【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.15】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NM5484
利用課題名 / Title
GaNトポロジカル面発光レーザー実現に向けたデバイスプロセスの開発
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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
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,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,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,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光デバイス/ Optical Device,量子効果デバイス/ Quantum effect device
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
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）-
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トポロジカル構造を形成することで、同材料が有すポテンシャルを更に引き出し、光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、超微細加工装置で三角格子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。
実験 / Experimental
本研究では、まずMOCVD装置を用いてInGaN/GaN多重量子井戸構造(中心発光波長525-530 nm)をGaN/Sap基板上に形成した。続いてTEOS-CVD装置を用いてSiO2を堆積し、その後ナノパターンを有すSiO2を電子ビーム露光装置とICP-RIE装置を用いて形成した。ここではEBレジストをマスクに用いた。続いてALE装置を用いて、SiO2ナノパターンマスクを形成したGaNにナノスケールのトポロジカル構造加工を行った。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、円孔パターン三角格子構造(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