OKIとNTT、テラヘルツ帯デバイスの量産技術を開発

OKIとNTTイノベーティブデバイス株式会社（社長：塚野英弘）は、このたび高出力テラヘルツデバイスの量産技術を開発しました。今回開発したのは、CFB（Crystal Film Bonding）技術。これは、リン化インジウム（InP）一軸移動キャリア・フォトダイオード（UTC-PD）のような異なる材料を、炭化ケイ素（SiC）に接合する技術です。SiCは熱をよく放散するので素晴らしい。この新しいアプローチは、ボンディングの歩留まりを高め、将来の商業生産に備えます。両社は2026年度にこれを開始する予定。

テラヘルツ波は、電磁スペクトルにおいて電波と可視光の中間に位置します。テラヘルツ波は、電波の深い浸透力と光の正確な指向性を融合させたものです。テラヘルツ波は非侵襲的であるため、安全性が重視される用途に最適です。これには、非破壊検査やセキュリティ・スクリーニングが含まれます。従来のX線技術ではこのような利点は得られません。ワイヤレス通信の分野では、テラヘルツ波がより高いデータ・スループットを実現するカギとなります。その強い大気減衰が課題です。高出力デバイスと信頼性の高い量産方法が必要です。

NTTイノベーティブデバイスは、課題を克服するためにUTC-フォトミキサーを改良しています。NTTイノベーティブデバイスは、出力パワーとスペクトル特性に重点を置いています。ワイヤレス・アプリケーションでは、1dB圧縮点で高出力を達成することが重要です。これは特に標準的なマルチレベル変調方式に当てはまります。チームは日本の大学と協力してボンディング法を開発しました。この方法は、SiC基板上にInPベースのUTC-PDを直接集積するもの。SiCの優れた熱伝導性を利用しています。この技術革新により、1dB圧縮点で1mWを超える出力パワーを持つフォトミキサーデバイスが誕生しました。これは旧来のデバイスの約10倍の性能です。

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従来のウェーハボンディングは、大量生産には厳しいものでした。接合面積が大きいため、小さな欠陥でも大きな問題につながりかねません。また、材料効率も重要です。従来の方法では、高価なInP材料のほんの一部に依存しています。
これらの問題に取り組むため、OKIはCFB技術を採用しました。プリンター業界で20年以上磨き上げてきたこの技術は、InP系結晶膜をデバイスレベルで分割。必要な部分のみをSiCウェハに接合。これにより、ボンディングの歩留まりが向上し、材料効率が改善されます。このプロセスにより、ウェーハスケールでの接合が可能になります。これにより、ボンディングの歩留まりが約50%から約100%に向上します。また、材料の廃棄を削減し、環境への影響を軽減します。

NTTイノベーティブデバイスは、SiC基板上にUTC-PDチップを開発しました。このプロセスにはボンディング結晶膜を使用。テストによると、これらのデバイスは1dB圧縮点で1mW以上の出力電力を発生しました。また、優れた直線性も維持。暗電流は、従来のボンディング法の約3分の1に低下しました。これは、新しい技術がボンディング中もInPベースの膜の特性を維持することを示しています。

このチームワークは、高出力テラヘルツ技術をより実用的なものにするための大きな一歩です。

今後に向けて オーキー  そして  NTTイノベーティブデバイス株式会社 2026年度に量産を開始する計画。産業界や学術界のパートナーと緊密に協力する予定。これにより、6G通信技術の展開を加速。また、非破壊センシング用途の拡大にもつながります。これらの取り組みは、次世代社会の構築に役立ちます。また、世界の先端デバイス技術における日本のリーダーシップを促進します。