大学院工学研究科

森研究室

機能性結晶の実用化でイノベーション創出< スタッフ > 森 勇介 教授、吉村 政志 教授（兼）、今出 完 准教授、今西 正幸 助教

本研究室では、機能性材料の創製から高品質結晶化技術の研究開発により、新しい結晶を実用化することで、イノベーション創出と社会貢献を目指しています。
レーザーダイオード
による高効率照明

TOPIC

最新研究トピック

ワイドギャップ半導体プロジェクト

ホウ酸系非線形光学結晶の開発と応用研究

ワイドギャップ半導体：窒化ガリウム(Gallium Nitride: GaN)

全固体紫外レーザー光源

次世代高効率照明・ハイパワー・高周波電子デバイス

研究室で発見した非線形光学結晶

非線形光学結晶でレーザーの色（波長）を変える

発光ダイオード（LED）

光デバイス

赤外固体レーザー

レーザーダイオード

pn接合縦型
GaNデバイス緑色レーザー

非線形光学結晶

紫外レーザー

LED植物工場

次世代照明

３D立体テレビ

レーザーディスプレイ

高周波パワーデバイス

赤外光から緑色光への変換例
OSA TOPS Vol.19 cover (1998)

CLBO: CsLiB6O10（株）光学技研

GdYCOB: GdxY1-xCa4O(BO3)3
堺化学工業（株）

電子デバイス
パワーデバイス
スーパーハイブリッドカー 次世代ネットワーク

省エネ白物家電製品

Naフラックス法*による低転位GaNウェハの開発

世界最高クラスの紫外光出力を発生
・CBO λ355nm 100W （阪大・三菱電機（株））
・CLBO λ266nm 42W （阪大・三菱電機（株））
・CLBO λ213nm 10W （阪大・三菱電機（株））
・CLBO λ193nm 0.5W （（株）ニコン）
・CLBO λ189nm 10mW

CBO: CsB3O5

BABF: BaAlBO3F2

KAB: K2Al2B2O7

新しい全固体179nm光源の開発(*1997年山根氏ら(東北大学)により発見)

高温(>850℃)のGa-Na混合融液に高圧(>30atm)
でN2を溶かし込みGaNを合成する手法
成長中に自然に転位が曲がり，収束するため，低転位GaN結晶の成長が可能

半導体フォトマスク検査装置
フォトマスク欠陥検査に必要な真空紫外レーザー光源にCLBOが搭載（世界中の半導体製造現場で普及）

高温高圧結晶育成装置

ポイントシード技術

ポイントシード結合成長技術

微小種から高品質バルク結晶成長

複数の微小種から成長した
高品質結晶を結合

半導体フォトマスク
結合GaN結晶は、自然にサファイア基板から剥離する
X線回折法による曲率半径評価

サファイアの孔内部で転位が終端

スマートフォン、スーパーコンピュータ等の先端電子機器の開発に貢献

2cm超のバルクGaN単結晶

超高品質CLBO（Osaka CLBOTM）を製造するベンチャー企業の起業準備中

006 GaN X線ロッキングカーブプロファイル(Spring-8にて測定)

カソードルミネッセンス像のマッピング結果

バルク結晶から切り出した
c面GaNウェハ

計算値

今後の応用分野：レーザー加工機応用

実験値

多層プリント基板のマイクロビア加工（ガラス複合材）
ワイドギャップ材料（ダイヤモンド、SiC、サファイヤ、GaN）のダイシング加工

結合が開始した初期段階では結合境界に明確な欠陥が存在するが，成長とともに結合界面の欠陥が減少し，前面にわたって低欠陥な結合結晶が得られる．

市販CLBO

プリント基板の微細孔加工Osaka CLBOTM

三菱電機（株）独自に開発したポイントシードを用いることで，極めて転位密度が(観測 未加工のGaNテンプレートは、GaN層とサファイア基板の熱膨張係数差により反りが大きい. 一方、ポイントシード加工後は反範囲において)ほぼゼロであり，かつ，X線回折法により極めて高い完りが解消し，それを種として極めて反りが小さい結合GaN結晶全性を実証した．(006GaN半値幅：2.1arcsec(計算値：2.0arcsec))が得られる．(曲率半径は100m以上(市販品：~10m))

Osaka CLBOTM

機能性有機結晶の育成技術開発

タンパク質結晶の育成技術開発と創薬応用
物質・材料

構造ゲノム科学時代の創薬

有機非線形光学結晶DAST（世界最高品質）

リード化合物（新薬候補化合物）→ テラヘルツ電磁波発生
4-dimethylamino-N-methyl-4- stilbazolium tosylate (DAST)
H 3C

タンパク質の立体構造

Delay stage-Short pulse laser

Ｘ線結晶構造解析

PC antenna (LT-GaAs)
Polyethlene filter

OSO

Parabolic mirror

ゲルと溶液の境界にレーザー照射することで、タンパク質をゲルに強制注入して核発生確率を向上させる技術

利点

結晶化溶液

ComputerTHz wave

KTP(2) 1=1450nm
2=1250~1445nm
Filter100

Detector(DTGS)(2 kHz)20(c) Pump wavelength: 1560 nm
2.46 mm DAST emitter
0.35 mm DAST emitter

1510500101234Frequency (THz)

567Vacuum unit

10.105101520

Frequency (THz)

育成バッチ

Chopper

Window

Mirror Lens

KTP(1)

0.01

・結晶の物理的・化学的強度の向上
・結晶の高品質化

DAST

Amplitude (a.u.)MirrorNd:YAG/SHG laser=532nm, =8~10ns
PRF=20Hz

ゲルー溶液境界に核発生したタンパク質結晶を溶液攪拌しながら育成し、結晶品質を向上させる技術

Rock-in amplifier

DAST

THz wave peak power (W)撹拌Current amplifier

Silicon lensTHz wave
Polarizer
Lens

5 mm

Dual-wavelength OPO・結晶個数増加、低過飽和度で核発生・結晶の高品質化・結晶析出位置の制御
低過飽和条件で膜タンパク質多剤排出トランスポーター（AcrB）の結晶化に成功！

Pump

Lens

CH3

タンパク質・レーザー分子注入法の開発

タンパク質・ゲル上攪拌法の開発

Beam splitter

N + C H3

O

利点ProbeN

H 3C

タンパク質の結晶化

鍵と鍵穴の関係を探る!

タンパク質結晶

φ2インチの結合GaN結晶

結合界面のカソードルミネッセンス像
結合初期
結合後期

KLA-Tencor社 Teron 600シリーズ

2530

化学・医療に重要な電磁波領域（光とミリ波の間の未踏領域）

DASTを搭載したTHz分光システム（大塚電子（株））

ゲル

薬剤有機化合物の準安定多形の選択晶出技術の開発

攪拌技術やレーザー核発生誘起技術によるタンパク質高品質化の例
Tomato mosaic virus 130Kタンパク質～植物ウイルス感染病関連タンパク質～

中性子回折法によるHIV-1プロテアーゼ構造解析
阻害剤↓
超音波、フェムト秒レーザーを用いて経時安定性に優れた結晶晶出に成功

溶液撹拌
溶液撹拌
0.1mm

異方性の無い高品質結晶
2.0 Å分解能
立体構造解析に成功！
2mm2を越える結晶

観測した水分子水素原子（vdw表示）（ball & stick表示）
HIV-1プロテアーゼ中の水分子計測に成功!

500μm

解熱鎮痛薬アセトアミノフェン
準安定Ⅱ形結晶

URL：http://cryst.eei.eng.osaka-u.ac.jp/
86

100 Opto Researches

抗炎症薬インドメタシン
準安定γ形結晶