革新的なシリコンフォトディテクタ（Siフォトディテクタ）

革命家シリコンフォトディテクタ（シリコン光検出器）

革新的なオールシリコン光検出器（Siフォトディテクタ）、従来の

人工知能モデルや深層ニューラルネットワークの複雑化に伴い、コンピューティングクラスタではプロセッサ、メモリ、計算ノード間のネットワーク通信に対する要求が高まっています。しかし、電気接続に基づく従来のオンチップおよびインターチップネットワークでは、帯域幅、レイテンシ、消費電力に対する増大する要求を満たすことができていません。このボトルネックを解決するために、伝送距離が長く、高速で、エネルギー効率が高いという利点を持つ光相互接続技術が、将来の発展への希望になりつつあります。中でも、CMOSプロセスに基づくシリコンフォトニクス技術は、高集積度、低コスト、処理精度により大きな可能性を秘めています。しかし、高性能フォトディテクタの実現には、依然として多くの課題があります。一般的に、フォトディテクタは検出性能を向上させるためにゲルマニウム（Ge）などの狭バンドギャップ材料を統合する必要がありますが、これは製造プロセスの複雑化、コストの上昇、歩留まりの不安定化にもつながります。研究チームが開発したオールシリコン製光検出器は、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、合計1.28Tb/sの伝送帯域幅を実現した。

最近、米国の共同研究チームが革新的な研究を発表し、全シリコンアバランシェフォトダイオードの開発に成功したと発表しました（APD光検出器このチップは、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 Tb を超える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：ダブルマイクロリング共振器設計

従来の光検出器は、帯域幅と応答性の間にしばしば相反する矛盾を抱えている。研究チームは、ダブルマイクロリング共振器設計を使用することでこの矛盾を緩和し、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た。実験結果は、全シリコン製光検出器応答速度は0.4 A/W、暗電流は1 nAと低く、帯域幅は40 GHzと広く、電気的クロストークは-50 dB未満と極めて低い。この性能は、シリコンゲルマニウムやIII-V族半導体を用いた現在の市販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、従来の技術を凌駕するだけでなく、コストを約40%削減することにも成功し、将来の高速・低コスト光ネットワークの実現への道を開きました。この技術は既存のCMOSプロセスと完全に互換性があり、極めて高い歩留まりと効率を実現しており、将来的にシリコンフォトニクス技術分野の標準部品となることが期待されます。今後、研究チームはドーピング濃度を低減し、注入条件を改善することで、光検出器の吸収率と帯域幅性能をさらに向上させるべく、設計の最適化を継続していく予定です。同時に、この全シリコン技術を次世代AIクラスタの光ネットワークに適用し、より高い帯域幅、拡張性、エネルギー効率を実現する方法についても研究を進めていきます。