半導体の新星、
酸化ガリウムの可能性を探る。
快適で便利なテクノロジーを支える半導体デバイス。その需要は高まり続け、さらなる高機能化も求められています。シリコンに代わる次々世代の半導体材料として注目を集める、酸化ガリウムデバイス研究のパイオニアかつ第一人者である東脇教授にお話を伺いました。
電化社会に不可欠の半導体が、酸化ガリウムで進化。
私たちの生活は、半導体エレクトロニクスによって成り立っています。洗濯機、エアコンなどの家電から、パソコン、携帯電話、サーバーなどの情報通信機器、さらには交通機関、送電システムなどの社会インフラまで多種多様です。現行の半導体材料は、主にシリコンです。私は、応用分野によっては、シリコンデバイスを上回る性能を実現すると予想される、新規半導体材料である酸化ガリウムを用いた電子デバイスの基盤技術研究を行っています。
パワーデバイス用途では、シリコンに代わる半導体材料として次世代を担うのはシリコンカーバイドや窒化ガリウムと言われていますが、酸化ガリウムはそれら以上の大電流・高耐圧特性、さらには導通損失が少なくなることが期待されています。これらの特性は、大規模な省エネ効果に繋がります。また、酸化ガリウムはウエハ製造コストも低く抑えられるという、産業的に重要なメリットもあります。
省エネだけじゃない。極限環境での強さに期待大。
研究室では、酸化ガリウム薄膜のエピタキシャル成長、およびその物性の評価・解析、トランジスタやダイオード等の電子デバイス作製、さらに自分達で作製したデバイスの特性評価を行います。研究体制が細分化する中で、材料とデバイスの両面から研究を行うことができるのは、世界的にも例が少ない恵まれた環境です。
この酸化ガリウムデバイス基盤技術研究がめざす応用の方向性は、大きく分けて２つあります。ひとつは次世代パワーデバイスです。電力変換ロスを大幅に低減することができ、省エネによる持続可能社会への貢献に繋がります。もうひとつは、航空宇宙、地下資源探索、原子炉等の極限環境での活用です。酸化ガリウムデバイスは、高温・放射線・腐食性ガス下でも安定して信号処理や情報通信が可能であると予想されるため、既存の半導体エレクトロニクスの限界を超える用途が期待されます。
誰もしていないことを最初にすれば、ナンバーワン。
学部4年生の時に配属された研究室が半導体関連でした。半導体結晶成長・評価を継続するうちに、半導体研究を一生の仕事にしたいと決意しました。また、アメリカでの研究生活中に、様々な新半導体材料を検討し、消去法で残ったのが酸化ガリウムでした。単独研究からグループになり、今では大学、企業、研究所等、多くのパートナーに恵まれています。
本学の研究室は2022年に誕生したばかりです。現在も室長を兼務する情報通信研究機構（NICT）の研究室と連動した研究体制を敷き、国内外の大学や企業とも連携しながら、酸化ガリウムデバイスの可能性を追究します。新半導体デバイス分野を共に切り拓き、物理的思考を駆使してオンリーワン・ナンバーワンのものづくりを一緒にめざしましょう。
