西永慈郎教授｜早稲田大学電気・情報生命工学科／専攻

concept

この世にまだ無い
半導体デバイスを
自分で創って社会実装する

化合物半導体研究室西永慈郎教授

担当科目：回路理論A、電子回路A、
半導体ナノ工学特論

研究紹介research

スマホやパソコンで利用される半導体は、主にシリコン（Si）によって作られていますが、Siでは実現できない光学・電気的特性（発光、高周波）を利用する半導体デバイスは、化合物半導体によって作られています。西永研究室では化合物半導体を研究室内で合成し、結晶学的・電気的・光学的特性を評価することで、新しい半導体デバイスの創出を行っています。
生命分野を含めた様々な環境で使用できるセンサや光源、エネルギーデバイスを提案し、社会実装を目指します。
メッセージmessage

半導体を利用した回路は、ほとんどの産業分野に利用されています。半導体デバイスと半導体回路を理解すれば、どのような分野に進んでも、将来、必ず役に立ちます。西永研究室では、化合物半導体デバイスとSi集積回路の融合に挑戦しています。新しい半導体デバイスの研究を通して、コミュニケーション能力やチームワーク力を鍛え、社会から必要とされる人材に成長することを期待しています。

研究説明research activities

みなさんの身近にあるスマホやパソコンは、半導体によって作られています。計算を行うCPUや記憶を行うDRAMやSSDは、シリコン（Si）によって作られていますが、高周波アンプや発光ダイオード、OLEDディスプレイはSi以外の半導体（化合物半導体）よって作られています。図１に様々な半導体材料を示します。SiはIV族半導体と呼ばれ、Siだけで半導体特性を示します。III-V族半導体として、GaAsやGaNがありますが、バンドギャップエネルギーの違いから発光する色が変わります。GaAsは赤外光を発光し、InGaNは青色の発光をします。I-III-VI族化合物半導体であるCuInSe2は、光吸収係数が高く、多結晶薄膜でも高効率な太陽電池が得られるため、ガラス基板上の大型太陽電池が市販されています。

西永研究室はIII-V族化合物半導体GaAsと、I-III-VI族化合物半導体Cu(In,Ga)Se2(CIGS)を自分で成膜し、太陽電池や光検出器を作り、電気的特性・結晶学的特性を評価しています。化合物半導体は大学の研究室の装置（図２参照）で作ることができます。自分で半導体を作り、物性を評価する経験は、大企業に就職するとできません。体と頭を動かし、半導体物性を理解することを大切にしています。

計算機によるダイオード特性の解析も行っています。高効率な太陽電池を得るには、どのような材料を組み合わせれば良いか、計算科学的手法を用いて考察します。また、物質中での放射線挙動を計算するプログラムを用いて、半導体デバイスに放射線照射をすると、どのような影響が出るのか、実際の実験と比較しながら考察しています。放射線耐性は宇宙や原子力発電所に重要で、放射線耐性の高いI-III-VI族化合物半導体は、原子炉向けの耐放射線性カメラや、宇宙用太陽電池として期待されています。