半導体デバイス技術と光技術の進化がもたらすテラヘルツ通信技術の新展開

大阪大学・東京大学　永妻 忠夫 氏

過去10年間において、ミリ波（millimeter-wave: MMW）およびテラヘルツ（terahertz: THz）技術は大きな進歩を遂げ，市場拡大への期待が高まってきた。特に、Beyond 5G/6Gと呼ばれる次世代無線通信ネットワークでは，広い周波数帯域を確保し，100Gbit/sもの伝送速度を実現するために100GHz以上の搬送周波数の利用が不可欠と言われており，最近では200GHzから300GHz帯を利用した無線通信技術の研究が活発になっている。これらを支えているのは，半導体電子デバイスと集積回路技術，ならびにレーザやフォトダイオードをはじめとする光技術の進化である。
本講演では，半導体デバイス技術の進展を概観するとともに，光技術を活用したテラヘルツ通信技術の最新動向について解説する。

共鳴トンネルダイオードを用いたテラヘルツ帯高出力電子デバイス

東京工業大学　鈴木 左文 氏

電波と光の中間に位置するテラヘルツ周波数帯は透過性と高分解能を生かしたセンシングや次世代の通信技術などへの活用が期待されている。電子デバイスと光デバイスの双方から信号源の開発が行われているが，両デバイスの動作の極限領域であることから，これまで高出力のテラヘルツ放射を得ることは困難だった。しかしながら，持続的な開発により，近年では特に電子デバイスの発展が目覚ましく，ミリワットを超える出力が多数報告されている。電子デバイス信号源の1つである共鳴トンネルダイオード発振器は高周波動作が知られており，我々はトランジスタの動作が困難になってくる400 GHzを超える周波数領域でミリワット高出力を達成した。これらの達成には，3次元的な共振器構造の形成やデバイス放熱構造の考案，また，アレイ動作における動作モードの解明などが必要であり，本講演ではそれら高出力デバイスの結果について紹介すると共に，高出力の達成のための手法について紹介する。

休憩

マイクロ光コム駆動型テラヘルツ通信

徳島大学　安井 武史 氏

次世代の移動通信に向けて，2030年にサービス開始が予定される第６世代移動通信システム（6G，周波数帯300GHz以上）に向けた研究開発が活発化している。6Gでは，5Gの特徴の更なる高度化に加え，高信頼化の向上や省電力化などの新たな技術革新が期待されている。これまでの移動（無線）通信（2G/3G/4G/5G）では，主に電気的手法（エレクトロニクス）の技術革新（高周波化）が，世代進化を牽引してきた。しかし，6Gで扱う周波数帯（THz帯，周波数300GHz以上）は電気的手法の技術的限界（周波数上限）に達する可能性があり，無線キャリアの低出力化と位相ノイズ増大，信号伝送損失の増大といった本質的問題が顕在化し始める。一方，6Gは，光通信と無線通信の伝送速度ギャップを大きく緩和する可能性を有するが，両者間には光技術と電気技術の相違に起因する技術ギャップが存在し，光信号と電気信号の変換に伴う時間遅延が生じる。6Gで超低遅延を実現しながら光通信と良好に接続するためには，「光通信と無線通信のシームレス接続」が強く求められる。これら２つの技術課題を同時に解決するためには，エレクトロニクスを可能な限り介在させない移動通信手法を検討する必要がある。その手段として，光学的手法（フォトニクス）の利用が有望であると考えられる。
本講演では，マイクロ光コムを核としたテラヘルツ通信（Photonic 6G）に関する研究の取り組みについて，紹介する。

半導体二次元プラズモンを活用したTHzディテクタ

東北大学　佐藤　昭 氏

テラヘルツ（THz）波を用いたBeyond 5G無線通信実現のため，室温動作・高検出感度・高速応答を全て満たすTHzディテクタが求められている。しかし，従来の電子走行型・電子遷移型ディテクタでは全ての要件を満たすことは未だ実現していない。この現状を打破しうるアプローチとして，THzプラズモニック・ディテクタの研究が進んでいる。THzプラズモニック・ディテクタは，入射THz波によってトランジスタチャネル内の二次元電子ガスにプラズモンを励起し，その流体非線形性による整流効果を用いてTHz波を検出するため，電子走行時間に律速されない高い検出感度と高速な動作が期待される。
本講演では，回折格子ゲート構造を有し，InGaAsチャネル高電子移動度トランジスタをベースとするTHzプラズモニック・ディテクタについて，その動作原理を解説し，最新の研究成果を紹介するとともに，無線通信応用に向けた今後の展望を述べる。