情報通信とエネルギー制御の司令塔・半導体デバイスの革新を目指して

 半導体はその登場からまだ100年も経過していないにも関わらず、既に私たちの生活に欠かせないものとなっています。これは半導体が情報・光・エネルギーを司る極めて汎用性の高い技術であるためです。半導体の主役はこれまでも、そしてこれからもシリコンが担うと考えられますが、一部の用途では炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイヤモンド、ゲルマニウム-スズ混晶など新たな半導体の活躍が始まっており、その適用範囲の拡大が期待されています。本研究室では、シリコンで培われたプロセス技術やデバイス物理をベースに、新たな半導体材料ならでは物性を活かした革新的デバイスを創出することを目指し、主に以下の研究テーマに取り組んでいます。

 SiCパワーデバイスの重要課題：SiO₂/SiC界面

 
次世代パワー半導体として注目される炭化ケイ素（Silicon Carbide: SiC）は鉄道車両や自動車に搭載されるなど、どんどん身近になりつつあります。低消費電力の鍵となるインバータの構成要素であるSiC MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）型トランジスタは、オン時の電流量を左右するSiO₂/SiC界面特性があまり良くないためにその性能を十分に発揮できておらず、まだまだ性能向上の余地を残しています。SiO₂/SiC界面特性改善に向けて、新たな酸化方法などプロセスの構築、界面構造の物理分析、デバイス試作とその電気特性・信頼性評価などを行っています。
 

 GeSn CMOS／エナジーハーベスティング／センシングデバイスの研究開発

 
現代の半導体デバイスではシリコン（Si）が主役ですが、1947年に世界で初めて実証されたトランジスタはゲルマニウム（Ge）が使われていました（1956年ノーベル物理学賞）。GeはSiよりも電子・正孔の移動度が高い優れた材料ですが、製造工程に敏感で特性制御が困難だったため、主役の座をSiに譲り現在に至っています。SiもGeも間接遷移型の半導体ですが、Geはスズ（Sn）を添加することで直接遷移型に変調することが知られており、近赤外領域の光学素子としての用途も期待されています。また、GeSnはGeよりもさらに移動度が高くなると理論予測されています。これらの優れた物性を発揮するには高品質なGeSn結晶が必要であることから、様々な基板上でのGeSn単結晶形成を試みると共に、その電気特性や光学特性の評価を行っています。