モートン・B・パニッシュ

モートン・B・パニッシュ（1929年4月8日生まれ）はアメリカの物理化学者であり、 1970年に林一夫とともに室温連続波 半導体レーザーを開発した。この功績により、 2001年に先端技術部門の京都賞を共同受賞した。

パニッシュは1986年に米国工学アカデミーに選出され、1987年には米国科学アカデミーに選出された。

モートン・パニッシュは1929年4月8日、ブルックリンでイシドール・パニッシュとファニー・パニッシュ（旧姓グラッサー）の子として生まれ、ブルックリンで育った。^{[3] [1]} 12歳の時、ポール・デ・クライフの『 Microbe Hunters』という本に強い影響を受け、科学者としてのキャリアは刺激的なものだという印象を受けた。エラスムス・ホール高校に進学し、コロンビア大学での博士課程で新しい有機化合物の合成について化学の代用教師から聞いた話に魅了された。1947年に卒業し、ブルックリン・カレッジに2年間通った後、デンバー大学に編入した。1950年に卒業。デンバーに到着して間もなく、化学の授業で将来の妻となるエブリン・チャイムと出会う。大学院1年生の時に結婚した。

パニッシュはミシガン州立大学の大学院に入学し、物理化学を専攻し、有機化学を副専攻した。修士論文は「いくつかの有機化合物の電気双極子挙動の一連の測定」に関するもので、彼はそれをそれほど難しいとは考えていなかった。^{[2]彼の指導教官はカナダ人で}ライナス・ポーリングの元教え子であるマックス・ロジャースであり、ロジャースは彼の博士論文も指導した。その研究はハロゲン間化合物に関するものだった。原子炉燃料の処理に使用されるこれらの化合物は反応性が高く危険であり、パニッシュが実験を終えた後、別の学生が爆発で重傷を負った。彼は将来は危険性の少ない材料を研究しようと決心した。^[2]

1954年から1957年まで、パニッシュはテネシー州のオークリッジ国立研究所で溶融塩の化学熱力学を研究し、その後マサチューセッツ州に移りAVCO社の研究開発部門で働いた。この部門とアメリカ空軍の主な契約は、熱核兵器を大気圏に再突入させるための乗り物を開発することだった。パニッシュはこの仕事に消極的だったが、政府は予算の5%を基礎研究に割り当てた。1957年から1964年まで彼は難治性化合物の化学熱力学に取り組んだが、政府が基礎研究への資金提供を打ち切ったため退職することを決意した。^{[1] [2]}

パニッシュはオークリッジの仕事に就く前にベル研究所に応募して不採用になったが、今度は採用された。彼は1964年6月に物理学者ジョン・ゴールトが率いる固体電子工学研究所で働き始めた。彼はIII-V半導体の研究部門に所属していた。III-V半導体とは、周期表のIII族とV族の元素が組み合わさった化合物で、例えばガリウムヒ素（GaAs）である。彼は、さまざまなIII-V化合物の固溶体間の状態図を決定し、それらの半導体の電気的特性を決定する不純物元素の制御を調査するための一連の実験を計画した。^[2]

1966年、ガルトはパニッシュと日本の物理学者林一夫にレーザーダイオードに関する問題の調査を依頼した。注入レーザーとしても知られる最初のこの種のレーザーは、 1962年にシラキュースとスケネクタディのゼネラルエレクトリックのグループ、IBMのトーマス・J・ワトソン研究センター、MITリンカーン研究所によって独立して開発された。^[4]これらの初期のレーザーは、ほとんどが単一のGaAsの塊から作られており、動作するために高い電流密度を必要としたため、非常に低い温度でのみ連続動作することができ、室温ではほんの一瞬しか動作できなかった。実用的な通信システムで使用するには、室温で連続動作する必要がある。^[2]

この問題の解決策は、 1963年にハーバート・クローマーによって理論的に提案された二重ヘテロ接合レーザーであったが、クローマーは、異なるバンドギャップを持つIII-V化合物間の理想的なインターフェースを提供するために、III-V半導体の適切な（格子整合した）組み合わせが必要であることを示唆できなかった。最初のCWレーザーに使用されたそのような材料の組み合わせは、同じ格子定数を持つGaAs（ガリウムヒ素）とアルミニウムガリウムヒ素であった。アイデアは、より小さなバンドギャップを持つGaAsなどの材料を、より大きなバンドギャップを持つアルミニウムガリウムヒ素（AlAsとGaAsの固溶体）などの材料の2つの層の間に置くというものであり、これにより電荷キャリアと光学場（光）がこの層に閉じ込められ、レーザー発振に必要な電流が削減された。^{[5] ：151}パニッシュと林一雄は、最初にシングルヘテロ構造レーザーを、次にダブルヘテロ構造レーザーを独立して開発した。しかし、室温で連続動作する最初の二重ヘテロ構造レーザーの発表は、林とパニッシュが同様の結果を発表する1か月前の1970年に、ジョレス・アルフェロフによって出版された。レニングラードのグループとニュージャージーのグループの間には、アルフェロフによるニュージャージーの研究所への訪問、パニッシュと林によるレニングラードのアルフェロフの研究所への訪問など、ある程度の接触があったものの、2つの成果は独立して得られたものである。パニッシュは新しい形式の液相エピタキシーを使用してウェハーを作る実験を行い、林はレーザーの特性をテストした。パニッシュと林は、最終的なデモンストレーションの数週間前に、いくつかのウェハーでCW動作と思われるものを観察した。それは、レーザーの寿命が長くなり、レーザー発振スペクトルの完全なプロットが得られるまで待たなければならなかった。 1970 年の戦没将兵追悼記念日の週末、パニッシュが家にいる間に、ハヤシはダイオードを試し、摂氏 24 度をわずかに超える温度で連続波ビームを放射し、当時入手可能な非常に低速の装置で完全なスペクトルをプロットすることができました。

室温レーザーはすぐにRCA研究所、標準電気通信研究所、日本電気（NEC）で再現された。その後数年間で、レーザーはより長寿命で信頼性も高まった。ベル研究所では、実用的な装置を作る仕事がバーニー・デローチに与えられた。しかし1973年1月、彼らは彼にこの問題に関するすべての作業を中止するように言った。彼の記憶によれば、彼らの考えは「空気はすでにあるし、銅もすでにある。新しい媒体なんて必要ないか？」というものだった^{[5] : 157}

連続波半導体レーザーは光ファイバー通信、レーザープリンター、バーコードリーダー、光ディスクドライブの光源に直接つながったが、これらの技術から利益を得たのはAT&Tではなく、主に日本の起業家であった。^{[6] : 252  [7]}日本での成功は、日本に帰国していたパニッシュの元パートナー、林一夫によってさらに促進された。

二重ヘテロ構造レーザーの研究の後、パニッシュは 1970 年代後半を通して他の共同研究者とともにレーザー構造のさまざまなバリエーションを実証し続けましたが、1992 年までの彼のキャリアの残りの期間の主な研究目的は、分子線エピタキシーの使用によってもたらされた新しい機会を活用して、他のデバイス (検出器、量子井戸の物理とデバイス、超高速ヘテロ構造トランジスタ) や小さな層状構造の物理の研究のために、GaAs-AlGaAs 以外の III-V 系で格子整合した半導体ヘテロ構造を生成することでした。

• 1979年電気化学協会電子部門賞
• 1986年電気化学協会固体メダリスト
• 1987 C&C賞（日本）
• 1990年 国際結晶成長賞
• 1991年 IEEEモリス・N・リーブマン記念賞
• 1994年 冶金学会ジョン・バーディーン賞
• 2001年京都賞先端技術部門

パニッシュの主な著作は以下の通りである: ^[1]

• Hayashi, I.; Panish, M.; Foy, P. (1969 年 4 月)。「低閾値室温注入レーザー」。IEEE Journal of Quantum Electronics。5 ( 4): 211–212。Bibcode : 1969IJQE ....5..211H。doi : 10.1109/JQE.1969.1075759 。
• Panish, MB (1970). 「室温閾値が 2300 A/cm² と低い二重ヘテロ構造注入レーザー」.応用物理学レター. 16 (8): 326–327.書誌コード:1970ApPhL..16..326P. doi :10.1063/1.1653213.
• Hayashi, I.; Panish, M.; Foy, P. (1970). 「室温で連続動作する接合レーザー」.応用物理学レター. 17 (3): 109. Bibcode :1970ApPhL..17..109H. doi :10.1063/1.1653326.
• Hayashi, I.; Panish, M.; Reinhart, FK (1971). 「GaAs AlxGa1−xAs ダブルヘテロ構造注入レーザー」. Journal of Applied Physics . 42 (5): 1929. Bibcode :1971JAP....42.1929H. doi :10.1063/1.1660469.

• パニッシュの写真（IEEE）