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グループ概要


シリコンフォトニクスグループ

研究目標
高度情報接続社会の基本インフラである情報処理・情報通信システムでは年率30%の成長率で情報流通量が増えていますが、このような爆発的な増大は経済的にも環境負荷的にも既に許容できない状況にあります。そこで本研究グループでは、情報システムインフラ用の光デバイスの劇的な小型化、低消費電力化、経済化を可能とするシリコンフォトニクス技術を確立し、これを産業展開することにより、持続成長可能な高度情報接続社会の実現に寄与することを目標としています。

重点研究
1) 基盤的シリコンフォトニクス技術の研究
加工精度に優れる産総研スーパークリーンルームの300-mmシリコンプロセスラインを用い、光導波路、光スイッチ、波長フィルタ、光変調器(図2)、受光器などのシリコンフォトニクスの基本要素デバイスの開発を進めています。また、標準的な光デバイス・光回路の設計に必要な製造プロセス基本情報をまとめたプロセスデザインキット(PDK)の整備も進めています。

図1 シリコンフォトニクスデバイス基本要素の例


2) 高機能シリコンフォトニクス技術の研究
上記の基盤的シリコンフォトニクス技術に加え、窒化シリコン導波路集積技術、異種材料基板集積技術、光電子融合集積技術などの革新的デバイス集積技術を開発し、低損失光ファイバ結合、高効率光変調器、偏波無依存化大規模集積光スイッチ、オンチップ光源などの高性能かつ高機能な光デバイスの研究開発を進めています。さらに、シリコンフォトニクス技術の幅広い応用展開にむけて、光集積回路を用いた超低遅延光演算回路、機械学習による光回路制御、超小型光計測、光センシングなどの研究も進めています。


3) シリコンフォトニクス製造エコシステムの構築
シリコンフォトニクス技術を幅広く社会に提供する汎用ファンドリの実現に向けて、産官学と密に連携したシリコンフォトニクスコンソーシアムを設立し、ファンドリ運用体制の構築を進めています。さらに、相乗りシャトル試作を実施するとともに、周辺技術として大規模光回路の実装技術、評価技術、統合設計環境などの開発を行い、開発技術の産業展開体制の構築を進めています。相乗りシャトル試作のイメージを図3に示します。

図2 マッハツェンダ(MZ)干渉計型高速光変調器



図3 シリコンフォトニクスコンソーシアムで実施している相乗りシャトル試作トライアル


保有技術
・フォトニックデバイス設計・評価技術
・フォトニクス・エレクトロニクス融合デバイス設計技術
・シリコンフォトニクスデバイス製造プロセス設計技術
・窒化シリコン導波路形成技術
・異種材料基板集積技術

「VICTORIESオープンイノベーションハブ」として、総合的なシリコンフォトニク技術を提供しています。 加工精度や量産性に優れる300mmウエハ試作ラインを用いた様々なシリコンフォトニクスデバイスのの設計・製作、および評価に関する支援をいたします。
本件連絡先:

主要特許・論文
・G. Cong, N. Yamamoto, T. Inoue, M. Okano, Y. Maegami, M. Ohno and K. Yamada, “Arbitrary reconfiguration of universal silicon photonic circuits by bacteria foraging algorithm to achieve reconfigurable photonic digital-to-analog conversion,” Optics Express vol. 27(18), pp.24914-24922 (2019).
・K. Suzuki et al., “Nonduplicate Polarization-Diversity 32x32 Silicon Photonics Switch Based on a SiN/Si Double-Layer Platform,” to be published in IEEE Journal of Lightwave Technology.
・K. Suzuki et al., “Low-loss Low-Crosstalk, and Large-Scale Optical Switch Based on Silicon Photonics,” to be published in IEEE Journal of Lightwave Technology.
・G. Cong, M. Okano, Y. Maegami, M. Ohno and K. Yamada, “Interferometric autocorrelation of ultrafast optical pulses in silicon sub-micrometer p-i-n waveguides,” Optics Express vol. 26(12), pp.15090-15100 (2018).
・G. Cong, M. Ohno, Y. Maegami, M. Okano, and K. Yamada, “Silicon traveling-wave Mach–Zehnder modulator under distributed-bias driving,” Optics Letters, Vol. 43 No. 3, pp.403-406 (2018).
・Y. Maegami, G. Cong, M. Ohno, M. Okano, K. Itoh, N. Nishiyama, S. Araim and K. Yamada, “High-efficiency strip-loaded waveguide based silicon Mach-Zehnder modulator with vertical p-n junction phase shifter,” OPTICS EXPRESS, Vol. 25 No. 25, pp.31407-31416 (2017).
・C. Cong, M. Ohno, Y. Maegami, M. Okano, and K. Yamada, “Optical autocorrelation performance of silicon wire p-i-n waveguides utilizing the enhanced two-photon absorption,” OPTICS EXPRESS, Vol. 24 No. 26, pp.29452-29458 (2016).
・Y. Maegami, G Cong, M. Ohno, M. Okano, and K. Yamada, “Strip-loaded waveguide-based optical phase shifter for high-efficiency silicon optical modulators,” Photonics Research, Vol. 4 No. 6, pp. 222-226 (2016).
・Y. Maegami, R. Takei, C. Cong, M. Ohno, M. Okano, T. Horikawa, K. Yamada and T. Kamei, “Hydrogenated amorphous silicon waveguide with vertical pin structure for infrared detection,” Electronics Letters, Vol. 53 No.20 pp.1705-1707 (2016).
・Y. Maegami, M. Okano, G. Cong, M. Ohno, K. Yamada, “Completely CMOS compatible SiN-waveguide-based fiber coupling structure for Si wire waveguides,” OPTICS EXPRESS, Vol. 24 No. 15, pp.16856-16865 (2016).
・Y. Maegami, R. Takei, E. Omoda, T. Amano, M. Okano, M. Mori, T. Kamei, and Y. Sakakibara, “Spot-size converter with a SiO2 spacer layer between tapered Si and SiON waveguides for fiber-to-chip coupling,” OPTICS EXPRESS, Vol. 23 No. 16, pp.21287-21295 (2015).
・G.W. Cong, T. Matsukawa, T. Chiba, H. Tadokoro, M. Yanagihara, M. Ohno, H. Kawashima, H. Kuwatsuka, Y. Igarashi, M. Masahara, and H. Ishikawa, "Large current MOSFET on photonic silicon-oninsulator wafers and its monolithic integration with a thermo optic 2 × 2 Mach Zehnder switch", OPTICS EXPRESS, Vol. 21 No. 6, pp.6889-6894 (2013).