高品質グラフェンとシリコンフォトニクスのヘテロ集積によるTHz-光融合

グラフェンTHz検出器に関しては、高品質h-BN上に積層したグラフェン層に対して、仕事関数の異なる金属電極層を接合することによりPN接合構造を作製するプロセスを確立した。また、バックゲート電極により電圧印加をすることにより、グラフェン層の電荷中性点を確認し、バックゲート電圧によりグラフェン層の電荷中性点付近にフェルミレベルを制御することにより、赤外光による受信動作を検証した。これにより、金属電極積層構造の最適化により、THz検出が可能なデバイス構造を実現出来ることを検証した。また、THz検出用のアンテナ構造に関しては、金属メタサーフェス構造を設計最適化することにより、高効率なTHz受信動作が実現可能なことを検証すると共に、シリコン誘電体からなるトポロジカルTHz導波路の設計検討を行い、THz波の高効率な閉じ込め構造を検証した。ゲルマニウム光変調器に関しては、0.8Vppの世界最高レベルの低電圧駆動で100Gbps動作を実証すると共に、85℃での56Gbps動作を実証した。すなわち、ゲルマニウム光変調器が低消費電力かつ高効率に電圧信号を光信号に変換可能なことを実証した。また、ゲルマニウム光変調器が高効率な光受信器として機能することを検証した。すなわち、フランツ・ケルディッシュ効果とゲルマニウム層内でのアバランシェ増倍効果を発現することに成功し、0V印加時に比較して5dB程度の高効率光受信動作を実証した。従って、THz電磁波信号を受信後、ゲルマニウム光変調器・ゲルマニウム光受信器と電気接続可能なように集積化することにより、高効率・低消費電力で遅延時間の非常に小さいTHz-光信号変換が可能であることを検証した。

グラフェンTHz検出器に関しては、高品質h-BN上に積層したグラフェン層に対して、仕事関数の異なる金属電極層を接合することによりPN接合構造を作製するプロセスを確立した。また、バックゲート電極により電圧印加をすることにより、グラフェン層の電荷中性点を確認し、バックゲート電圧によりグラフェン層の電荷中性点付近にフェルミレベルを制御することにより、赤外光による受信動作を検証した。これにより、金属電極積層構造の最適化により、THz検出が可能なデバイス構造を実現出来ることを検証した。また、THz検出用のアンテナ構造に関しては、金属メタサーフェス構造を設計最適化することにより、高効率なTHz受信動作が実現可能なことを検証すると共に、シリコン誘電体からなるトポロジカルTHz導波路の設計検討を行い、THz波の高効率な閉じ込め構造を検証した。ゲルマニウム光変調器に関しては、0.8Vppの世界最高レベルの低電圧駆動で100Gbps動作を実証すると共に、85℃での56Gbps動作を実証した。すなわち、ゲルマニウム光変調器が低消費電力かつ高効率に電圧信号を光信号に変換可能なことを実証した。また、ゲルマニウム光変調器が高効率な光受信器として機能することを検証した。すなわち、フランツ・ケルディッシュ効果とゲルマニウム層内でのアバランシェ増倍効果を発現することに成功し、0V印加時に比較して5dB程度の高効率光受信動作を実証した。従って、THz電磁波信号を受信後、ゲルマニウム光変調器・ゲルマニウム光受信器と電気接続可能なように集積化することにより、高効率・低消費電力で遅延時間の非常に小さいTHz-光信号変換が可能であることを検証した。