NEDOら、フォトダイオードの小型高感度を両立：5Gスモールセル基地局装置向け

新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と光電子融合基盤技術研究所（PETRA）および、沖電気工業（OKI）は、1600nm波長帯の光に対して、受光感度21.8A/Wを達成したシリコンベースの「フォトダイオード」を開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

シリコンベースで受光感度21.8A/Wを達成

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と光電子融合基盤技術研究所（PETRA）および、沖電気工業（OKI）は2019年3月、1600nm波長帯の光に対して、受光感度21.8A/Wを達成したシリコンベースの「フォトダイオード」を開発したと発表した。5G（第5世代移動通信）ネットワークのスモールセル基地局装置に搭載される光通信ユニットの用途に向ける。

　開発したフォトダイオードは、シリコンフォトニクス技術を用いたAPD（アバランシェフォトダイオード）である。シリコンフォトニクス技術を用いたAPDは開発されているが、これまで十分な受光感度を実現することはできなかったという。現在は極めて高い受光感度を達成している化合物半導体が一般的に用いられている。しかし、周辺回路との集積化が難しく、コスト高になるという課題もあった。

　そこで今回、1600nm波長帯の光に対して高い受光感度が得られるよう、ゲルマニウム光吸収領域上に電極を持たない構造のフォトダイオードを開発した。この結果、光吸収領域における光損失を低減し、1600nm波長帯の光に対して21.8A/Wという世界最高レベルの受信感度を実現することができたという。しかも、増倍領域をシリコン光導波路の中に設けるシンプルな構造としたことで、安価なCMOSプロセスを用い、大量生産を可能とした。

左は開発したフォトダイオードの上面写真と断面模式図、右は従来構造の断面模式図 出典：NEDO他

　開発したフォトダイオードは、光波長フィルターや光変調器、送信用光源といった素子と組み合わせ、数ミリ角のシリコンチップ上に集積していく計画である。また、分光機能を集積した光学分析チップの受光素子など、センサー応用としても検討していくという。