利用報告書 / User's Reports


【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.09】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23NM5073

利用課題名 / Title

ワイドバンドギャップ半導体の微細構造形成・デバイス応用

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）-

【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）-

キーワード / Keywords

化合物半導体/ Compound semiconductor


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)

大島 孝仁

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

大井 暁彦,渡辺 英一郎

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution


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

NM-633：SiO2プラズマCVD装置 [PD-220NL]
NM-603：レーザー描画装置 [DWL66+]
NM-649：FE-SEM+EDX [SU8230]
NM-509：デュアルビーム加工観察装置
NM-609：電子銃型蒸着装置 [ADS-E86]


報告書データ / Report

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

ワイドギャップ半導体に対して、選択成長や選択ガスエッチングなどの新たな加工方法を提案し実際に検証した。

実験 / Experimental

例えば、β-Ga2O3については、まずプラズマCVD装置（ARIM利用）によりSiO2マスクを堆積し、レーザーリソグラフィ（ARIM利用）によりマスクに微細パターンを形成した。そして、そのマスクに対して、独自の設備を用いた選択成長や選択ガスエッチングにより、β-Ga2O3に微細加工を行った。その加工後の微細構造観察では、電子顕微鏡（ARIM利用）や集束イオンビーム電子顕微鏡複合装置（ARIM利用）を利用した。また、この微細構造をデバイスに応用するために、レーザーリソグラフィ（ARIM利用）や電子ビーム蒸着（ARIM利用）を利用してトランジスタ作製も試みた。

結果と考察 / Results and Discussion

形成された微細構造は、側壁面が表面エネルギーが最小の(100)ファセットで構成されており非常に平坦であった（図1 左参照）。また、選択成長によるβ-Ga2O3フィントランジスタ構造についても作製が可能であった（図1 右参照）。このように、選択成長や、選択ガスエッチングは、β-Ga2O3微細構造デバイス形成に有用な手法であることがわかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


図1 Ga2O3高アスペクト構造とそのデバイス応用の例。


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)
  1. Yuichi Oshima, Homoepitaxial growth of 1ˉ02  β-Ga2O3 by halide vapor phase epitaxy, Semiconductor Science and Technology, 38, 105003(2023).
    DOI: 10.1088/1361-6641/acf241
  2. Takayoshi Oshima, Epitaxial relationship of NiO on ( 1̅ 02) β-Ga2O3, Japanese Journal of Applied Physics, 62, 128001(2023).
    DOI: 10.35848/1347-4065/ad0ac9
  3. Yuichi Oshima, Effect of the temperature and HCl partial pressure on selective-area gas etching of (001) β-Ga2O3, Japanese Journal of Applied Physics, 62, 080901(2023).
    DOI: 10.35848/1347-4065/acee3b
  4. Hitoshi Takane, Rutile-type Ge x Sn1−x O2 alloy layers lattice-matched to TiO2 substrates for device applications, Applied Physics Express, 17, 011008(2024).
    DOI: 10.35848/1882-0786/ad15f3
  5. Takayoshi Oshima, Using selective-area growth and selective-area etching on (−102) β-Ga2O3 substrates to fabricate plasma-damage-free vertical fins and trenches, Applied Physics Letters, 124, (2024).
    DOI: 10.1063/5.0186319
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Riena Jinno, Takayoshi Oshima, Yuichi Oshima “Growth of α-(Al,Ga)2O3 films lattice-matched to α-Cr2O3 by mist-CVD” 5th International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials, Berlin, Germany (May 26–31, 2024)
  2. Takayoshi Oshima, Rie Togashi, Yuichi Oshima “N2-diluted H2 gas etching of (-102) β-Ga2O3 under atmospheric pressure” 5th International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials, Berlin, Germany (May 26–31, 2024)
  3. Takayoshi Oshima, Yuichi Oshima, Shinji Nakagomi “Structural characterization of homoepitaxial and NiO heteroepitaxial films, and selective-area-grown/-etched structures on ("1" ̅02) β-Ga2O3 substrates” 5th International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials, Berlin, Germany (May 26–31, 2024)
  4. 神野莉衣奈，大島孝仁，大島祐一，深津晋 “α-Cr2O3基板に格子整合したα-(Al,Ga)2O3の成長” 第71回応用物理学会春季学術講演会，東京都市大学（2024年3月22–25日）
  5. 大島孝仁，富樫理恵，大島祐一 “(-102) β-Ga2O3への大気圧下での窒素希釈水素ガスエッチング.” 第71回応用物理学会春季学術講演会，東京都市大学（2024年3月22–25日）
  6. 大島孝仁，中込真二 “(−102)面β-Ga2O3基板上NiO膜のエピタキシャル構造” 第71回応用物理学会春季学術講演会，東京都市大学（2024年3月22–25日）
  7. 大島孝仁，大島祐一 “ファセット形成を利用したβ-Ga2O3の微細加工” 日本学術振興会第R032委員会「ワイドギャップパワー半導体：β-Ga2O3とダイヤモンド」, 四日市, 三重県（2024年1月12日）.(招待）
  8. 大島祐一，大島孝仁 “β-Ga2O3基板に対するHClガスエッチングの温度とHCl分圧依存性” 第84回応用物理学会秋季学術講演会，熊本城ホールほか, 熊本県（2023年9月19–23日）21p-P09-29.
  9. 大島孝仁，大島祐一 “(−102)面β-Ga2O3基板に対する選択成長と選択エッチング” 第84回応用物理学会秋季学術講演会，熊本城ホールほか, 熊本県（2023年9月19–23日）20p-A302-5.
  10. 大島祐一，大島孝仁 “(−102)面β-Ga2O3基板上のホモエピタキシャル成長” 第84回応用物理学会秋季学術講演会，熊本城ホールほか, 熊本県（2023年9月19–23日）20p-A302-4.
  11. 高根倫史，大島孝仁，田中勝久，金子健太郎 “r-GexSn1–xO2の成長機構とコヒーレント薄膜の作製” 第84回応用物理学会秋季学術講演会，熊本城ホールほか, 熊本県（2023年9月19–23日）20a-A302-6.
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：3件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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