【緑色光を12倍増幅！未来のLED革命】【23卒】 トヨタ自動車 技術職の内定ES(エントリーシート) No.73998（大阪府立大学大学院/男性）（2022/4/28公開）

ナノ構造を用いた窒化物半導体LEDの高効率発光 続きを読む

窒化物半導体LEDは照明をはじめ、ディスプレイ、植物栽培、殺菌洗浄など様々な場面で活用されています。なかでも、場所を選ばないLEDによる植物栽培は、気候変動や人口爆発による食糧問題の解決の一手として期待されています。また、RGBによる人体に優しいLED照明や、マイクロLEDディスプレイは次世代デバイスとして注目されおり、持続可能な社会の実現のためにLEDデバイスの有用性とその省エネ需要が高まっています。しかし、緑色領域の発光効率が低く、アカデミックレベルでは約50％、市販品は20～30%に留まっています。そこで、緑色光の発光効率を高効率化することを本研究の最終目的としました。私はナノスケールの金属構造で光をキャッチして増幅する「プラズモニクス」というナノテクノロジーに注目しました。光を増幅しやすい銀ナノ粒子を用いたプラズモニクスの利用を考えましたが、先行研究では緑色光にうまく作用していませんでした。そこで、卒論研究では紫外光の増幅も視野に入れ、窒化物半導体と銀の物性を調べるところから始めました。すると、半導体上に作製した銀ナノ粒子が時間経過と共に崩壊していく現象を発見しました。私は電子に関する物性値に注目し、半導体と銀の間に酸化薄膜を形成することでナノ粒子の崩壊を抑制し、合わせて紫外光を増幅することにも成功しました。さらに、その発光メカニズムを光学シミュレーションによって解析した際に、半導体と金属の間に挿入した酸化薄膜はナノ粒子の崩壊を抑制するだけでなく、光の増幅にも関与していることが分かりました。この結果から、発光をより大きく増幅できる酸化薄膜の条件も特定することができました。また、半導体上の金属ナノ構造が崩壊する原因についての考察も深め、検証を重ねることで成果を出し、国際会議を２つ含む６つの学会で発表しました。そして、これまでの成果を論文にまとめ、科学誌に投稿しました。 続きを読む

半導体上の銀ナノ粒子が崩壊してしまい、光を増幅するどころか光の損失が大きくなるという問題に直面しました。私は、半導体と銀の電子に関する物性値に大きなギャップがあることに着目し、その中間の値をもつ物質を間に挿入してギャップを緩和することで、ナノ粒子の崩壊を抑制できました。また、銀ナノ粒子が崩壊する原因の包括的な仮説を考え、立証することにも苦労しました。銀がイオン化することがナノ粒子の崩壊原因であると予想し、対照実験を行うことでその仮説を立証できました。さらに、ナノ粒子の崩壊に繋がる銀のイオン化は何がトリガーとなって起こるのかも考えました。キーワード検索で関連が強そうな論文を絞り込み、厳選した数十本の論文の中から自分に必要な情報を拾い読みすることで効率的に知識を増やしたり、周りの人と議論したりもしました。その結果、半導体表面の原子サイズの欠陥が銀のイオン化を誘発していることを突き止めました。 続きを読む

ナノ構造を用いた窒化物半導体LEDの高効率発光と機械学習を用いた金属ナノ構造の作製手法の最適化 続きを読む

これまで効果的な手法がなかった緑色光を増幅する手法を模索し、緑色発光を高効率化することを目指して修論研究に取り組みました。先述の酸化薄膜を用いた構造で光学シミュレーションを行ったところ、これまでは難しかった緑色光をキャッチしやすくなり、約8倍の緑色光の増幅が期待できることが分かりました。しかし、実験結果は光の損失が大きく、予想を大きく下回りました。そこで私は、これまで主流だった金属を用いるプラズモニクスをあえて使わずに、酸化薄膜と半導体の相互作用を起こす前例のない手法を考案しました。その結果、緑色光を約12倍に増幅し、発光効率を約40%にすることができました。この発光メカニズムの究明に取り組むなかで、デバイス構造に改善の余地があることに気づき最適化したところ、増幅比を約23倍に引き上げられました。この成果は学術的にも実用的にも技術革新を起こすものだと考え特許を出願し、2つの国際会議で発表予定です。 また、プラズモニクスに用いる金属ナノ構造は、低コストで大面積にナノ構造を作製できる手法で作製しています。しかし、ランダムにナノ構造が発生するため、配置パターンの予測が難しいという課題を抱えていました。私は、このパターン形成を予測することで、制御できないかと考えました。文献調査の結果、拡散方程式という数式でパターン形成を説明できることが分かりました。そこで、自身で学んでいたPythonのスキルを活かし、拡散方程式を解くアルゴリズムを作成したところ、実験結果の再現に成功しました。現在は、計算や実験に用いるパラメータに機械学習を応用したりパターンの予測画像を種類ごとに識別する画像認識AIを実装するなど、金属ナノ構造の最適な作製条件を導き出すシステムの構築に取り組んでいます。画像認識AIに関しては、当初25％未満であった認識精度を99％以上にまで上げることができました。 続きを読む

既存の技術では難しかった緑色光の増幅を、専門外の文献からもヒントを得て、複数分野の知識を掛け合わせることで可能にしました。酸化物を半導体表面に成膜して、その表面に紫外線を照射することで半導体と酸化物が相互作用を起こし、緑色発光の効率が上昇します。この現象の原理の解明にはとても苦労しました。まず光学分野か結晶分野のどちらの現象なのかを特定するための実験を行いました。その結果、結晶分野の現象であることが示唆されました。さらに裏付けを得るための別の実験も行いました。これらの結果と自身の卒業研究から、この発光効率の改善は、発光を阻害する半導体内の欠陥を酸化物の原子が修復することが要因であると分かりました。また、Pythonのスキルを活かした研究テーマでは、計算パラメータが無数にあり解析に膨大な時間がかかるため、演算からデータの保存までを自動で行うアルゴリズムを開発し効率的にデータを収集しました。 続きを読む

Pythonを用いたAIスキルの習得と活用 続きを読む

学部３年生の時から現在に至るまで 続きを読む

学部３年生の時に自主的にPythonを学び始め、データサイエンスや画像認識AIの技能を習得しました。もっとAIスキルを高めたいと思い、修了すればAI技術の資格「E資格」の受検も可能になる長期インターンに参加しています。そこでは、ニューラルネットワークを用いたデータ解析や画像認識AIの利用シーンの考案と実装などを通して様々なAI技術を習得しました。さらに、一般的なデータを機械学習できるように作り替える手法やAIの精度を上げるノウハウも学び、現在はディープラーニングの最終課題に取り組んでいます。そして、身に着けたAI技術を自身の研究活動にも活用し、周りの研究室メンバーを巻き込んで、AI技術を活用する新たな研究チームを結成しました。このように、主体的に新しい技術を学び、実際に身の周りの課題解決に活用する力や、周りを巻き込んでボトムアップで発信していく力を、未来創生センターでも活かせると考えます。 続きを読む

所属していたテニスサークルの新入生と活動人数の増員を狙った新歓合宿の企画 続きを読む

2017年４月～2021年３月 続きを読む

合宿の企画運営と渉外 続きを読む

新入生の数が減少傾向にあることや初心者が入会後に活動から遠ざかってしまうという課題がありました。初心者の割合が増え、サークル構成員の特色が変化するなかで合宿や練習メニューなどの既存の体制が経験者主体のままになっていることが原因だと考えました。そこで、合宿の企画運営や渉外を担当していた私は、経験者も初心者も皆が楽しめる新歓合宿を作りたいという思いを同期メンバーに伝えました。その際、初心者と経験者両方に配慮した提案をすることで賛同を得られました。そして議論を円滑に進められ、初心者も楽しめる新しい練習メニューやスケジュール、予算案などを皆で話し合うことができました。その結果、合宿の参加者は前年比の約２倍の８０人を超え、前年比の約３倍の４０人以上の新入生が入会してくれました。この経験から、周りを巻き込んで目標を共有し、仲間の協力を引き出すには周囲の人の思いを汲み取ることが大切であると学びました。 続きを読む

社交的で誰とでも仲良くなれる人 続きを読む

サークルでは、一部の限られたメンバーだけでなく、全員で楽しめるサークルにしたいと思っていたので、分け隔てなく多くのメンバーと接し、メンバー間の架け橋になっていたからだと思います。人見知りせず、初対面の人ともすぐ打ち解けることができ、慕ってくれる後輩や本音で語り合える同期や先輩も多いと感じています。 続きを読む

私は仕事を通して、地球環境に配慮しながら全ての人がより豊かな暮らしを実現できる持続可能な社会を実現したいです。都市部だけでなく過疎地域に住む人や障がいを抱える人も皆が快適に暮らせる社会を形成し、環境課題にも取り組むことでそういった社会の持続に貢献したいと考えます。また、お互いに学びあい高めあう職場風土のなかで、主体的に取り組みながら知識を共有して皆で社会の役に立つプロダクトを作り上げたいです。 続きを読む

ソフトウェアとハードウェアの技術を掛け合わせて、まだ世の中にない新しい価値づくりに挑戦したいです。私は、大学で電気電子分野の専門知識を身に着け、研究活動では半導体や光の技術を磨き、AIを具体的なモノに落とし込む力も習得しました。また、インターンシップを活用し、集積回路やAIに関するより実践的な技術を身に着けました。加えて、10年間野球に励んだことで身に着いた忍耐力やここぞという時の瞬発力があります。このような強みを活かして、半導体、光、AIの技術を集結したセンサーシステムを開発したいです。そして、地方も含めた全ての都市をセンサーを活用したスマートシティにして、幸せを量産したいです。 続きを読む