テラヘルツシステムを単一半導体チップへ集積(Tiny Chip = Big Science)

2026-07-16 カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)

米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の研究チームは、従来は複数の大型部品で構成されていたテラヘルツ(THz)システムを、単一の半導体チップ上に集積する技術を開発した。研究では、THz波の発生、制御、検出機能を一体化することで、小型・低コスト・低消費電力化を実現し、高性能なTHzシステムの量産に道を開いた。テラヘルツ波は電波と赤外線の中間周波数帯に位置し、高速無線通信、非破壊検査、医療イメージング、セキュリティ検査、センシングなど幅広い用途が期待されるが、従来は装置の大型化や高コストが実用化の障壁となっていた。本成果は、半導体集積技術によってこれらの課題を克服し、次世代6G通信や高分解能センシングなどへの応用を加速する重要な技術基盤となる。研究成果はNature Electronicsに掲載された。

<関連情報>

量子井戸構造における利得増強型バンド間光混合によるテラヘルツ波の発生と検出 Terahertz generation and detection through gain-enhanced interband photomixing in quantum well structures

Yifan Zhao,Shahed-E- Zumrat,Szu-An Tsao & Mona Jarrahi
Nature Communications  Published:13 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-73080-6

テラヘルツシステムを単一半導体チップへ集積(Tiny Chip = Big Science)

Abstract

Terahertz waves hold immense potential across diverse fields, including healthcare monitoring, biomedical imaging, precision navigation, high-speed communication, security screening, industrial quality control, and space exploration. However, the widespread adoption of terahertz technology has been hindered by the bulky, complex, and costly nature of existing systems. Here, we demonstrate gain-enhanced interband photomixing in quantum well (QW) PIN photodiodes as an efficient mechanism for frequency-tunable terahertz generation and detection, achieving significant improvements in power efficiency and sensitivity over the state-of-the-art. QWs embedded in PIN photodiodes—key elements of commercially available photonic integrated circuits (PICs)—enable monolithic integration of lasers, semiconductor optical amplifiers (SOAs), modulators, filters, demultiplexers, and other passive optical components. By establishing QW PIN photodiodes as the foundation of a Monolithically Integrated Terahertz Optoelectronic (MITO) platform, this work paves the way for compact, scalable terahertz optoelectronic systems with applications in high-speed data transfer, spectroscopy, and hyperspectral imaging. This advancement positions terahertz technology for widespread use, facilitating practical applications across remote sensing, communications, and medical diagnostics within portable devices.

0404情報通信
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