次世代光通信に不可欠な動作速度200GHz級の受光素子を開発、受光感度も世界最高：組み込み開発ニュース

NTTは、400Gボー級の次世代光通信に不可欠な、動作速度200GHz級の受光素子を開発した。世界最高レベルの受光感度と85℃で50年の長期信頼性を両立し、超高速通信の実用化に貢献する。

[MONOist]

　NTTは2026年3月12日、信号速度400Gボー級の光通信に必要となる、動作速度200GHz級で実用レベルの信頼性を持つ受光素子を開発したと発表した。高速動作と高い受光感度、長期信頼性を同時に達成するための複数の独自技術を組み合わせている。

今回開発した受光素子技術の利用シーン［クリックで拡大］ 出所：NTT

　受光感度の向上に当たっては、同社の超高速、高感度受光素子技術を進化させ、光学設計とバンド設計の最適化を図り、光を閉じ込める干渉型の垂直入射構造を開発した。これにより、波長1310nm、動作速度200GHz級の受光素子において感度帯域積115GHz・A/Wという世界最高の受光感度を達成した。

　また、素子の故障につながる暗電流の増加を抑えるため、階段状の反転型構造を取り入れ信頼性を高めた。反転型構造は素子の製造プロセスの難易度が高いが、NTTが持つ同構造を用いたアバランシェフォトダイオードの関連技術により開発に成功。初期状態の暗電流をpA（1000分の1nA）オーダーまで低減できた。一般的な受光素子の暗電流nA（10億分の1アンペア）オーダーと比較すると、この結果は世界最小レベルに相当する。

　これらに加え、半導体レンズを裏面に集積し、受光領域を広げて光の位置ずれ許容度を2倍以上改善した。これによりトランシーバーの組み立ての効率化、低コスト化が可能になった。

同技術のポイント［クリックで拡大］ 出所：NTT

（a）既存受光素子との比較、（b）高周波特性と伝送実験のデモンストレーション、（c）長期信頼性の評価結果［クリックで拡大］ 出所：NTT

　開発した素子を、現時点で最高水準となる200Gボーでの伝送実験で評価したところ、受信信号の品質を示すアイダイヤグラムで良好な結果を得た。400Gボー級に十分対応可能なポテンシャルを示している。

　信頼性については、光通信分野の厳しい標準仕様である「Telcordia GR-468-CORE」に準拠した試験を実施した。200℃での2000時間にわたる高温通電試験の結果、極めて高い長期安定性を維持できることが確認された。データセンター向けに求められる使用温度85℃に換算すると、故障推定に用いるアレニウスの式から50年以上の耐久性が導かれた。

　AI（人工知能）の普及や並列処理の増加に伴い、データセンター内の通信トラフィックは急増している。現在毎秒800Gビット級イーサネットの導入が進んでいるが、次世代の規格は毎秒3.2Tビット級となることが見込まれ、それに伴い信号速度も200Gボーから400Gボー級への向上が求められている。しかし、高速信号への対応は受光感度や耐久性の低下を招くことから、高速、高感度で信頼性が高い受光素子が求められていた。

⇒その他の「組み込み開発ニュース」の記事はこちら