シリコンフォトニクスとは

しりこんふぉとにくす

シリコンの上に導波路、変調器、受光器などの光回路を集積する技術。CMOSの工場の材料と工程を使い、200 mmや300 mmのウエハで量産できる。シリコンは発光しにくいため、レーザーには化合物半導体を組み合わせる。

「シリコンフォトニクス」は、4分野の7問の練習問題に出てきます(シリコンフォトニクス, 化合物半導体, 半導体物性など)。

シリコン導波路の断面（ストリップとリブ） · 図解集で見る

この用語の分野: シリコンフォトニクス

シリコンフォトニクスの練習問題に挑戦

シリコンフォトニクスで、レーザー光源に化合物半導体を組み合わせる理由として正しいものはどれか。

Aシリコンは光をまったく通さないため
B化合物半導体の方が必ず安いため
Cシリコンは間接遷移型で、効率よく発光できないため

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正解：C. シリコンは間接遷移型で、効率よく発光できないため

シリコンでは光導波路、変調器、ゲルマニウムを使った受光器を、CMOSの工場で高精度・大量につくれますが、間接遷移型のため効率のよい光源にはなりません。そこでInP系などのレーザーを、シリコンのウエハに貼り合わせる(ヘテロジニアス集積)か、別のチップとして組み合わせて光源にしています。AI向けデータセンターの光配線を支える技術として、光電融合の開発が急速に進んでいます。

シリコンフォトニクスで使われるSOIウエハの埋め込み酸化膜(BOX層)の主な役割はどれか。

A通信波長の光を吸収して電流に変える、導波路の下にある受光器の吸収層として働く
B表面のシリコン層に光を発生させるための発光層として働く
C導波路の下側のクラッドとなり、光がシリコン基板へ漏れるのを防ぐ

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正解：C. 導波路の下側のクラッドとなり、光がシリコン基板へ漏れるのを防ぐ

SOI(Silicon on Insulator)ウエハは、シリコン基板の上に埋め込み酸化膜(BOX)、その上に薄い単結晶シリコン層を重ねた構造です。上のシリコン層(厚さ220 nmがよく使われます)を加工して導波路をつくり、屈折率の低いBOXが下側のクラッドになります。BOXが薄すぎると、導波路の外へしみ出した光(エバネッセント光)が屈折率の高いシリコン基板へ漏れてしまうため、2〜3 µm程度の厚いBOXがよく使われます。酸化膜はバンドギャップが大きく、光を吸収したり発光したりはしません。

解説の中の「シリコンフォトニクス」

シリコンフォトニクスでは、SOIウエハの上にリソグラフィとドライエッチングで導波路をつくり、イオン注入で変調器のpn接合を、選択エピタキシャル成長でGeの受光器をつくり、金属配線で電極をつなぎます。
シリコンフォトニクスが、半導体の工場での量産に向いているといわれる主な理由はどれか。
シリコンフォトニクスで光源にInPなどを貼り合わせるのはこのためです。
シリコンのような間接遷移型の半導体で、電子と正孔が再結合して光を出す確率が低い理由として正しいものはどれか。
シリコンフォトニクスでは、受光部にGeを成長させて使います。
光ファイバ通信の1.55 µm帯の光を受けるフォトダイオードに使われる材料として適切なものはどれか。
送信側で合波器、受信側で分波器を使い、シリコンフォトニクスではリング共振器、アレイ導波路回折格子(AWG)、マッハツェンダー型のフィルタなどで実現します。
波長多重(WDM)の説明として正しいものはどれか。

「シリコンフォトニクス」が出てくる問題(7問)

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