【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23NM5066

利用課題名 / Title

電子ビームリソグラフィー装置を用いたGaN系材料の微細加工評価

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

CVD,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter,フォトニクス/ Photonics,量子効果/ Quantum effect,原子層薄膜/ Atomic layer thin film

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

井村 将隆

所属名 / Affiliation

物質・材料研究機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

都筑康平

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大里啓孝,簑原郁乃,吉田美沙

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-621：FE-SEM [S-4800]
NM-614：CCP-RIE装置 [RIE-200NL]
NM-633：SiO2プラズマCVD装置 [PD-220NL]

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年、GaN系材料を用いた半導体デバイスの進展は著しく、青色・緑色短波長可視光LED・青紫色LDおよび高周波・高出力スイッチングデバイスが光・電子デバイスの市場を席巻しつつある。本研究では、GaN系材料にナノオーダーの加工を施すことで、同材料が有すポテンシャルを更に引き出し、光・電子デバイスの特性を飛躍的に向上させる。光デバイスにおいては、面内均一性の優れた多重量子井戸構造を発光層・光導波路として用い、所望の波長(電磁波)と共鳴する構造を探索するために、超微細加工装置で蜂の巣型ナノフォトニック結晶構造を付与し、その光学特性を評価することを目的とする。一方、電子デバイスにおいては、GaN系材料の自発分極およびピエゾ分極を利用して、電子・正孔キャリアを誘起し、微細加工を施すことでその電気的特性を評価することを目的とする。

実験 / Experimental

本研究では、特異な光・電子機能を付与するために、SiO2をマスクにしてGaN系材にナノスケールの微細加工を施した。まずTEOS-CVDを用いてSiO2堆積し、その後SiO2マスクを電子ビーム露光装置とICP-RIEを用いて形成した。続いて原子層エッチング装置を用いて、SiO2ナノパターンマスクを形成したGaNにナノスケールの加工を行った。各工程での加工評価はSEMを用いて実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

ナノパターンを有すSiO2を得るために、またナノパターンのSiO2を用いてGaNにナノスケールの加工を行うために、TEOS-CVD装置、電子ビーム露光装置、ICP-RIE装置、ALE装置の最適化を行った。その結果、円孔パターン構造(直径:80 nm~200 nm, 深さ:~300 nm)をGaNに付与することに成功した。続いて加工したGaN試料の光学的特性評価を行い、電磁波シミュレーションとの結果と比較した。一部、シミュレーション結果と異なる点があったため、デバイス加工の精度の向上等が必要であると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件