革新的なシリコン光検出器（Si光検出器）

革命的なシリコン光検出器（Si光検出器）

革新的なオールシリコン光検出器（Si光検出器）は、従来の

人工知能モデルとディープニューラルネットワークの複雑さが増すにつれて、コンピューティングクラスターは、プロセッサ、メモリ、コンピューティングノード間のネットワーク通信に対する要求を高めています。しかし、従来の電気接続に基づくオンチップおよびインターチップネットワークは、帯域幅、レイテンシ、および消費電力の増大する需要を満たすことができませんでした。このボトルネックを解決するために、長い伝送距離、高速、高いエネルギー効率の利点を持つ光相互接続技術が、徐々に将来の開発の希望になっています。その中でも、CMOSプロセスに基づくシリコンフォトニック技術は、高い集積度、低コスト、および処理精度により大きな可能性を示しています。ただし、高性能光検出器の実現には依然として多くの課題があります。通常、光検出器は、検出性能を向上させるために、ゲルマニウム（Ge）などの狭いバンドギャップを持つ材料を統合する必要がありますが、これはまた、より複雑な製造プロセス、より高いコスト、および不安定な歩留まりにつながります。研究チームが開発したオールシリコン光検出器は、革新的なデュアルマイクロリング共振器設計により、ゲルマニウムを使用せずにチャネルあたり160Gb/sのデータ伝送速度と、総伝送帯域幅1.28Tb/sを達成しました。

最近、米国の共同研究チームが革新的な研究を発表し、オールシリコンのアバランシェフォトダイオード（APD光検出器）チップです。このチップは超高速かつ低コストの光電インターフェース機能を備えており、将来の光ネットワークにおいて毎秒3.2テラビット以上のデータ転送を実現することが期待されています。

技術的ブレークスルー：二重マイクロリング共振器の設計

従来の光検出器は、帯域幅と応答性の間に矛盾が生じることがよくあります。研究チームは、二重マイクロリング共振器設計を用いることでこの矛盾を軽減し、チャネル間のクロストークを効果的に抑制することに成功しました。実験結果から、全シリコン光検出器A応答は0.4 A/W、暗電流は1 nAと低く、帯域幅は40 GHzと広く、電気クロストークは-50 dB未満と極めて低い。この性能は、現在市販されているシリコンゲルマニウムやIII-V族材料を用いた光検出器に匹敵する。

未来を見据えて：光ネットワークにおけるイノベーションへの道

全シリコン光検出器の開発成功は、従来のソリューションを技術的に凌駕するだけでなく、約40％のコスト削減も達成し、将来の高速・低コスト光ネットワークの実現への道を切り開きました。この技術は既存のCMOSプロセスと完全に互換性があり、歩留まりと歩留まりが極めて高く、将来的にはシリコンフォトニクス技術分野の標準部品になると期待されています。今後、研究チームは設計の最適化を継続し、ドーピング濃度の低減や注入条件の改善により、光検出器の吸収率と帯域幅性能をさらに向上させる予定です。同時に、この全シリコン技術を次世代AIクラスターの光ネットワークに適用し、より高い帯域幅、スケーラビリティ、エネルギー効率を実現する方法についても研究していきます。