【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.09】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0010

利用課題名 / Title

マルチコアファイバ用シリコン光カプラ製造技術の開発

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

シリコンフォトニクス,イオン注入,光デバイス/ Optical Device,高周波デバイス/ High frequency device,CVD,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光導波路/ Optical waveguide

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

吉田 知也

所属名 / Affiliation

国立研究開発法人産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-001：エッチングチャンバー
TU-002：有機ドラフトチャンバー
TU-105：中電流イオン注入装置
TU-215：イオンミリング装置
TU-155：SPPテクノロジーズ TEOS PECVD

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

情報通信分野の急速な進展により、大容量データを扱うハイパースケールデータセンターへの依存度がますます高まっている。それに伴い、データ通信の高速化と高効率化を可能にする次世代ネットワーク基盤の整備が急務となっている。こうしたニーズに応える鍵として、微細な半導体加工技術を活かした高密度シリコン光集積回路（Si Photonic Integrated Circuit）が注目を集めている。本研究では、光の入出力における効率の飛躍的向上を目指し、従来困難とされてきた構造を実現する独自の光カプラ「エレファントカプラ」の開発を推進している。このデバイスは、シリコン導波路の端部を三次元的に湾曲させるユニークな構造を採用しており、イオン注入による応力制御技術を応用することで精密な形状形成を可能としている。本年度は、マルチコアファイバと効率的に接続可能なシリコン光カプラの実現を目指し、試作設備に設置された中電流イオン注入装置を用いてデバイス試作に開発に取り組んだ。

実験 / Experimental

エレファントカプラは、光導波路の端部構造に後加工を加えることで、表面からの光結合を可能とする光カプラである。まず、従来通りのプロセスによってシリコン光集積回路を構築する。続いて、導波路の端部を片持ち梁構造とし、この部分に選択的なイオン注入を行う準備を整える。ここでは、タングステン（W）薄膜をマスクとして形成し、照射範囲の精密制御を行う。イオン注入の段階では、注入エネルギーによる深さ、ドーズ量による応力強度、さらに照射角とウェハの回転を組み合わせることで、望ましい湾曲形状を精巧に形成する。まるで金属工芸職人が火と槌で金属を思い通りに成形するような制御が求められる。最終段階として、CVDにより表面にガラスレンズ構造を構築し、完成した光カプラは優れた光結合性能を有する。本年度は、マルチコアファイバと効果的に光を結合できるエレファントカプラの試作を実施し、実用化に向けた第一歩を踏み出した。

結果と考察 / Results and Discussion

マルチコアファイバ用シリコン光カプラの製造技術開発においては、柔軟な試作評価が可能な試作施設内の装置群を最大限に活用することで、効率的な研究を遂行することができた。特に、中電流イオン注入装置によって最適な加工条件の特定に成功し、イオンミリングおよびCVDとの併用により、優れた光学特性を備えた試作デバイスの構築が実現した。これらの成果は、今後の光通信インフラに求められる高密度・高性能な光回路実装技術として大いに期待されるものであり、実用化に向けた足がかりとなると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件