Samco-Interview
大阪公立大学 大学院工学研究科 電子物理系専攻
電子物理工学分野 教授

東脇 正高 先生
ひがしわきまさたか

今回の Interview は、大阪公立大学 大学院工学研究科を訪ね、東脇正高先生にパワーエレクトロニクスと極限環境エレクトロニクスに応用できる酸化ガリウム（ Ga2O3）デバイスのご研究についてお話を伺いました。
略

歴 1994年  3月
大阪大学基礎工学部物性物理工学科 卒業
1996年  3月大阪大学大学院基礎工学研究科物理系物性学専攻博士前期課程 修了
1998年  3月大阪大学大学院基礎工学研究科物理系物性学専攻博士後期課程 修了：博士（工学）1998年  4月－2000年  3月 日本学術振興会 博士特別研究員
2000年  4月－2004年  9月 郵政省通信総合研究所 研究員［2004年4月（独）情報通信研究機構に改組］
2004年10月－2007年  8月 情報通信研究機構 主任研究員
2007年  9月－2010年  3月 Department of Electrical and Computer Engineering, University of California,
Santa Barbara,Project Scientist（情報通信研究機構より転籍出向）
2010年  4月－2012年  9月 情報通信研究機構 主任研究員（転籍出向より復帰）
2012年10月－2013年11月 情報通信研究機構 未来 ICT 研究所 総括主任研究員
2013年12月－2016年  3月 情報通信研究機構 未来 ICT 研究所 統括兼 グリーンICT デバイス先端開発センター センター長
2016年  4月－2021年  3月 情報通信研究機構 未来 ICT 研究所
グリーンICT デバイス先端開発センター センター長
2021年  4月－2022年  3月 情報通信研究機構 未来 ICT 研究所 小金井フロンティア研究センター
グリーンICT デバイス研究室 室長
大阪公立大学 大学院工学研究科 電子物理系専攻 電子物理工学分野 教授
2022年  4月－現在

Ga2O3デバイスを実用化につなげるところまで研究を進めたいと考えています。

速トランジスタを作製するという研究テーマの前提が覆されたため、迷いましたが別の研究テーマに変えることにしました。
次のテーマはなんとしても成功させなけれ▶ 先生の現在のご研究についてご紹介ください。

量子細線の研究で博士の学位を取得しましばいけないと思い、当時はあまり研究が盛んた。冷水先生は富士通研究所の三村高志ではなかったミリ波 帯 向けの GaN-HEMT酸化ガリウム（ Ga2O3）という新しい半導名誉フェローと共に、世界で初めてGaAs-を研究テーマに選びました。ミリ波は波長が体の優れた材料特性を活かした、新機能電HEMT の 論 文を発 表したことで多くの 研

1~10 mm、30〜300 GHz の電磁波です。

子デバイス（トランジスタ、ダイオード）の研究

究 者 に 知られています。三 村フェローが実用を考えた場合、その頃の高周波 GaN-開発を進めています。Ga2O3は4.5 eVと大HEMT のアイデアを出され、GaAs の結晶

HEMT の性能限界は30 GHz 程度で、世間きなバンドギャップを持つことが特徴です。次成長を冷水先生の MBEに依頼して実現しではGaNはおおよそ30 GHz 以下の周波数世代パワーデバイスとして注目を集めるSiCた論 文です。そんなつながりもあり冷 水 研

帯で使うデバイスという認識でした。ですが、や GaN が持つ3.4 eVと比べ1eV 以上大き究室で博士課程を修了した後、富士通研究

GaN の物性を確認すると100 GHzまでは十く、Ga2O3 の方が高耐圧や大電流を流せると所の三村フェロー研究室へ研修生として行分使える可能性があったため、研究を始め比いった特性に優れます。また、極限環境と呼かせてもらいました。大学では主に材料の較的順調にデバイスの性能を示すところまでばれる高温、放射線下、腐食性ガスの中で使研究をしていましたが、富士通研ではInP-進捗しました。トランジスタの高周波特性のえるデバイスへの応用も目指しています。企HEMT の 研 究を通じてデ バイスプロセス

性能指数の一つに、動作可能な最高周波数業、国立研究機関、国内外の大学とも広く連を学びました。その後、1年半ほど在籍し、に相当する電流利得遮断周波数 fT という値携し、パワーエレクトロニクスと極限環境エレ

2000年4月に通 信 総 合 研 究 所（現 在の情があります。実際のデバイスはfT 値の半分ぐクトロニクスに応用できるGa2O3デバイスの報通信研究機構 : NICT）に研究員として入らいの周波数で使えるというのが目安になり研究開発を行っています。

所しました。

ます。そこで100 GHz 帯で使える高周波デ▶ ご研究を始められたきっかけと、現在に至通信総研では比較的自由に研究テーマをバイスを実現するため、fT 値200 GHzを目標選ぶことができたため、InP-HEMTを超えにしました。2002年の GaNトランジスタのる無線通信用の InN-FETを開発する研究

fT 値の最高記録は121 GHzでしたが、私た大阪大学の基礎工学部で学生時代を過に着手しました。これは野心的な研究テーマ

ちは2005年にfT 値152 GHz の性能を示しごしました。研究室配属の時に半導体に興だったのですが、2年半ほどでMBEを用いてた後、改善を重ね2007年に当時最高記録でる経緯についてご紹介ください。

味があったので、MBE（ Molecular Beam

良い結晶を成長させられるところまで進みまあった190 GHzを達成しました。200 GHz

Epitaxy: 分子線エピタキシー）によるGaAsした。ところが、理論上1.9 eVと言われていも手法を調整すれば実現するだろうと考えての薄 膜 成 長の研 究をされていた冷 水 佐 壽

たInN のバンドギャップが実際は0.6 eVだいました。

先 生の研 究 室に入りました。私はGaAs のという話が発表されました。1.9 eVで超高ひやみず さ と しvol.124 / 2024. JAN.

そんな時、幸運にもUCSB（ Universityof California, Santa Barbara: カリフォル

めていませんでしたが、ミリ波帯向けの GaN担当する形で共同研究を開始しました。そのニア大学サンタバーバラ校）へ行く機会を得系トランジスタ開発にも大きな予算が付くよう後、思いのほか早い段階でトランジスタとしてました。UCSBにはGaN 系トランジスタでになったため、そろそろ次の研究、新しいチャの結果が出ました。Ga2O3が半導体というこ有名なUmesh Mishra 教授が在籍しておらレンジをしたいと思うようになっていました。

れ、そのグループにNICT から転籍出向という形で2年半所属しました。UCSBでは自分に足りない部分と自分の強みを確認することができました。足りないと感じたのは、半導体▶ 酸化ガリウム（Ga2O3）のパワーデバイスのご研究を始められたきっかけを教えてください。とは知られていましたが、実際にトランジスタとして動作させたのはこれが世界初でした。このブレークスルーは、世界的にGa2O3デバイス研究が活発化するきっかけとなりました。
その後も、イオン注入ドーピング技術、耐物理、デバイスの基本です。本を読んで表面UCSBで感じた自分の強みがもう1つあり圧向上のためのフィールドプレートを設けたト的なことはわかっていましたが、UCSB の授ます。それは、材料とデバイス両方の経験ランジスタ、ダイオードの開発、パワーデバイ業を受けることで半導体物理の根本はどこかと知識を持っていることです。通常、材料のスとして構造的により適した縦型トランジスタということを改めて学びました。逆に自分の強研究者とデバイスの研究者は別々に専門化開発など、Ga2O3デバイス開発におけるマイみは、研究の計画や実行、思考の仕方や実しますが、私は両方の領域で経験を積んでルストーンとなる成果を発表してきました。最際の作業の速さで、この部分は米国の研究います。この経験から、新しい半導体材料を近、Ga2O3デバイスの放射線耐性をテストす使用してデバイスを開発することが自分ならるために、高線量γ線照射後も安定動作するできるだろうと思い至りました。新しい半導か、劣化していないかどうかを確認する実験の研究をしていたのですが、時間はありまし体材料とは、従来の半導体とは異なるバンドを行いました。加速器や宇宙応用では積算た。UCSB のクリーンルームはとても混んでギャップを持つ材料という意味です。半導体

照射量100 kGy（キログレイ）程度、原子炉者より優れているなと感じました。
UCSBでも引き続きミリ波帯 GaN-HEMTおり、学生や研究員に加え、キャンパス周辺の物性の多くはバンドギャップに依存するた応用では1 MGy 以上のγ線耐性が求められの企業の研究者も使用するので、自由に装置め、これが重要な要素となります。さきほどます。我々が作製したGa2O3トランジスタでを使うことができません。日本では朝から夜InN のバンドギャップが0.6 eVだとわかり研は、γ線1 MGy 照射後も問題なく動作するだまでクリーンルームで実験をしていましたが、究テーマを変えたと言いました。変えた理由

けでなく、大きな特性劣化も見られませんで

UCSBだとクリーンルームにいるのは半日ぐの1つは、0.6 eVだと同じバンドギャップを持した。この結果から、Ga2O3デバイスは、パらいです。そのため空いた時間に、「次に何つ他の半導体材料、例えば InGaAs や Ge

ワーエレクトロニクス応用だけでなく、耐放射の研究をしようか？」と考えることができましが存在するためです。Si、SiC や GaNとバ線デバイスとしての応用も期待できることがた。幸いミリ波 帯の GaN-HEMT の研 究でンドギャップと異なる材料を調べていたとこ示されました。

大きな進展があり、fT=190 GHzという自身ろGa2O3を発 見しました。Ga2O3に関するの日本での成果は、米国でもインパクトがあ論文を調査すると、京都大学の藤田静雄先生りました。例えば、私が渡米して１年半ぐらい（現サムコ株式会社 社外取締役）のお名前▶ ご研究の今後の展望についてお聞かせください。

した 頃 に、DARPA（ Defense Advancedが多数出てきますので、まずお声掛けしましGa2O3デバイスを実用化につなげるところ

Research Projects Agency: 国防高等研た。当時、藤田先生はGa2O3を用いて紫外まで研究を進めたいと考えています。先ほど究計画局）の GaN 系トランジスタの研究開発光素子への応用を目指されていたのです

お伝えした通り、実用化するのは企業の仕事発のプロジェクトが動き始めました。
企業や大規模な組織が自分と同じテーマの研究を開始すると、私は新しい研究テーマが、私は「ユニポーラでできるパワーデバイで、自分の役割は企業が本格的に研究開発スにも適用できるのでは？」と考え、相談させを始めるところまでデバイス開発を進めることていただきました。

です。既にGa2O3デバイスの自社開発を行っに移ることを考えます。それは、企業が多くのそ の 後、2010年 に 帰 国、NICTに 復 帰ている企業もありますが、まだ様子見段階のと資金、人材を投入する場合、大学や公的なしてGa2O3デ バイス研 究をスタートしようころが多いと感じています。もう一歩踏み込研究機関では競争に勝つのが難しいということ考えていると、藤田先生を通じてたまたまんで、企業が本気でGa2O3デバイス製品化とが理由の一つです。また現在、大学にいる

Ga2O3 基板を独自開発している企業から共に向けた開発をスタートしてくれれば、もう自私にとって、その競争に加わる必要も無いと同研究のお話がありました。そして、その企分の役割は九割終わりかなと思っています。

考えています。私は大学の研究者で、しかも業からGa2O3 基板とエピ成長膜を提供して2018年に我々が発表した縦型 Ga2O3トラ

純粋な物理学ではなくエンジニアリングを専もらって、私はトランジスタの作製、評価をンジスタも、単に縦型構造にしたというだけで門としています。したがって、企業が本格的な研究開発を始めると私の使命は終わり、企業が製品を開発する役割を担うのだと思います。そのため、企業が本格的な研究開発に取り組む段階に進むと、私たち大学の研究者は新しい分野に進み、新しいアイデアを再び企業に提供するという関係が良いと考えています。
UCSB 滞在中は、日本に戻るかどうかも決

図1. 東脇先生の研究経歴のご紹介資料より

はなく、Si、窒素のイオン注入ドーピングを用思っていません。もう1つは自己評価です。

いて作製できるという点が重要だと考えてい自分自身が自分の研究にどれだけ満足できます。これは、イオン注入というシンプルかているかが、私にとって最も重要な評価基準

つ構造設計自由度が大きい工程を用いてデとなっています。たとえ他人からの評価が高バイスを作製できることは、生産性の向上にくても、自分自身が充実感を感じられなけれ直接的につながるからです。「この成果をば、研究を続ける意欲が湧かないこともあり発表すれば、企業での研究開発は一気に動ます。Ga2O3トランジスタを初めて動作させくだろう。」と期待していましたが、実際のとた時はものすごく嬉しかったです。正直なところ、まだもう一押しという感じです。現在、ころ、「自分の研究人生におけるハイライト総務省からの受託研究において、他大学やではないか？」とも思います。ただ、次の10企業と協力しながら、その一押しをなんとか年、20年でもう1つ自己満足できるような研しようと努力しています。

究を成し遂げたいと考えています。

昨年度大学に本務を移したので、今後再最後に、私は多くの人から教えをいただき、度 MBEを活用した新材料開発に真剣に取また支えてもらいました。恩返しとまでは言り組むことを考えています。残りの研究生活

ロードロック式RIE装置RIE-200NLと東脇先生いませんが、今後研究、教育を通じて、同じように若い世代のサポートをしていきたいとで、もう1つブレークスルーと言ってもらえるような新しい成果を世に出したい気持ちが方もいますが、私は考えた上で行動すること思っています。特に、研究室に所属する学生あります。MBEによる新半導体材料の発掘の重要性を強調しています。このアプローチが、何十年か後に「この研究室にいて良かっに挑戦したいと思います。

は研究だけでなく、社会でどんな仕事をするた。」と思えるよう頑張りたいと思います。
▶ 最後にサムコに対して、一言お願いします。

20年以上前の装置ですが、サムコさんの装置は壊れにくいのでまだまだ使えると思います。

サムコさんの装置は、日本のメーカーらしく壊れにくく安定していて、使い勝手が良い印象です。サポートも充実していて、とても上でも求められると考えています。「研究目満足しています。今後、期待したいのはサム標を設定した上で、どういう手段をとれば実コさん独自の装置を開発されることです。半

現できるのか、その可能性はどれくらいか、導体の装置産業を見ていると、米国企業がNICT のクリーンルームのサムコ製の装他の方法はないのか、1番可能性が高いの開発して普及した装置を、日本のメーカーが置を長年使っていて、最近大阪公立大学にはどれか、とにかく考えよう。」と言い続けて追随することがよくあります。そうではなく、▶ 弊社の装置をご使用いただいておりますが、ご感想をお聞かせください。

も同じRIE 装 置 RIE-200NLを導 入しましいます。選択肢が出たら、自分の頭でそれらサムコさんから世界に発信する新しい装置た。NICTでは20年以上使っていた装置でを考察し、可能性が高いものから実験してを開発してはどうかと思います。例えば、ミスすが、使いやすくて不満はありません。大学

みる。その後、実験データを検証し、思わぬトCVD 装置です。確かサムコさんも開発しにも同じ機種を入れましたが、以前のものよ結果が出た場合には原因を分析する。このていたと思うのですが、ミストCVD 装置は、りインターロック機能も増えていて、学生にプロセスを繰り返すことで成功確率を高めα-Ga2O3 の成膜装置として優れています。

も安心して使ってもらえます。2022年に塩ることができます。「考えるのに上手いも下ですが、ミストCVＤの特徴を考えると、他に素ガス系の RIE-200NLを導入して、今年手もない。そこを端折るのは許さない。とにも多くの用途があります。ALDより厚い膜フッ素ガス系用にもう1台同装置を購入しま

かく一生懸命考えて、最善を尽くすことが大を、カバレッジ性良く、ハイアスペクト比条件した。塩素系 RIE 装置は、主にBCl3ガスを事。」ということを常に学生に言い聞かせるでも成膜できますので、コーティングやパッシ用いたGa2O3 エッチングに使用しています。

ようにしています。ただ、できる限り優しい感ベーションへの応用が有望と思います。使い近々導入するフッ素系装置は、絶縁膜であじで伝えることも心がけています。

勝手も良いし、材料選択性もあります。ミストるSiO2 や ALD 成膜したAl2O3 の加工に使研究者としては、自分自身が自分の研究CVD の成膜特性を考えると、Ga2O3 以外う予定です。また、まだ立ち上げ中ですが、にどれだけ満足しているかを大切にしていまにも用途はたくさんあると思います。サムコさTEOS-SiO2 成 膜用の PD-240もNICT かす。評価基準は2つです。1つは他人からのんから世界初の装置が登場し、次世代デバら大学へ移設させて頂きました。こちらも20評価です。他人からの評価は、研究資金のイス開発に貢献することを期待しています。

年以上前の装置ですが、サムコさんの装置獲得やキャリアに欠かせないもので、無視では壊れにくいのでまだまだ使えると思います。

きない部分ではあります。しかし、私は他人▶ 日頃のご研究において、心掛けておられることをお聞かせください。

学生には常々「考えて」と言っています。
「とにかく行動してみることが大事」というの評価だけを追求することはあまり好ましくお忙しいところ貴重なお時間をいただき、ありがとうございました。

サムコさんから世界初の装置が登場し、次世代デバイス開発に貢献することを期待しています。
2-4