東大など、化合物半導体中の電子のみを用いた高効率光変調を実現
発表日:2017年7月25日
化合物半導体中の電子のみを用いた高効率光変調を実現
～省電力シリコン光集積回路への応用に期待～
1.発表者:竹中充（東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻 准教授）
2.発表のポイント:
◆化合物半導体をシリコン光集積回路に貼り合わせることで、世界最高性能の半導体光変調器の開発に成功。
◆化合物半導体中での電子誘起屈折率変化のみを用いて、高効率・低損失光変調を世界で初めて実証。
◆シリコン光集積回路の大幅な省電力化、小型化が可能に。データセンターの高性能化・省電力化だけでなく、大規模集積回路（LSI）に内蔵することで膨大な情報のやりとりが求められる人口知能への応用にも期待。
3.発表概要:
東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻（工学部電気電子工学科 兼担）の竹中充准教授らは、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「超消費電力型光エレクトロニクス実装システム開発」プロジェクトの下、技術研究組合光電子融合基盤技術研究所（PETRA）との共同研究により、シリコン（Si）光導波路（注1）上に化合物半導体を貼り合わせることで世界最高性能の半導体光変調器（注2）の実証に成功しました。IoT（注3）や人工知能の出現により膨大な情報を高速かつ低エネルギーで通信するためのシリコン光集積回路の重要性が増しています。しかし電気信号を光信号に変換する効率が悪く、光損失も大きいことが課題となっていました。本研究では、化合物半導体の一種であるリン化インジウム（InP）とヒ化ガリウム（GaAs）を混ぜ合わせた四元混晶であるインジウムガリウムヒ素リン（InGaAsP）中の電子により誘起される屈折率変化のみを用いた光変調に成功しました。
これにより光変調器の効率と損失を大幅に改善することに世界で初めて成功しました。半導体チップ上での光変調技術に全く新しい選択肢を与え、データセンターの高性能・省電力化に加
えて、膨大な情報処理が求められる人工知能の発展に貢献することが期待されます。
本成果は、英国科学雑誌「Nature Photonics」2017年7月24日（月）（英国時間）オンライン版にて公開されます。
本研究は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」プロジェクトから助成を受け実施されました。また日本学術振興会（JSPS）科研費JP26709022からも一部助成を受けています。
4.発表内容:
＜研究の背景・先行研究における問題点＞
IoTの進展や人工知能の登場により、膨大な情報を蓄積、処理するデータセンターや機械学習を実行する人工知能チップの役割がますます重要となっており、膨大な情報を高速かつ省電力にやり取り可能な超小型シリコン光集積回路に注目が集まっています。大規模集積回路（注4）と同様の製造技術を用いるシリコンフォトニクス（注5）の急激な進展により、従来では不可能だった大規模光集積回路が実現しつつあります。しかし、シリコンは電気信号を光信号に変換する効率が悪いことが課題となっています。このため、電気信号を光信号に変換するシリコン光変調器の小型化や省電力化、低損失化が困難であり、この問題の解決が強く求められていました。
※研究内容などリリース詳細は添付の関連資料を参照
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