Si基板上への化合物半導体のヘテロエピタキシャル成長

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シリコン基板上窒化ガリウム系発光デバイス

従来、発光デバイスに用いられている半導体材料（ガリウム砒素やインジウムリン）には、砒素等の毒素が含まれており、 廃棄時に問題となっている。また、これらの材料では緑や青色は発光できない。毒素を含まない半導体材料として窒化ガリウム系半導体がある。しかし、成長用基板としてサファイアやシリコンカーバイドという高価な基板を使用しているため、低コスト化が課題になっている。このような毒性およびコストの問題は、シリコン基板上の窒化ガリウム系発光デバイスにより解決できる。
シリコン基板上窒化ガリウム系半導体を用いた発光デバイスは、つぎのような特徴がある。

このシリコン基板上窒化ガリウム系半導体を用いた発光デバイスが実用化されると、以下のような製品に応用できる。 fig1

シリコン基板上窒化ガリウム系電子デバイス

シリコン（Si）やガリウム砒素（GaAs）で作られている従来の電子デバイスの動作温度は100 ℃程度であるため、自動車などのように高い温度環境では使用が制限されている。また、ガリウム砒素は砒素を含むため、廃棄処分した場合、環境破壊を引き起こすなどの問題がある。また、携帯電話やインターネットなどのブロードバンド製品の普及に伴い、大容量高速通信の技術が必要となり、更なる高周波・高出力性能に優れた新規材料及びデバイスが要求されている。このような要求を満足する材料として、高温・高周波・高出力特性に優れたシリコン基板上の窒化ガリウム半導体材料がある。
窒化ガリウム系半導体材料を電子デバイスに用いる場合、つぎのような特徴がある。

このトランジスタが実用化されると、以下のような製品に応用できる。 fig1

グラフェン電子デバイスの研究 (三好研と共同研究)

Transfer-free graphene FET
二次元層状物質であるグラフェンを用いた電子デバイスは、Siを用いた電子デバイスの性能を超える可能性を持つことから、世界中で研究が行われています。高性能で低消費電力な新しい電子デバイスが作製されれば、省エネルギー社会への貢献は大きく、電気エネルギーを有効利用することができます。グラフェン電子デバイス作製の難しさの一因として、絶縁基板上に直接グラフェンを成膜することが困難であることが挙げられます。当研究室では、グラフェンの製法として、当研究室で新規に考案し原理実証に至った、金属触媒の自己凝集反応を利用したグラフェン成膜プロセスを用います（下図参照）。さらに、「極微細な金属パターン付き基板」を利用することで、層数、形状を制御したグラフェン電界効果トランジスタ(FET)を作製することを目指して研究を進めています。 fig1