メンブレンフォトニクス（Membrane Photonics）は、ナノメートルからマイクロメートルスケールの非常に薄い膜（メンブレン）状の半導体材料を用いて、高性能な光デバイスを作成し、異種の材料基板（例：シリコン、ガラス、プラスチック）上に集積する技術分野です。
従来のフォトニクス（光技術）が、特定の半導体基板上でデバイスを作るのが一般的だったのに対し、メンブレンフォトニクスは「薄膜を剥がして、好きな場所に貼り付ける」という革新的なアプローチを取ります。これにより、これまでにない特性や機能を持つ光デバイスの実現が期待されています。
主な特徴と利点
異種材料の集積（ヘテロジニアス集積）
強み: 発光・受光・変調など、それぞれに最適な半導体材料（InP系、GaAs系など）で高性能な光デバイスを個別に作製し、それらをメンブレンとして剥がし取ります。そして、大規模な集積回路を安価に製造できるシリコン（Si）基板上などに、レゴブロックのように自由に組み合わせることができます。
効果: シリコンフォトニクスが苦手とする光源などを、シリコン回路と一体化させることができ、超高性能な光IC（光集積回路）の実現が可能になります。
高い光閉じ込め効率
メンブレンは屈折率の高い半導体材料で、その上下を屈折率の低い空気や接着剤で挟む構造になります。この大きな屈折率差により、光をメンブレン内に極めて強く閉じ込めることができます。
効果: デバイスの小型化、低消費電力化、高効率化に大きく貢献します。
フレキシビリティと軽量性
メンブレン自体が非常に薄くしなやかであるため、プラスチックなどのフレキシブルな基板に貼り付けることができます。
効果: 曲がるディスプレイ、ウェアラブルセンサー、医療用デバイスなど、新たな応用分野を開拓します。
製造プロセス（概念）
メンブレンフォトニクスの中心的な技術は、高品質な単結晶薄膜を元の基板から剥がし、別の基板に転写する「層転写技術」です。
エピタキシャル成長: 特定の基板（InP基板など）上に、目的の機能を持つ半導体層と、その下地となる「犠牲層」を原子レベルで精密に積み重ねて成長させます（エピタキシャル成長）。
犠牲層エッチング: 特定の薬品（酸など）を使って、犠牲層だけを選択的に溶かします（エッチング）。
剥離（リフトオフ）: 犠牲層が溶けることで、上部の半導体デバイス層が下の基板から切り離され、薄い膜（メンブレン）として浮き上がります。
転写・接着: このメンブレンを、シリコン基板などの目的の基板上の狙った位置に移動させ、精密に接着します。
主な応用分野
メンブレンフォトニクスは、そのユニークな特徴から、様々な分野での応用が期待されています。
分野 具体的な応用例
情報通信 ・次世代の光インターコネクト（CPU間やチップ内の超高速・低遅延な光配線）<br>・データセンター向けの超小型・低消費電力な光トランシーバー
センシング ・自動運転向けの小型・高性能なLiDAR（光による距離測定センサー）<br>・環境モニタリング用のガスセンサー
医療・ヘルスケア ・体に貼り付けたり、埋め込んだりできるウェアラブル/インプランタブルなバイオセンサー<br>・非侵襲で血中成分などを測定するデバイス
ディスプレイ ・超高精細で曲げられるフレキシブルディスプレイ
エネルギー ・軽量で高効率な太陽電池
特に、ムーアの法則の限界が近づく中で、半導体チップの性能を飛躍的に向上させるためのキーテクノロジーとして、光インターコネクトへの応用が最も期待されています。
研究開発の動向
日本では、東京大学の竹中充・高木信一研究室などがこの分野をリードしており、世界的に注目される多くの研究成果を発表しています。メンブレンレーザー、光変調器、受光器などをシリコン基板上に高密度に集積する研究が進められています。海外でも、主要な大学や研究機関で活発な研究開発が行われており、次世代の半導体・光技術の主流の一つになると考えられています。
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