産総研，シリコンフォトニクスの配線実装技術を開発

産業技術総合研究所（産総研）は，従来難しいとされてきた，シリコン光集積回路への光ファイバーや光部品の表面実装を容易にする光結合技術を開発した（ニュースリリース）。

高密度集積回路（LSI）の発達により中央演算処理装置（CPU）チップとメモリーチップ間の電気配線による大容量信号伝送などが限界を迎えつつあり，それを打破するために光通信による新たなチップ間信号伝送技術「光インターコネクション」の開発が期待されている。

光インターコネクションの技術ニーズに対応する，シリコン材料を光学材料として利用するシリコンフォトニクスは，シリコンLSIで培われてきた大量生産可能な微細加工技術を利用できる上にシリコン半導体電子回路との融合集積も可能なため，有力な候補技術として研究開発が活発化している。

しかし光インターコネクションの実用化には，光ファイバーなどの外部光部品とシリコンフォトニクスデバイスのシリコン光配線を高効率に結合する技術が必須であり，そのような結合技術，特に実装コストの低減，ウェハ段階で検査可能という利点を持つ表面結合技術の開発が求められている。

表面光結合には，シリコン光配線の先端部を表面方向に立体的に湾曲させるものがある。もう1つの表面結合技術である回折格子構造の欠点である波長依存性や偏光依存性の克服が期待できる。

今回，シリコン光配線の立体湾曲加工を試みた。まずシリコン光配線の先端部の周囲の石英ガラスクラッド材料を除去してシリコン材料を露出させた片持ち梁（はり）構造を形成した。次にこの構造にイオン注入を行ない立体湾曲加工した。

イオンの種類，加速エネルギー，注入量で曲げ加工量を制御できるが，今回は従来に比べて注入量を大きくして曲げ半径約3μmという小型構造を実現した。その後，さらに石英ガラスクラッド材料をこの構造の上に製膜して立体湾曲光結合器を完成させた。

シリコン光回路の入出力端にこの立体湾曲光結合器を形成したテストチップを試作し，表面垂直方向から接近させた光ファイバーと光結合させて性能を評価した。その結果，光結合損失値が最小で約2dBという高効率の光結合が，1535nmから1610nmの広い波長領域でほぼフラットな波長特性で得られることを確認した。さらに入射角度依存性と偏光依存性も小さいことが確認できた。

今回開発した技術は，ウェハ段階での検査用途に直ちに応用可能な特性を持っている。特に波長依存性，偏光依存性，入射角度依存性が小さいという特性は，検査技術の機構的許容度を大幅に増すので，検査用途から実用化を目指す。また，各種光部品の表面実装のための要素技術の開発も順次進めていくとしている。

今回の研究開発は小片試料による実験室レベルでの原理実証であり，開発技術の実用化への橋渡しを行なうためには半導体工場と互換性のある大口径ウェハでのプロセス検証実証が不可欠となる。今後，産総研等が運営する300mmウェハ研究開発ライン等を用いたプロセス検証実証を行ない，技術移転や共同研究を図っていくとしている。