次世代の半導体材料「ガリウムナイトライド」の謎に挑む

「ガリウムナイトライド」って知っていますか？

現代の生活をさまざまな分野で支えているものに半導体があります。半導体の材料として、よく知られているのはシリコンですが、現在、大変注目されている半導体材料に「ガリウムナイトライド（＝窒化ガリウム、GaN）」があります。
ガリウムナイトライドは、2014年に日本人研究者3人がノーベル物理学賞を受賞した青色発光ダイオード（青色LED）の材料としても有名です。

過酷な環境下でも使用可能な半導体の魅力

ガリウムナイトライドは、光デバイスとしてだけでなく、無線通信やパワーエレクトロニクス分野の電子デバイスとして広く活用が期待されている物質です。それはガリウムナイトライドが「ワイドギャップ半導体」であることに関係があります。ワイドギャップとは「結合に寄与した電子が動けない場所（価電子帯）と電子が動ける場所（伝導帯）の間隔（バンドギャップ）が大きいこと」を指します。バンドギャップが大きい半導体は、高温下でも機能し、高い電圧にも耐えられる性質があります。ガリウムナイトライドは600度の超高温の環境下でも安定していることがわかっています。ですから、ワイドギャップ半導体は、過酷な高温環境下でも動作する電子機器などの実現に、大いに期待がかかる半導体といえます。

「欠陥」の正体をつきとめ、物性評価の方法を探る

しかし、ガリウムナイトライドについては、まだわかっていないことがたくさんあります。例えば、ガリウムナイトライドの結晶を作製するときや、できた結晶を加工する段階などで、どうしても欠陥ができてしまうのです。どの段階でどんな欠陥が生じるのか、また、どんな欠陥がどう機能に影響するのかといったことについても、あまりわかっていません。これらを明らかにすることが、ガリウムナイトライドを含むⅢ族窒化物半導体に関する基礎研究です。性質が明らかになることで、より機能性や信頼性の高い半導体デバイスの実現につなげることができるのです。

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

東京都立大学システムデザイン学部電子情報システム工学科准教授中村成志先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

電気電子工学、結晶工学、応用物理学

メッセージ

「必要は発明の母」と言われますが、現代の生活は非常に便利になりすぎて、「こういうものがあったらいいのに」という「必要」が見えにくくなっているかもしれません。でも、それは、あることが当たり前と思い、物事に興味を持って積極的に関わっていないからかもしれません。
ですから、あなたには高校時代に、どんなことでもいいので、よく知ろうとしてほしいのです。そうすることで、「こうだったらいいのに」という「必要」が見つかり、それについて考えたり行動したりして、より興味を深めていってください。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？

東京都立大学に関心を持ったあなたは

東京都立大学は「大都市における人間社会の理想像の追求」を使命とし、東京都が設置している公立の総合大学です。人文社会学部、法学部、経済経営学部、理学部、都市環境学部、システムデザイン学部、健康福祉学部の7学部23学科で広範な学問領域を網羅。学部、領域を越え自由に学ぶカリキュラムやインターンシップなどの特色あるプログラムや、各分野の高度な専門教育が、充実した環境の中で受けられます。