光回路大規模化へ

2026/07/23

光回路大規模化へ窒化シリコンで低消費電力

産総研では、将来の産業ニーズを見据えた目的基礎研究を通じて、革新的な技術シーズの創出に挑戦しています。
こうした最先端の成果を、日刊工業新聞で連載しています。産総研マガジンでもご紹介していますので、ぜひご覧ください。
※本記事は、日刊工業新聞社の許諾を得て掲載しています。著作権は日刊工業新聞社に帰属します。

高速・低遅延

　生成AI（人工知能）の急速な普及に伴い、データセンターによる消費電力の増大が世界的な問題となっている。その解決策として、電子回路の一部を光回路に置き換える「シリコンフォトニクス」が有望である。

　光回路は高速・低遅延という特長を持つ。しかし、熱光学効果を利用して位相を制御するためにはヒーターへ電力を継続的に供給する必要があり、その消費電力が光回路の大規模化や高密度化を進めるうえで制約となっていた。

低損失な光伝搬

　産業技術総合研究所（産総研）は、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）互換プロセスで形成可能な窒化シリコン（SiN）光回路の研究を進めている。SiNは、可視光から近赤外域までにわたって高い透過率を持っているため、低損失な光伝搬が可能な光導波路の材料として注目されている。また、シリコンと比べ屈折率が低いため、加工ばらつきへの許容度が高く、光ファイバーとの接続損失を低減しやすい。

　これまでに、超低損失なSiN-Si光結合構造、および量子・センシング用途を見据えた可視光に対応したSiN光回路などを開発してきた。さらに近年、SiN内部に存在するダングリングボンド（未結合手）に着目し、紫外線照射と熱処理によって材料中の荷電状態を制御することで、光の屈折率を可逆的かつ不揮発に変化できることを見いだした。この技術の最大の特長は、従来の熱光学型光回路と異なり、一度設定した状態を電力なしで保持できることである。