ノーベル物理学賞受賞 天野浩名古屋大学教授との特別対談

名古屋大学教授 天野 浩
株式会社東陽テクニカ 水田 愼一朗

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目次
  1. ACホール測定器の登場は画期的だった
  2. 今、めざしているのは、パワー半導体の実用化
  3. 測定器に求めるもの、それは信頼に尽きる
  4. 「ものづくり」こそが、人々の暮らしを豊かにする

近年、明るい話題が少なかった日本の半導体産業。そのような状況下、飛び込んできた赤﨑勇・名城大学教授、天野浩・名古屋大学教授、中村修二・米カリフォルニア大学サンタバーバラ校教授、の日本人3氏が2014年ノーベル物理学賞を受賞したというニュースは、半導体業界のみならず日本国民全体が注目する話題となっています。

3氏のノーベル物理学賞受賞理由となった「高効率青色LEDの発明」には、所属されていた大学や会社は異なるものの、それぞれの研究室において東陽テクニカのホール測定装置(商品名「レジテスト」)を導入いただき、試作したLED用半導体の特性を調べるために活用していただきました。

今回、天野浩先生と、ACホール測定技術の発明者で当社で30年以上レジテストの開発に携わってきた水田愼一朗(現、事業戦略室長)との対談1が実現。旧知であるお二人に、90年代当時の研究開発の様子や今後の豊富などを語っていただきました。

1. 2014年10月28日名古屋大学豊田講堂に於いて

ACホール測定器の登場は画期的だった

水田:このたびはノーベル物理学賞の受賞、そして文化勲章の受章、おめでとうございます。また、お忙しい中お時間をいただきましてありがとうございました。微々たるものかもしれませんが、当社のホール測定装置2が、今回のノーベル物理学賞の受賞に少しでも貢献できたのであれば嬉しく思っています。

天野先生(以下、天野):ご丁寧にありがとうございます。正直なところ、予想外の出来事でしたのでとても驚いていますが、このように色々な方とお目にかかる機会があると、改めて自分だけではなく、みなさんの協力があったからこそ成し遂げることができた成果だと実感し、喜ぶよりも感謝の気持ちでいっぱいです。

水田:今日は、約20年前、90年代半ばに当社のホール測定装置を使い始めていただいた当時の資料なども引っ張り出してきましたので、思い出話などもさせていただければと思っております。よろしくお願いします。

(論文を示しながら)当時、天野先生はMgドープ3でp型4のGaN結晶5を作ってホール測定で結晶のキャリア6を評価されていました。

天野:ええ、当時はアンドープ7でもキャリアが多くて移動度が上がらないという段階でしたから、測定が難しかったですね。あの頃はだいぶ苦労していて、最初はホール測定をしてもp型かn型8かさえなかなかはっきりしなくて、磁場を反転させたりして、やっとp型になっていることを確認できたりしていました。

(当時の論文に示されているキャリア濃度の温度依存性データを見ながら)大体はきれいに直線に乗ってきていますが、 キャリア濃度の低い低温領域ではまだバラツキが多いですね。

水田:そうですね。確かにまだばらついているところもあったのですが、当社としては、なんとかノイズを減らして、キャリアの多すぎる方もキャリアの少ない高抵抗の方も、温度もいろいろ変えて、きれいなデータが得られるように測定装置の方で工夫を重ねてきました。

また当時、天野先生からもいくつかの試料をお借りしてサンプル測定をさせていただきましたが、ちょうどその頃、ACホール測定器の開発中で、DCホール測定では計測が困難だった試料のキャリア濃度を、ACホール測定装置の試作機を使って測定に成功したこともありました。当時の先生のp型GaN結晶は移動度が1桁[cm2/V・s]程度でしたから‥。

天野:いや1桁有るか無いかくらいでしたでしょう。今はうまくホール測定ができるようになって来ており、すごいですね。ACホール測定の力⁹がやっぱり大きかったですね。電流も大きく取れなくてマイクロアンペア以下くらいしか流せない状態でしたから、それで有効なホール起電圧を発生させることは困難でした。

水田:ACホール測定技術を高く評価していただきありがとうございます。当社のACホール測定装置では従来よりも高い電圧をかけて大きな電流を流す、つまり、より多くのキャリアを半導体に注入することができるようにしました。また温度も広範囲で変えられるようにいたしました。

天野:特にGaNなどの窒化物は高温で測定した方が都合が良いので、とても助かりました。

水田:そうですね。ワイドバンドギャップ半導体は、GaNだけではなくSiCやダイヤモンドでも同じですが、半導体材料開発の初期の段階では温度を上げてキャリア数を増やすことで測定を容易にしていました。

2. 電流や磁力を使って半導体内部の電子の動特性を測定する装置
3. マグネシウム原子を半導体結晶の中に組み入れること。電子を減らす効果がある。
4. 電子が充満している結晶中に電子の孔(正孔)が存在する状態
5. ガリウムナイトライド。ガリウム原子とチッ素原子が交互に組み合わさった結晶
6. 半導体中で電気を運ぶ働きをするもの。通常は電子または正孔
7. マグネシウム原子等の不純物を結晶中に入れる前の状態
8. 結晶中に電子が充満していなくて電子が自由に動ける状態
9. ホール測定の感度を従来の100倍以上に向上させた東陽テクニカ独自のAC(交流)磁場によるノイズ除去技術(→ 裏表紙に解説記事)

今、めざしているのは、パワー半導体の実用化

水田:現在ではGaNの結晶成長技術も進化して、研究開発の対象としては青色LEDからパワーデバイス用途の方に向かわれているのですが、そうなると結晶欠陥の評価とかが重要になってきますね。

天野:結晶欠陥の評価も重要ですが、それだけではなく、やはりアンドープでの残留キャリアの濃度も知りたいので、CV測定法じゃなくてホール測定のようにキャリア濃度そのものを測る必要性があります。ただ、その測定は簡単ではありません。