OKIが300mmシリコンウエハー向け新技術を開発し光電融合を加速

OKIが新たに開発した300mmシリコンウエハー向け技術とは？

沖電気工業株式会社、通称OKIが光半導体を異種材料集積する新しい技術「CFB」（Crystal Film Bonding）を発表しました。この技術は、これまで難しいとされてきた小径の光半導体ウエハーから300mmのシリコンウエハーへの集積を実現するもので、急速に進化する光電融合技術の発展に大きく寄与することが期待されています。

近年、AI（人工知能）の急激な発展により、データセンターの需要が急増し、その結果として処理能力の拡大や消費電力の抑制が重要な社会的課題となっています。そこで注目されているのが、電子回路と光回路を統合した光電融合技術です。この技術により、高性能でありながら低消費電力のデバイスが実現できます。

特に、シリコンウエハーへの光半導体の異種材料集積は、シリコンフォトニクス技術と光半導体が融合し、さらなる性能向上の可能性を秘めています。しかし、この異種材料の集積にはいくつかの技術的な挑戦が伴います。

たとえば、シリコンフォトニクスは200mmや300mmの大口径シリコンウエハーを使用する一方で、InP（インジウムリン）などの光半導体ウエハーは製造工程の性質から、2インチ（50mm）から4インチ（100mm）の小径化合物半導体ウエハーが主流です。また、シリコン光導波路はナノスケールの精密な表面加工が求められ、異種材料集積時にダメージを与えない工程が必須です。

OKIのCFB技術は、こうした課題に立ち向かいます。この技術により、2インチのInPウエハーから300mmのシリコンウエハーに52回にわたりタイリングすることが可能となり、InP系の結晶薄膜材料を有効に活用できます。このプロセスの利点は、転写後のInPウエハーが再利用できる点であり、環境に優しいリサイクルやリユースの促進にも寄与します。加えて、この技術は±約1µmの位置精度や±約0.005°の角度精度を持ち、OKIの独自技術「立体交差導波路」と併用することで、高効率な光結合が可能です。

実証実験を通じて、OKIは2インチInPウエハーに犠牲層と光半導体として機能するInP系結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、各素子ごとに分離しました。これにより、中間転写基板への一括転写が可能となり、シリコンウエハーをダメージから保護しながら転写が行える環境が整いました。さらに、中間転写基板に高密度ピッチで配置された素子アレイから、必要な低密度ピッチの素子アレイを繰り返し転写することで、資材の無駄をなくす工夫もされています。

この技術による300mmシリコンウエハーへのタイリングは、利用においても非常に効率的で、30mm×30mmのCFBスタンプを用いることで、実際の転写には約10分という短時間で実現されています。また、CFB技術は3インチや4インチのInPウエハー、さらに200mmシリコンウエハーにも応じる柔軟性を備えています。

今後OKIは、このCFB技術をデバイスメーカーとの連携を強化しつつ、早期の実用化を目指していく方針です。2025年には「30th OECC/PSC 2025」や「COMNEXT」で技術説明を行う予定もあり、業界における注目度が高まっていることは間違いありません。