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若原 昭浩(わかはら あきひろ)

所属 電気・電子情報工学系
兼務 エレクトロニクス先端融合研究所
国際教育センター
高専連携推進センター
職名 教授/学長特別補佐(高専連携担当)/高専連携推進センター長
専門分野 半導体工学 / 光電子工学 / 結晶成長
学位 工学博士(豊橋技術科学大学)
所属学会 応用物理学会 / 電子情報通信学会 / 日本結晶成長学会 / 日本MRS
E-mail wakahara@ee
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室web http://www.int.ee.tut.ac.jp/oeg
研究者情報リンク 研究者情報

研究紹介

高度な情報処理の要求により,従来の電子デバイスのみを用いた時系列型情報システムはその限界性能に達しようとしている。一方,光の並進性を用いたデバイスでは,画像処理などに高い処理性能を発揮する事から,両者の利点を組み合わせた光電子融合システムは,今後の情報処理システムとして重要な役割を担うものと期待されている。本研究室では,この光デバイスと電子デバイスの融合を目指し,以下の2つを中心として研究・開発を行っている。
(1)Si上に高品質で形成可能で且つ発光性能の高い半導体の研究開発
(2)光の並進性を活用した,新しい光電子融合素子の研究開発
これらの研究では,結晶成長から材料の基礎的な性質の解明,デバイスまでを網羅することで,Siとの融合により生じる問題点の解決を目指している。また,本学の特徴でもあるSi集積回路研究施設設備を活用して,これらの新しい半導体とSi集積回路あるいはマイクロマシン等の高度なSiテクノロジーとを融合させた,新しい高機能デバイスの研究を行っている。

テーマ1:モノリシック光電子集積システムの開発研究

概要
図1.モノリシック型光電子集積システムの概念と試作した光電子融合単位回路とチップ写真

Si集積回路(LSI)は,原子レベルにも到達しようという近年の微細化によって,微細化・高集積化による集積回路の動作速度の大幅な向上は困難となりつつある。本研究グループでは,Si集積電子回路と化合物半導体発光デバイスの集積・一体化に向けて,構造欠陥の無いIII-V-N/Si成長技術を基礎とし,Si上への化合物半導体デバイスの開発、光の並進性を活用した新しい光電子融合並列処理システムの開発を進めています。これまでに、無転位の結晶成長技術を基に、光電子誘導回路の試作に成功しています(図1)。 これらの研究は,原子レベルでの結晶成長機構の解明と,化合物/Si間の相互汚染問題解決可能な新しい結晶成長装置や、異種基板の直接接合装置を活用して行っています。

キーワード

光電子集積回路(OEIC),結晶成長,発光素子

テーマ2:窒化物半導体・Siヘテロジニアス集積化デバイス

概要
窒化物半導体マイクロLEDアレイを有するOEIC試作例

現在の情報処理社会では,その高度化が光通信とSi集積回路による電子情報システムが両輪となって進んで来ました。しかし,これらのシステムはこれまでそれぞれ別個のものとして開発が進められてきたこともあり,両システムの統合/融合には,大きなハードルがあります。このハードル解決の糸口として,Si系集積回路との一体形成可能な光デバイスの開発が候補に挙げられています。
本研究では、耐熱性・耐薬品性に優れ、紫外から近赤外までをカバーできるGaNに代表されるIII族窒化物半導体をSi集積回路に組み込むため、ウエハ直接接合による異種集積ウエハの開発と、デバイス作製プロセスの開発を進めています。このデバイスプロセスの開発と合わせて、4インチスケールでの窒化物半導体デバイスプロセスラインの構築も行っています。

キーワード

窒化物半導体,Si集積回路,ヘテロジニアス集積化

テーマ3:希土類添加III族窒化物半導体による新規光量子集積デバイスの基礎的研究

概要

現在の情報処理システムは、時系列処理を基本としておりその高性能化は、処理速度の向上で達成されてきました。しかし、さらなる処理速度の向上が年々困難となる現在、量子コンピューティングや生物に学ぶ超並列の情報処理システムが模索されています。
本テーマでは、環境温度の変化により発光波長,発光効率が変化しない希土類イオンを,優れた耐熱性により高いSi-CMOS集積回路作製プロセスへの適合性を有するIII族窒化物半導体に導入し、希土類イオンを用いた量子演算を可能とする集積化デバイスの基礎的研究を進めています。

キーワード

量子演算、希土類イオン、集積デバイス

担当授業科目名(科目コード)

学 部: 基礎電気回路 / 電気材料論 / 固体電子工学I /
大学院:電子デバイス論 / 先端融合特論Ⅰ/ 先端マイクロエレクトロニクス特論Ⅱ
国際プログラム:Semiconductor Physics

その他(受賞、学会役員等)

光・電子一体型センサ・プリプロセッサに関する研究
窒化物半導体ヘテロエピタキシャル成長とデバイス応用に関する研究
宇宙用太陽電池材料に関する研究


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