シリコンフォトニクスによる光集積回路の開発と低損失接続技術

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本セミナーでは、経済性・超小型・高速伝送・低環境負荷などの利点から注目されているシリコンフォトニクスについて取り上げ、光導波路とファイバ間接続、異種材料集積技術、Siフォトニクスの要素技術を解説いたします。

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プログラム

第1部 シリコンフォトニクスプラットフォームの高速光集積回路の開発状況

(2025年4月11日 10:30〜12:00)

　本講演では、AI情報処理システムのリアルタイム応答性、すなわち低遅延性が求められていることに留意し、データセンタの並列光トランシーバに搭載されるシリコンフォトニクスプラットフォームの光集積回路に関して、どのようにして一層の高速化を実現するのか、という視点から技術の紹介および議論を進める。まず、データセンタにおける高速光集積回路について概観し、高速化に関する展望および制限について議論する。次いで、高速化に向けた光・電子融合技術に着目し、光集積回路 (Photonic Integrated Circuit, PIC) と電子集積回路 (Electronic Integrated Circuit, EIC) との集積技術の現状と展望について議論する。また、光集積回路を構成する要素の高速化に関して、光変調器の高速化に着目した議論を行なう。 　中でも、シリコンフォトニクスプラットフォームの光変調器の高速化という観点に立ち、大規模ファウンドリへの適用が容易と期待されるCMOSベース集積という潮流における光変調器の研究開発の最先端事例を紹介し、議論のまとめを行なう。

  1. データセンタにおける高速光集積回路
    1. 並列光トランシーバ
    2. 高速化の現状と展望
    3. 高速化の制限要因
      1. 電子回路との接続
      2. 光集積回路における制限要因
  2. 高速化に向けた光・電子集積
    1. 2次元集積
    2. 2.5次元集積
    3. 再配置層を介した集積
  3. 光変調器の高速化:制限要因
    1. 光変調器の構成
      1. 光変調器の動作原理
      2. 光変調器の構成
      3. III – V系変調器
    2. 高速化の制限要因
      1. 移動時間
      2. 速度不整合
      3. RC時定数
  4. 光変調器の高速化:CMOSベースの視点から
    1. CMOSベースの高速位相変調部

第2部 光電コパッケージ用シリコンフォトニクス内蔵パッケージ基板の開発

(2025年4月11日 13:00〜14:30)

　データセンターや大規模科学計算、AIシステムにおいて、より大容量、低遅延、低電力な信号伝送技術が求められている。光電コパッケージ技術は、超小型の光トランシーバを半導体パッケージ内部に集積しボトルネックとなっていた電気配線を除去する技術であり、信号伝送の劇的な性能向上につながると期待されている。 　本講座ではそのような光電コパッケージ技術のロードマップや世界的な動向について解説するとともに、弊所で進める次世代の光電コパッケージ技術を紹介する。

  1. 光電コパッケージ技術の概要
    1. 背景
    2. 光電コパッケージのロードマップ
    3. 世界的な光電コパッケージの取り組み例
  2. シリコンフォトニクス内蔵パッケージ基板の開発
    1. シリコンフォトニクス内蔵パッケージ基板の概要
    2. 要素技術
      1. マイクロミラー
      2. シングルモードポリマー導波路
      3. 光IC埋め込み技術
      4. 光コネクタ
      5. 熱解析
    3. 試作と信号伝送評価結果
    4. 今後の課題
  3. まとめ

第3部 ポリマー光導波路の作製とシリコンフォトニクスチップ・ファイバ間接続技術

(2025年4月11日 14:45〜16:15)

　昨今のAI技術の急速な進展を受けて、GPU間ネットワークなどの短距離通信ネットワークに対しての高速化要求が高まっており、光通信技術の導入が検討されている。特にCPU・GPUなどの半導体チップ周りのデータ伝送への光伝送導入にむけて、Co-package Optics技術が期待されている。光集積回路チップをLSIと同一の基板に実装する、このCo-Package技術は、電子回路基板・材料・デバイス・実装技術を大きく変えうる技術として、この数年、様々な革新がもたらされている。 　本講演では、昨今高い注目を集めている光電融合、Co-Package技術のキーデバイスとして期待されるポリマー光導波路について、これまでの開発の歴史から、現状の最先端の開発動向に至るまでを紹介する。特に1) ポリマー光導波路構成材料に対する要求仕様、2) 3次元光回路化が期待される中での最新ポリマー光導波路作製方法、3) 光導波路の特性評価例、などに関する技術的な話題さらには、サプライチェーン動向について解説する。

  1. 技術背景
  2. ポリマー光導波路の構造からみた分類
  3. ポリマー光導波路の作製方法
  4. ポリマー光導波路のための材料と求められる特性
  5. ポリマー光導波路の特性表評価方法と特性例の紹介
  6. ポリマー光導波路の応用 〜モスキート法により作製される導波路を中心として〜
    1. マルチモードポリマー光導波路の応用
    2. シングルモードポリマー光導波路の応用
    3. 3次元光導波路の可能性と期待
  7. 光電融合・Co – package技術応用へ向けたポリマー光導波路への期待

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