積波長可変レーザの開発動向

(2021年12月7日 13:00〜14:30)

　Ⅲ – Ⅴ属半導体を用いた従来のモノリシック半導体レーザを開発するためには、大型の製造装置と製造プロセスに関する膨大なノウハウの蓄積が不可欠であった。対してシリコンフォトニクス集積波長可変レーザは、ファウンドリーの利用によってファブレスで種々の機能性レーザを実現する事が可能である。本講演では、シリコンフォトニクス集積波長可変レーザの動作原理、設計手法を解説し、本レーザの大容量通信、自動運転への応用の取り組みについて紹介する。

1. シリコンフォトニクスデバイスへの光源集積
   1. エッジ結合集積
   2. エバネッセント結合集積
   3. シリコン上への化合物半導体の直接成長
2. シリコンフォトニクス集積波長可変レーザ
   1. 動作原理
   2. 狭線幅波長可変レーザ
   3. 広波長可変帯域レーザ
   4. 高速波長切り替えレーザ
   5. 量子ドット2波長レーザ
3. シリコンフォトニクス集積波長可変レーザの応用
   1. デジタルコヒーレント光通信
   2. Radio over Fiber用光源
   3. レーザビームスキャナ
4. まとめ
• 質疑応答

第3部 シリコンフォトニクスを用いた異種材料集積光変調器の開発

(2021年12月7日 14:45〜16:15)

　シリコンフォトニクスは、CMOS技術を用いてシリコン基板上に光集積回路を作製する技術体系である。CMOS技術の微細化の進展に伴い、2010年代に大きく技術が進展した結果、データセンター用光インターコネクション素子として実用化されるなど、今後一層の応用拡大が期待される。電気信号を光信号に変換するシリコン光変調器は光トランシーバーの作製に必須のデバイスである一方、シリコン中の自由キャリア効果を使った光変調器の性能向上は限界を迎えつつある。この課題を解決する手法として、様々な材料を組み合わせた異種材料集積光変調器が活発に研究されている。 　本講演では、シリコン光変調器の現状や課題について述べたのち、異種材料集積技術を用いた様々な光変調器の最新動向について紹介する。

1. シリコンフォトニクス概要
   1. これまでに歴史
   2. シリコン光変調器の課題
   3. 異種材料集積を用いたシリコン光変調器の現状
2. III – V/SiハイブリッドMOS光変調器
   1. キャリア蓄積型
   2. 逆バイアス印加動作
   3. リング共振器型
3. III – V CMOSフォトニクスを用いた光変調器
   1. EA変調器
   2. InP/EOポリマーハイブリッド変調器
   3. グラフェン/InPハイブリッド光変調器
4. Ge CMOSフォトニクスを用いた光変調器
   1. GeOIプラットフォーム概要
   2. キャリア注入型吸収変調器
   3. キャリア注入型位相変調器
5. まとめ
• 質疑応答