上智大学 理工学部 機能創造理工学科 教員紹介｜下村和彦教授の光集積回路・光デバイス研究
こんにちは！KOSSUN教育ラボ教務担当（上智大学推薦入試サポート）です。
今回のテーマは、
「上智大学 理工学部 機能創造理工学科の下村和彦教授と、光集積回路・光デバイスの研究」です。
スマートフォンで動画を見たり、クラウド上のデータを利用したりするとき、私たちは大量の情報を瞬時にやり取りしています。その通信を支える重要な技術の一つが「光」です。今回は、光を利用して情報を伝えるデバイスや回路を研究する下村和彦教授について、高校で学ぶ物理や数学とのつながりも意識しながら見ていきましょう。
下村和彦教授はどんな研究をしている？
下村和彦教授は、上智大学 理工学部 機能創造理工学科に所属しています。上智大学の公式情報では、主な研究テーマとして「ナノ構造デバイスを用いた光集積回路、光インターコネクション」が紹介されています。
また、上智大学大学院の公式情報では、光集積回路・光デバイスを研究分野とし、有機金属気相成長、選択成長技術、量子ドット、波長スイッチ、光インターコネクション、シリコン基板上半導体光デバイスなどが研究内容として示されています。
「ナノ」「半導体」「光」と聞くと、高校生にはかなり専門的に感じられるかもしれません。しかし、研究の入り口には、高校物理で学ぶ波や電気、原子といった内容があります。それらを大学でさらに発展させることで、私たちが普段利用している情報通信を支える技術へとつながっていきます。
光集積回路とは何だろう？
集積回路という言葉を聞くと、コンピュータやスマートフォンに使われる半導体チップを思い浮かべる人もいるでしょう。下村教授が研究する「光集積回路」では、光を発生させたり、導いたり、切り替えたりするためのさまざまな機能を小さな基板上にまとめることを目指します。
その研究と深く関わるのが、光インターコネクションです。インターコネクションとは、機器や回路の間で情報をやり取りするための接続を意味します。電気信号だけでなく光を利用して情報を伝送することで、情報通信に必要な電気エネルギーを抑えることなどが研究されています。
インターネットやデータセンターでは膨大な情報が処理されています。通信量が増えれば、情報を速く送ることだけでなく、そのために必要となるエネルギーについても考えなければなりません。光デバイスの研究は、通信技術だけでなく、エネルギー利用という社会的な課題にもつながっています。
シリコンの上に光デバイスをつくる
下村教授の研究では、シリコン基板上の半導体光デバイスも重要なテーマです。過去に公開された上智大学理工学部の研究情報では、シリコン基板上半導体レーザや、シリコンプラットフォームへの光デバイス集積化技術などが研究テーマとして紹介されています。
シリコンは、現在の電子機器を支える代表的な半導体材料です。そのシリコンを基盤として、光を扱う機能も組み込もうとする研究は、電子技術と光技術をつなぐ試みと考えることができます。
ここで登場するのが半導体レーザです。レーザというと強い光を思い浮かべるかもしれませんが、通信分野では情報を光信号として送り出すためにも利用されています。光をどのように発生させ、どの経路に通し、どのように必要な場所へ届けるのか。その一つひとつに、物理学と工学の知識が使われています。
「量子ドット」から見えるナノの世界
下村教授の研究に関連するキーワードの一つが「量子ドット」です。量子ドットとは、電子の動きを非常に小さな領域に閉じ込める半導体の微細構造です。サイズがナノメートルという極めて小さな世界になると、私たちが普段目にしている物質とは異なる性質が現れることがあります。
高校物理では、電子や原子、光の性質を学びます。大学ではそこからさらに進み、「小さな構造の中で電子はどのように振る舞うのか」「その性質を光デバイスにどう生かせるのか」といった問いを考えていきます。
また、有機金属気相成長という技術も下村教授の研究分野に含まれています。これは、原料となる気体を利用して半導体の結晶を成長させる方法の一つです。理論だけでなく、実際にどのような構造をつくれば目的とする機能を実現できるのかという「ものづくり」の視点も必要になります。
高校の物理・数学はどうつながる？
下村教授の研究を高校での学習と結びつけるなら、まず光について考えてみるとよいでしょう。
高校物理では、光の反射や屈折、波としての性質などを学びます。しかし大学では、「非常に小さな構造の中に光を通したらどうなるのか」「光の波長によって異なる信号をどのように扱うのか」など、より具体的な技術の問題へと発展していきます。
数学も重要です。関数や微分・積分は単に問題集の答えを出すためのものではなく、光や電磁波などの物理現象を表現し、その変化を分析するための道具になります。
だからこそ、「物理の点数が高いから向いている」と単純に考えるのではなく、「授業で学んだ光の性質が、実際の通信技術ではどう使われているのだろう」と疑問を持つことも大切です。
身近なインターネットから研究テーマを考えてみる
高校生でも、下村教授の研究につながる問いを身近なところから見つけることができます。
たとえば、「なぜ光ファイバーでは大量の情報を送れるのだろう」「動画や生成AIの利用が増えると、データセンターではどれくらいの情報がやり取りされるのだろう」「情報通信の高速化と消費電力にはどのような関係があるのだろう」といった疑問です。
大切なのは、最初から高度な半導体研究を理解していることではありません。興味を持った技術について調べてみると、その背景に光、電気、半導体、材料、エネルギーなど複数の分野が関わっていることが分かってきます。
上智大学 理工学部 機能創造理工学科は、公式サイトでも、物理学や数学などの理学と、材料、デバイス、電子機器、エネルギー、機械システムなどの工学を融合的に学ぶ学科として説明されています。下村教授の光デバイス研究も、こうした学科の幅広い学びを理解する具体例の一つです。
推薦入試では「なぜ興味を持ったのか」を深めよう
推薦入試に向けて下村教授の研究を調べる場合、「光通信に興味があります」「半導体を研究したいです」と言うだけで終わらせないことを意識してみましょう。
たとえば、日常的に利用しているインターネットから通信技術に興味を持ったのであれば、そこから「通信量の増加に対応するには何が必要なのか」「光を使うことで何が変わるのか」「通信技術とエネルギー問題はどのようにつながっているのか」と問いを広げることができます。
科学部やコンテストなどの特別な経験がなくても構いません。物理の授業、探究活動、ニュース、スマートフォンなどをきっかけにした疑問でも、調べて考えることで大学の学びとの接点を見つけられます。
出願書類や面接に向けても、自分の経験を並べるだけではなく、「何を疑問に思ったのか」「調べて何が分かったのか」「さらに何を知りたいのか」「なぜ上智大学 理工学部 機能創造理工学科で学びたいのか」と順番に整理してみると、自分の問題意識が見えやすくなります。
光通信の裏側にある科学を調べてみよう
私たちが何気なく使っているインターネットの裏側には、光、半導体、電気、材料など、さまざまな科学技術があります。下村和彦教授の研究は、その中でも光を利用した情報伝達を支えるデバイスや回路に関わるものです。
「スマートフォンの通信はどうやって届いているのだろう」「光と電気では情報の伝わり方はどう違うのだろう」といった小さな疑問からでも構いません。高校で学んでいる物理や数学と、大学で行われている研究の間にどんなつながりがあるのか、ぜひ調べてみてください。
そして、下村教授だけでなく、上智大学 理工学部 機能創造理工学科のほかの教員や研究テーマにも目を向けながら、自分が興味を持っている科学技術と大学での学びをつなげて考えてみましょう。
もし一人で整理するのが難しいと感じたら、KOSSUN教育ラボの無料個別相談も活用してみてください。
※本記事は、記事作成時点で上智大学公式サイト等に掲載されている情報を確認したうえで作成しています。入試制度、出願資格、試験内容、日程、カリキュラム、教員の所属・研究分野などは変更される場合があります。受験を検討している方は、必ず上智大学公式サイトおよび対象年度の最新の入学試験要項をご自身で確認してください。
KOSSUN教育ラボでは、上智大学の推薦入試対策に特化した
上智大学合格プロジェクト
を完全定員制（先着10名限定）にて設け、専門性の高い個別サポートを行っています。
限られた時間の中でも本気で上智大学合格を掴み取りたい方は、今すぐ 無料個別相談会 にお申し込みください。
※この記事は専門家による監修のもと執筆されています。
この記事を監修した人
川又 ヒトミ（かわまた・ひとみ）
KOSSUN教育ラボ プロ講師
【略歴】
お茶の水女子大学卒業後、私立高校に入職。進路指導部長を務め、大学入試改革や新学習指導要領、ギガスクール構想など変化する教育現場にて指揮を執る。
プロ講師に転向後は、上智大学をはじめ、難関大学に毎年多数の合格者を輩出。最新情報を駆使した戦略的な指導に定評がある。塾生はもちろん、保護者、講師からも一目置かれ、「合格請負人」の異名を取る人気講師として知られる。
著書に『総合型選抜・推薦型選抜で「凡人」が難関大に合格る本』（ビジネス実用社）。
