東大ら、量子計算など向けシリコン光回路を実現する超高感度フォトトランジスタ

新しく開発した導波路型フォトトランジスタの素子構造

　東京大学大学院工学系研究科および工学部電気電子工学科、STマイクロエレクトロニクスらによる研究グループは、ディープラーニングや量子計算用光回路の高速制御を実現する超高感度フォトトランジスタを開発した。

　トランジスタの微細化が進められる中、2nm世代以降では光電融合によるコンピューティング性能の向上が必要だとされ、大規模なシリコン光回路を用いた光演算が注目されている。高速な回路制御には光回路をモニターする素子が求められており、フォトトランジスタも注目されているが、これまでの導波路型フォトトランジスタは感度が低く光挿入損失が大きいため、適していなかった。

　研究グループでは、シリコン光導波路上にインジウムガリウム砒素(InGaAs)薄膜をゲート絶縁膜となるアルミナ(Al2O3)を介して接合した、新たな導波路型フォトトランジスタを開発。シリコン光導波路をゲート電極として用いる構造により、効率的な制御と光損失の抑制を実現した。光信号モニター用途として十分な応答速度と、導波路型として極めて大きな感度を同時に達成した。

　新開発のフォトトランジスタにより、大規模なシリコン光回路の状態を直接モニターし、高速制御できるようになるため、光電融合による2nm世代以降のコンピューティング技術に大きく貢献できるとしている。今後同グループでは、開発したフォトトランジスタと大規模シリコン光回路を用いたディープラーニング用アクセラレータや量子計算機の実証を目指すという。