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2016 年度 実施状況報告書

CMOSプロセスを用いた超高速シリコンモノリシック光レシーバの開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K06012
研究機関金沢大学

研究代表者

丸山 武男  金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (60345379)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード超高速光検出器 / 光電子集積回路 / シリコンフォトニクス / 光導波路
研究実績の概要

次世代ネットワーク用超高速・小型光集積回路の開発が急がれている。この課題に対し、申請者は波長0.8um帯を用いるシリコン光電子集積回路を提案する。この波長帯を用いることで、結晶シリコンを光検出器として用いることが可能となり、LSIとの集積が容易になる。本申請では、薄膜シリコン(SOI:Silicon on Insulator)を用いた光検出器をCMOS互換プロセスで作製し、電極パッドサイズおよび電極間隔を最適化することで、動作速度40GHz長、動作電圧2V以下の超高速・低電圧動作実現を目標とする。さらにトランスインピーダンスアンプを集積し、超高速モノリシック光レシーバの開発を目的とする。
(1)CMOS互換プロセスによるSOI-PIN光検出器の設計及び高速動作
電極パッドサイズや電極間隔を最適化し、動作帯域40GHz超で動作可能な光検出器を設計し、試作した。測定結果は帯域周波数13GHz程度であった。動作帯域が制限されいている理由が不明であるため、パッド電極などのサイズを変更し、構造依存性により高速動作を目指す。
(2)光レシーバの試作(波長無依存、偏波合分波)
上記光検出器との集積化に向け、波長無依存合分波器、偏波合分波器の設計をした。波長無依存化は曲線方向性結合器を用いて実現可能であり、またTE/TM合分波器は従来報告されているサイズの半分のサイズで実現可能であることを見出した。今後はこれを作製し評価する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1)CMOS互換プロセスによるSOI-PIN光検出器の設計及び高速動作に関しては、設計指針は完了しシミュレーションでも高速動作の目処はたっている。測定において達成していないが、測定系の改善により目標は達成できる。
(2)光集積回路に関しては、波長無依存や偏波無依存の光集積回路設計を完了しており、今年度作製・測定を実施する。

今後の研究の推進方策

(1)光検出器の高速化は、昨年度製作評価したデバイスを元に再設計する。
(2)導波路に関しては、設計済みであるため作製評価する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Characterizing Silicon Avalanche Photodiode Fabricated by Standard 0.18um CMOS Process for High-Speed Operation2016

    • 著者名/発表者名
      Z. A. F. M. Napiah, R. Gyobu, T. Hishiki, T. Maruyama, and K. Iiyama
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E99.C ページ: 1304-1311

    • DOI

      10.1587/transele.E99.C.1304

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光給電システムの電力効率の高効率化に向けた基礎検討2017

    • 著者名/発表者名
      谷沢元春, 上田将也, 中平英翔, 丸山武男
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] 光給電に向けた光検出器の効率波長依存性の測定2016

    • 著者名/発表者名
      上田将也, 谷沢元春, 中平英翔, 丸山武男
    • 学会等名
      平成28年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山県・富山市)
    • 年月日
      2016-12-10 – 2016-12-10
  • [学会発表] 光給電効率の波長依存性に関する基礎的検討2016

    • 著者名/発表者名
      谷沢元春, 丸山武男
    • 学会等名
      電子情報通信学会 光エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      石垣市商工会館(沖縄県・石垣市)
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-09
  • [学会発表] 光給電の高効率化に向けた基礎的検討2016

    • 著者名/発表者名
      谷沢元春, 上田将也, 丸山武男
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Sub-um Electrode Spacing SOI-PIN Photodiode Fabricated by CMOS Compatible Process2016

    • 著者名/発表者名
      H. Mitsuno, T. Maruyama, K. Iiyama
    • 学会等名
      21st OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2016)
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-07-03 – 2016-07-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 20GHz超応答に向けた波長850nm帯SOI-PIN光検出器の設計と周波数応答の構造依存性2016

    • 著者名/発表者名
      丸山武男, 三津野翔哉, 飯山宏一
    • 学会等名
      電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      アオッサ(福井県・福井市)
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-20

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公開日: 2018-01-16  

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