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业务通讯 2012年

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SEI WORLD 2012年6月号(vol.417)

充满梦想的材料—化合物半导体。

林 秀树

  走在世界的前沿—住友电工开发化合物半导体已有50多年的历史。
  下面由这一研究开发的中心人物、我公司研究员林秀树先生介绍一下化合物半导体材料的魅力以及它的应用远景。

化合物半导体的开发史

能制作各种设备的出色材料

  与用于集成电路等的硅半导体不同,化合物半导体由两种以上元素组成,被广泛用于我们的日常生活中。例如,光纤通信用激光、受光元件和手机等无线通信系统用各种晶体管,以及CD、DVD、蓝光(Blu-ray)等的光源、照明用白色LED等。

  通过混合多种元素并改变元素的混合比,能在半导体基板上制成具有所需物性值的半导体薄膜。而通过将多种半导体薄膜按照设备设计进行三维分布,就能制成各种具有不同功能和特性的设备。这就是化合物半导体的魅力。它能制作硅半导体所不能实现的半导体激光等光设备、比硅半导体具有更出色特性的高频晶体管和下一代动力设备等电子设备。

世界最大的化合物半导体材料综合厂商

  世界上最先开发化合物半导体基板并将之事业化的就是住友电工。早在半个世纪前的1961年,住友电工就开始了化合物半导体的开发研究。其后,在基板之外,还展开了对设备的研究,最近更是成功开发了用于蓝光(Blu-ray)光碟的蓝紫色激光用GaN(氮化镓)基板,并将之产品化。现在,住友电工已成为世界上最大的化合物半导体基板综合厂商。

  我进公司后30多年来一直从事化合物半导体设备的研发和产品化。在最近的十年间主要研发使用能量带隙较大的SiC(碳化硅)和GaN等半导体的下一代动力设备。

  在化合物半导体中,如何使仅有几纳米厚的薄膜结晶在整个基板结晶上均匀成长,是非常困难的。在1980年代的开发初期,市场上还没有功能出色的结晶成长装置,因此大家是从制作装置开始着手的。在历经艰苦制成装置后,利用此装置生成了薄膜多层结构,最终成功制成半导体激光,性能在当时达到世界领先水平。此项研究成果还在美国的学会上进行了发表,让我们感到荣幸且开心之至。

让技术人员获益非浅的充满魅力的材料

  在本公司的研究部门,推崇每个人富有创意,并为之努力奋斗的文化氛围。向上司提出方案,获得批准后即可启动小规模的研究工作,通过定期评估,也有可能发展为大型项目。在这种良好的环境中,我也与化合物半导体设备这一“妖魔”耗上了。

  “如能有这种东西就好了”,当这种想法浮现时,利用混合各种元素而成的化合物半导体,设计新结构设备,并使其能够工业生产化,这一过程对技术人员来说最充实最快乐。当然,这其中要攻克很多坚固的堡垒,成功之路并不平坦,因此目前还在奋斗中。

  为了尽可能让更多的人了解化合物半导体设备的有趣之处,一有机会我便在各地进行演讲说明。这也是我作为一名研究员的本职工作。今年3月,我就前往美国专利局,向约200名专利审查官讲解了化合物半导体设备的妙趣和未来展望,以及本公司的相关活动等。

为了节能、环保的未来

  化合物半导体设备有哪些应用展望呢?其中之一是节能。电力的转换和控制靠动力设备,但全球消耗的所有能源中,约5%是被动力设备损耗掉的。所以,为了降低损耗,我们正努力研发能量带隙较大的半导体动力设备。预计在不远的将来,化合物半导体动力设备能代替部分硅动力设备,为节能社会做出贡献。

  在半导体激光、受光元件等光设备领域,目前正在开发以前未能实现的波长段的设备。例如,在波长较长的红外线领域等,可望应用于医疗、食品检测、安全、无线数据通信等。在波长较短的绿色领域,也在努力推出以前未能实现的半导体激光产品。这种绿色激光的实用化将使手机上能够装载小型投影仪。在波长更短的领域,将来能推出紫外线光源,用小型光源代替使用有害物质的水银灯泡。今后还会出现更多的化合物半导体设备,可望实现更舒适更清洁的节能世界。

  在更远的将来,利用化合物半导体设备高效储存能量、释放能量也不是不能实现的梦想。在本公司开始开发化合物半导体的50年前,根本不能想象现在的这种情况。这样想的话,几十年后实现梦想的可能性是很大的。

  在过去的30多年里,研发工作并不总是一帆风顺的,可以说失败多于成功。但是,只有不畏失败勇敢挑战,从失败中汲取经验,才能推出新产品。

致各位青年研究人员

  希望各位青年研究人员能树立10年后、20年后的远大梦想。并为实现这一梦想,制定每年的目标,并付诸于行动,这样,毎天的工作便会更有意义,从而获得成果。

PROFILE

林 秀树 Hideki Hayashi
研究员/工学博士/信息通信和系统事业本部 技师长

自1978年进公司以来,一直从事化合物半导体设备的研发和事业化。历任光电研究所所长、半导体技术研究所所长、动力设备开发室室长等,后任现职。2004年起为本公司研究员。

■学会
  • ・IEEE会员
  • ・应用物理学会会员
  • ・电子信息通信学会评议员
  • ・辐射科学研究会评议员
  • ・日本工程科学院理事
■人物侧影

喜欢看电影,最近10年看过1000多部电影。会自制原创剪贴簿,将看过的作品逐一记录下来。“很喜欢在电影中体会不同文化和环境下的人生”。

・“Blu-ray”是美国 Blu-ray Disc Association在美国及其他国家的商标或注册商标。

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