超高速・超大容量情報処理を実現する光電子集積三次元LSIの研究

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本研究では光デバイスと電子デバイスが集積されたLarge Scale Integrated circuits (LSI)を積層し、光電子集積三次元LSIを実現することで、需要が伸び続けるスーパーコンピュータやデータセンター用サーバーを高性能化、低電力化することを目的としている。このためには、電気-光信号変換デバイスである光変調器の小型・低消費電力化が必要である。そこで今年度は、光変調器を小型・低消費電力化する技術として研究代表者が提案したNRR光変調器(Nonreciprocal Resonator based optical modulator)の研究を行った。現在、マイクロリング光変調器が超小型・低消費電力光変調器として注目されている。しかし、従来のマイクロリング光変調器は共振波長変調型のデバイスであるため、厳密な共振波長制御が必要となり実用化が困難であった。これに対しNRR光変調器は、世界初の光強度変調型のマイクロリング光変調器である。このため、小型・低消費電力という特性を持つと同時に共振波長制御が必要ないという特長も持ち、実用的なマイクロリング光変調器として非常に有望である。今年度はNRR光変調器の設計指針を作成するとともに最適化を行った。その結果、当該デバイスの有用かつ汎用的な設計指針を示せたとともに、直径5μm程度の小型光変調器で消光比10dB程度を達成できることがわかった。また、消費電力を算出した結果、35.9fJ/bitと非常に低電力な光変調を実現できることもわかった。これらの値は既存の小型・低消費電力マイクロリング光変調器と同等である。このように、NRR光変調器は実用的であるとともに十分に小型・低消費電力化することが可能であることを定量的に明らかにできた。NRR光変調器は、高性能かつ低電力なスーパーコンピュータ、データセンター用サーバーを実現するキーデバイスとなりえる。