世界最高速、800GHzを超えるスイッチング性能を有するトランジスタを開発 ～IOWN・Beyond 5Gの世界の実現に向けたテラヘルツ帯集積回路の開発に道筋～

　日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：澤田純、以下 NTT）は、インジウムリン（InP）※1系化合物半導体結晶成長技術と、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）※2製造技術の高度化により、世界で最も高速な800GHz（ギガヘルツ）を超える電流利得遮断周波数※3を有するトランジスタの開発に成功しました。本トランジスタを活用することで、集積回路の劇的な高速化・高性能化が可能になり、マルチTbps級の光伝送やテラヘルツ（THz）帯を利用した大容量無線通信、センシング・イメージングなど、将来のスマート社会を支える高度な情報通信システムやサービスの実現が見込まれます。これにより、IOWN※4やBeyond 5Gの世界を実現してまいります。
　本技術の詳細は、IEEE Electron Device Lettersに掲載されています。(https://ieeexplore.ieee.org/document/9044299 )

用語解説
※1 InP （Indium Phosphide）：インジウム（In）とリン（P）で構成されるIII-V族化合物半導体の一種。様々な集積回路に一般的に用いられるシリコンと比較すると、高い電子移動度や広いバンドギャップを有している。そのため、高速・高出力なトランジスタ用の半導体材料として用いられる。InPを材料に用いたトランジスタにおいては特性を向上させるために、Inに加えてアルミニウム（Al）やガリウム（Ga）、Pに加えてヒ素（As）やアンチモン（Sb）等を組み合わせることがある。
※2 HBT（Heterojunction Bipolar Transistor）：ヘテロ接合バイポーラトランジスタと呼ばれるトランジスタ構造の一つ。エミッタ・ベース・コレクタの三層構造からなり、トランジスタの垂直方向に電流が流れることから高い電流駆動力を有し、高速性能に優れる。また、エミッタとベース間、ベースとコレクタ間がそれぞれ異種材料で構成されている場合は、ダブルヘテロ接合バイポーラトランジスタ（DHBT）と呼ばれ、ベース材料よりバンドギャップが大きい材料をコレクタに用いることで高い耐圧を得ることができ、高出力化にも適している。
※3 電流利得遮断周波数（fT）：トランジスタの高周波性能指標の一つ。電流利得（出力電流/入力電流の比）が1（トランジスタの電流増幅能が消失する）となる周波数。HBTにおいては、ベース・コレクタ間の電子走行時間、コレクタ容量の充電時間、エミッタ容量の充電時間の和の逆数が電流利得遮断周波数となる。
※4 IOWN（アイオン：Innovative Optical and Wireless Network）：スマートな世界を実現する最先端の光関連技術および情報処理技術を活用した未来のコミュニケーション基盤。
※5 有機金属化学気相堆積法（MOCVD）：半導体の結晶成長方法の一つ。原料ガスを加熱された基板上に供給し、熱分解された原料から半導体を形成（成長）させる。

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5G以降の通信でテラビット光ワイヤレスを実証

　ゼプラ研究所(Zepler Institute for Photonics and Nanoelectronics)の専門家を含む共同研究は､ファイバ･ワイヤレス･ファイバシステムでテラビット(Tbps)伝送を実証した｡

その成果は､VRヘッドセットなどのアプリケーションで､5G以降に必要となる超高速光ワイヤレスリンクの実現可能性を示している｡

オクスフォード大学工学科学とゼプラ研究所の研究チームは､研究成果をOFC2020で発表した｡

スペクトルの新たな領域とこれらの領域を使うことができる技術は､ワイヤレス通信の継続的進歩にとって極めて重要になる｡光ワイヤレスは､膨大なスペクトル領域を利用できるようにし､新製品と最近合意された新スタンダードにより､これは商業的関心の急成長領域である｡

テラビット(Tbps)光ワイヤレス通信には､光の変調と検出､この規模のデータフローをルーティングできるアーキテクチャに関して複数の課題がある｡
オクスフォードとサウサンプトンの研究者は､ワイヤレスに｢ファイバからの光｣を使うことでこの課題を解決しようとしている｡この光は、高精度トラッキングシステムによりコリメートでき､トランスミッタからレシーバまで誘導できるナローパラレルビームを形成する｡レシーバベースのステアリングシステムは､次に光をファイバに結合する｡ここで､ファイバベースのトランシーバを使って入力データストリームが検出可能になる｡

サウサンプトンのオプトエレクトロニクスリサーチセンタのPeriklis Petropoulos教授は､｢この研究によりわれわれは､ターミナル間で目標としていた1Tbps信号を運ぶレーザビームを用意した｡このデータ転送レートは､従来のワイヤレス技術を利用して現在可能になっているものを遙かに凌駕する｡
　これらの結果は指向性があり､不断の見通し線を必要とするが､市場には実際のアプリケーション､当面のアプリケーションがある｡例えば､データセンタでは､これは途方もない性能アップグレードになる｡コンピュータラックは､相互に高速通信する必要があるからだ｣とコメントしている｡

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2019年､北米のLH WDM投資､記録的水準

　Cignal AIの調査｢トランスポートハードウエアレポート｣によると､北米の最近の光製品販売は､4Q19に25%超､2019年全体で10%の成長だった｡

アクセスとアグリゲーションスイッチング機器の北米パケット市場も､第4四半期に力強い成長を示した｡エッジおよびコアスイッチングとルーティング機器需要が劇的に落ち込んだが､5Gと他のアクセス出荷が､アクセスとアグリゲーション市場セグメントの成長を押し上げた｡
4Q19トランスポートハードウエアレポートの要点
･長距離(LH)光投資は､2019年に記録的なレベルに達した｡4Q19に成長は減速したが､同セグメントは10%を超える成長で2019年を締めくくった｡
･中国における伝送装置販売は､4Q19にわずかに落ち込んだ｡パケット販売が落ち込み､光販売の成長が一桁に冷え込んだためである｡2Q18のZTEシャットダウンの影響を調整し､2019年光ハードウエア販売の成長は10%を下回った｡
･日本は光販売の成長が4Qに25%成長､2019年はほぼ40%成長と異例の年を終えた｡

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III-V Lasers Grown on Silicon Wafers Could Advance Silicon Photonics

　ホンコン科学技術大学は、工業標準の220nm-SOI基板上にバッファ層なしで1.5μｍIII-V半導体レーザを製作するのに成功した。
これは、シリコンフォトニクスの光源として有用である。

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世界初、モード多重光信号の太平洋横断級長距離伝送実験に成功【NTT】

　NTTは3月9日、光ファイバを伝搬する複数の空間モードを利用した、世界初の太平洋横断級長距離光伝送実験に成功したと発表した。

　近年、次世代光通信システムを実現する基盤技術として、空間分割多重技術の研究開発が進められている。その有望な一形態であるモード多重光伝送技術では、光ファイバ内の複数の空間モードに信号を多重して送ることができるため多重度の分だけ伝送容量の向上が期待できる。その一方、長距離伝送時には距離に応じて増加する信号波形の歪みが顕在化し、モード多重光伝送の長距離化を実現する上でボトルネックとなっていた。
　NTTは今回、上記課題を解決しモード多重光信号の大幅な長距離伝送を可能にする伝送技術（巡回モード群置換）を新たに研究開発した。同技術の適用により、既存のファイバの伝送容量を最大6倍に拡大可能な大容量長距離光通信システムの実現可能性を示すとともに、多重度を柔軟に制御することで、9000kmを超える太平洋横断級の長距離伝送が可能であることを、世界に先駆けて実証した。今後、同技術の応用検討を進めると同時に、関連技術分野と連携し、NTTが提唱するIOWN構想を支える大容量光伝送基盤の実現に貢献していくという。
　今回の成果は、OFC2020において、伝送部門の平均スコアが最も高かったトップスコア論文として採択され3月12日（現地時間）に発表される。

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5GおよびBeyond5G時代の通信データ大容量化に向けて10Gbpsの屋外無線伝送実験に成功【NEC】

　NECは3月4日、5GおよびBeyond5G時代の無線通信データの大容量化に向けて、D帯(130～174.8GHz)に対応したRF IC(周波数変換器)と、同デバイスを実装した屋外無線装置を開発し、10Gbpsの屋外無線伝送実験に成功したと発表した。NECは「今後、本技術を超小型マイクロ波通信システム“パソリンク”に適用し、5GおよびBeyond5Gの商用利用において大容量化が求められるモバイルバックホール、フロントホール回線での利用を目指す」としている。
　また、今回の研究開発は、総務省委託研究「ミリ波帯における大容量伝送を実現するOAM モード多重伝送技術の研究開発」により実施されたものだという。

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シリコンフォトニクスデバイスの研究開発試作体制を構築－民間企業・大学などが利用可能に－

　国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】（以下「産総研」という）電子光技術研究部門【研究部門長 森 雅彦】とTIA推進センター【センター長 金丸 正剛】は、産総研で開発した世界最先端のシリコンフォトニクス技術を普及させるため、産総研以外の幅広いユーザーが利用可能な国内初のシリコンフォトニクスデバイスの試作体制を構築した。この試作体制は、加工精度に優れる300 mmウエハープロセスを利用した研究開発用公的シリコンフォトニクス試作体制としては世界で唯一である。

技術面では、これまで産総研で独自に開発してきたシリコンフォトニクス技術を基にデバイス設計基本情報や標準デバイスメニューをまとめたプロセスデザインキット（PDK）を整備し、ユーザーによるデバイス設計を容易にした。また、運用面としては、産総研コンソーシアムであるシリコンフォトニクスコンソーシアムの活動の一環として、設計情報の集約や試作デバイスの分配などを行うユーザー窓口機能を設置し、利便性の良い試作体制を構築した。2019年10月には、コンソーシアムの参加企業や大学をユーザーとした１回目の相乗り試作を完了し、今回構築した研究開発試作体制の良好な機能が確認された。今後、国内外の民間企業・大学などに研究開発試作を幅広く提供し、開発技術の普及に努めていく。

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