シリコンフォトニクスとは？｜光を”シリコンで作る”次世代技術

• 「シリコンフォトニクス」って光電融合（CPO）と何が違うの？
• シリコンって半導体の材料でしょ？なぜ「光」と関係あるの？
• NVIDIAやTSMCがこぞって取り組む理由がピンとこない
• 技術の名前は聞くけど、仕組みがまったくイメージできない

• シリコンフォトニクスを、専門知識ゼロでも説明できるようになる
• 「なぜ光をシリコンで作るのか」という核心をたとえ話で理解できる
• 光電融合（CPO）との関係（土台と応用）がスッキリ整理できる
• TSMC・NTT・フジクラなど、誰がこの技術を握っているかがわかる

なぜ今「光」が注目されるのか、その全体像を先に知るとこの記事がより深く理解できます。

シリコンフォトニクスとは、半導体の材料であるシリコン（Si）を使って、光を通す道やスイッチ（光の回路）をチップ上に作る技術です。日本語では「シリコン光集積回路」とも呼ばれます。

ポイントは、コンピューターのチップを大量・安価に作ってきた「半導体の製造技術（CMOS）」を、そのまま光の部品作りに流用できること。これまで手作業に近かった高価な光部品を、半導体工場で「刷るように」量産できる可能性が開けます。

この技術こそが、前回解説した光電融合（CPO）を実現する土台です。CPOで「チップの隣に置く光エンジン」も、その中身はシリコンフォトニクスで作られています。NVIDIAの光スイッチも、TSMCのシリコンフォトニクス基盤「COUPE」で製造される見込みです。日本市場は2025年時点で約1.3億ドル規模、今後年率24%超で急成長すると予測されています（出典：市場調査レポート）。

従来のコンピューターは「エレクトロン（電子）」を電気配線に流して情報を運びます。これが「エレクトロニクス」。一方、光の粒である「フォトン（光子）」を使って情報を運ぶのが「フォトニクス」。シリコンフォトニクスは、この2つを同じシリコンチップの上で融合させます。

光部品はこれまで「職人が1個ずつ手作りする高級品」でした。材料は良くても、大量生産できず、高価です。シリコンフォトニクスは、その光部品を「すでに世界中に整った印刷工場（半導体工場）で、ポスターを刷るように大量印刷する」発想です。材料の性能が多少劣っても、「安く・大量に・小さく」作れるメリットが勝るのです。

半導体チップを作るための標準的な製造技術。露光（光で回路を焼き付ける）、エッチング（削る）、成膜（薄い膜を重ねる）などを繰り返して、微細な回路を大量生産する。この技術と設備を光部品作りに使い回せるのが、シリコンフォトニクス最大の強み。

シリコンは「光を通す立派な水道管（道）は作れるけれど、水を出す蛇口（光源）だけは作れない」状態です。そこで、蛇口だけは光が得意な別の材料（インジウムリンなど）で作り、それをシリコンの管につなぎ合わせる工夫をします。この「異なる材料を組み合わせる」ことを、ハイブリッド集積と呼びます。

光は色（波長）ごとに別々のデータを運べます。合波/分波器を使えば、1本の細い光の道に、赤・青・緑…と何色もの光を同時に流すことができます。これを「波長分割多重（WDM）」と呼び、1本の道で運べるデータ量を何倍にも増やせるのです。「1本の水道管に、色違いの水を同時に流す」ような魔法です。

CPOの仕組みと「銅から光へ」の全体像を、この記事とセットで読むと理解が完成します。

「②低消費電力」がなぜここまで重要視されるのか、電力問題の全体像でわかります。

PIC（Photonic IC）＝光の回路チップ。光を導波路で通したり変調したりする部分。EIC（Electrical IC）＝電気の回路チップ。光を制御する電子回路の部分。この2つを近づけて一体化するほど、省エネで高速になる。COUPEはこの一体化を極めた技術。

シリコンフォトニクスの部品は「設計図」があっても、それを実際に印刷できる「超高精度な工場」がなければ製品になりません。TSMCのCOUPEは、その「光と電気を同時に刷れる最先端の印刷工場」のようなもの。だからAI向けの光化の主導権を、GPU設計のNVIDIAと、製造のTSMCが握る構図になっています。

TSMCのパッケージ統合技術「CoWoS」を知ると、COUPEやCPOの位置づけがより立体的に見えます。

シリコンフォトニクスは「光電融合（CPO）の土台」であり、テーマの中核です。ただし技術単体で儲かる企業は限られ、実際に利益に効くのは光源（古河電工）・受光（浜松ホトニクス）・光配線（フジクラ）といった周辺の実需企業や、製造を担うTSMCです。「シリコンフォトニクス関連」と銘打つ小型株の中には、期待先行の思惑株も多いため、決算で光需要が利益に表れているかを必ず確認しましょう。

シリコンフォトニクスは、電気工学・光学・材料工学が交差するまさに理系の総合格闘技です。「シリコンは光れない」という弱点を、光源・熱・製造の工夫で克服する研究は、まだ課題が山積み＝伸びしろだらけの分野。通信・光部品・半導体メーカーの就活で「なぜシリコンで光を作るのか」を説明できれば、確実に一歩リードできます。

シリコンフォトニクスは、通信・半導体・実装・材料が融合する領域です。自社が「光源」「受光」「導波路」「製造」「実装」のどこを担うかを、この記事の4部品・3課題の地図に当てはめて整理すると、顧客や投資家との会話で強みを構造的に説明できます。CPOの普及とともに、この土台技術の重要性はさらに増していきます。

• シリコンフォトニクスとは：シリコンチップの上に光の回路（道・スイッチ等）を作る技術。
• なぜシリコンか：既存の半導体工場を流用でき、光部品を「安く・小さく・大量に」作れるから。
• 弱点：シリコンは自分では光れない。光源だけ別材料で補う「ハイブリッド集積」が課題。
• 4つの光部品：光導波路（道）・光変調器（蛇口）・受光素子（バケツ）・合波/分波器（継手）。
• CPO・光電融合との関係：土台（この技術）→実装（CPO）→流れ全体（光電融合）の親子関係。
• 製造の主役：TSMCの「COUPE」が量産化を牽引。日本企業は光源・受光・素材で強い。