グリーンデバイス

The Front Line of Research
理工学部　勝俣　裕
する
（ Electroluminescence
）照 明、
EL
（ Light Emitting Diode
）や
LED
グリーンデバイスには、「創エネ」
環境配慮型半導体
が望まれます。
の放出を抑制した低炭素社会の実現
循環させることにより、二酸化炭素
セス技術などが、グリーンデバイス・
さらにはそれらを製造する装置・プロ
電 気 を 蓄 え る リ チ ウ ム イ オ ン 充 電 池、
有機
る太陽電池や熱電素子、省エネに貢献
びます。例えば、エネルギーを創出す
技術を総称してグリーンデバイスと呼
ネ 」な ど 環 境 維 持 に 役 立 つ デ バ イ ス・
れ て い ま す。「 創 エ ネ 」「 省 エ ネ 」「 畜 エ
を 維 持（ 保 護 ）す る 」と い う 意 味 が 含 ま
に は、 緑 色 の・ 新 鮮 な 等 の 他 に「 環 境
」の 意 味
グ リ ー ン デ バ イ ス の「 green
グリーンデバイス（ Greendevice
）とは
理工学部電気電子生命学科准教授
「省エネ」「畜エネ」の効果だけでなく、
現在の環境汚染問題や将来の資源の
枯 渇 問 題 に 対 処 す る た め に「 環 境 配
慮 型 半 導 体 」材 料 を 用 い る こ と が 重
要です。環境配慮型半導体とは、地
球上に豊富に存在し、生体・環境に
対する毒性が軽微な材料より構成さ
れる半導体材料のことです。当オプ
トバイオエレクトロニクス研究室で
は、シリコン、ガリウム、アルミニ
ウム、鉄ならびに大気中に存在する
1992年 明治大学工学部電気工学科卒業
1997年 明治大学大学院理工学研究科
博士後期課程修了、博士
（工学）
京都大学工学部付属イオン工学実験施設講
師
（研究機関研究員）
循環型・低炭素社会
技術の範疇に含まれます。
1969年 神奈川県生まれ
株式会社東芝生産技術センター
プロセス研究センター勤務
現職
半導体デバイス・プロセス工学
に示します。
時間の熱処
帯の発光強度
以下のシリコンナノ
に
緑 色 で 発 光 さ せ る こ と が で き ま す。
コンをナノ結晶化することにより青
示します。可視領域で光らないシリ
溶液試料からの発光観測例を図
リコンナノ結晶を純水中に抽出した
した試料の電子線回折パターンとシ
結晶をスパッタリング法により形成
中に粒径
できます。次に、シリコン酸化膜の
シリコン太陽電池の効率向上が期待
サ イ ド 薄 膜 を 積 層 す る こ と に よ り、
コン基板の上に良質なベータ鉄シリ
が増大することが分かります。シリ
晶性が改善し、 μ
理後、ベータ鉄シリサイド薄膜の結
性を図
シリサイド薄膜の光学的・構造的特
着することにより作製したベータ鉄
鉄をシリコン基板上に電子線加熱蒸
）な ど で す（ 図 １）。 真 空 中 で
（ LED
ア ル ミ ニ ウ ム・ 窒 化 ガ リ ウ ム 等
電 素 子 ）や ナ ノ 結 晶 シ リ コ ン・ 窒 化
ベ ー タ 鉄 シ リ サ イ ド（ 太 陽 電 池・ 熱
開発に取り組んでおります。例えば、
慮型半導体の材料・プロセス技術の
窒素、酸素等の元素からなる環境配
れ、電力の安定供給が危惧されてお
は再び「冬の時代」を迎えると予想さ
今年の福島原発の災害により、原発
再度、推進されてきました。そして、
」なエネルギーであるとして、
「 clean
スを排出しない原子力発電こそが、
電時に二酸化炭素などの温室効果ガ
が 問 題 視 さ れ 始 め、 そ の 結 果、 発
1990 年 代 初 頭 か ら 地 球 温 暖 化
時 代 」を 迎 え ま し た。 し か し、
発 事 故 以 降、 数 年 間、 原 発 は「 冬 の
1986 年 の チ ェ ル ノ ブ イ リ 原
2010年〜
3
“Fabrication of Heterostructure p- β
-Fe0.95Mn0.05Si2/n-Si Diodes by Fe+ and Mn+ CoFilms, 381, 244-250 (2001).
implantation in Si (100) Substrates” Thin Solid
“The e f f ect o f Cr y st a l l ine St r uct ure on
Target” Physics Procedia, 11, 158-162 (2011).
by Pulsed Laser Deposition Using Two Types of
【主な所属学会】
応用物理学会、Materials Research Society、電気化
学会、日本希土類学会
照 明、 創 エ ネ の た め の 太 陽
LED
済を牽引していく産業分野として期
への応用などを含め、今後の世界経
からだけでなく、農業や自動車産業
ンデバイスは、地球環境という観点
が活かせる分野です。今後、グリー
的に付与してきた日本の技術の強み
製品に環境維持に役立つ機能を積極
イスや素材を改善することで、電気
グリーンデバイスは、個々のデバ
子が形成できます。
セスを用いて、シリコン可視発光素
して、低コストで環境に優しいプロ
の毒性が軽微なシリコンを原材料と
このように資源が豊富で生態環境へ
要であり、エネルギー資源を再生・
グリーンデバイス・技術の開発が必
動 な ど ）を 効 率 的 に 活 用 す る た め の
ど ）や 未 利 用 エ ネ ル ギ ー（ 排 熱、 振
太陽熱・水力・風力・バイオマスな
再生可能な新エネルギー（太陽光・
ラ 等 に 導 入 さ れ て い ま す。 今 後 は、
電池等が家電・自動車・社会インフ
や
あり、省エネのためのパワー半導体
グリーンデバイスの活用が不可欠で
次に照明です。電力不足の解消には、
はモータをはじめとした動力であり、
ります。電力需要の大半を占めるの
【主な論文】
待できます。
38
The Quarterly MEIJI
vol.51 2011 Summer
39
2000年〜 2010年
20
m
Photoluminescence of the β- FeSi2 Film Prepared
図３　（a）SiO2 膜中に埋め込まれたナノ結晶
Si 粒子の透過電子顕微鏡（TEM）像。ナノ結晶
Si 粒子の形成を示す格子縞が観測された。(b)
純水溶液中に抽出したナノ結晶 Si 粒子からの
青緑色発光。He-Cd レーザー（325nm）により
光路に存在するナノ結晶 Si 粒子が励起され、
青緑色に光る様子を示す。
1997年〜 2000年
1.5
Hiroshi
Katsumata
図２　β -FeSi2 薄膜の（a）PL 発光スペクトル
の熱処理時間依存性（測定温度 25K）、（b）電子
線回折像
（as-depo）、（c）電子線回折像（20 時間
熱処理後）
。
（a）において、A バンド はβ -FeSi2
薄膜固有の発光、B バンド は積層欠陥からの
発光、C バンドはβ -FeSi2 の不純物準位に起因
する発光である。
2
10
n
m
研究最前線
図１　環境配慮型半導体材料とそれらを構成す
る元素の資源寿命
研
環境配慮型
「グリーンデバイス」で循環型・
低炭素社会の実現に貢献する
！　理