【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23BA0011
利用課題名 / Title
窒化アルミニウム(AlN)を用いた高温デバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
筑波大学 / Tsukuba Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by 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）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（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
蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,電子顕微鏡/ Electronic microscope,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor,パワーエレクトロニクス/ Power electronics,光導波路/ Optical waveguide,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,エレクトロデバイス/ Electronic device,光デバイス/ Optical 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)
奥村 宏典
所属名 / Affiliation
筑波大学数理物質系
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
都筑康平,瀬尾翼
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
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
BA-004：電子線蒸着装置
BA-009：パターン投影リソグラフィシステム
BA-012：反応性イオンエッチング装置
BA-013：半導体特性評価システム
BA-022：超高温炉
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
窒化アルミニウム（AlN）を用いたショットキーバリアダイオード(SBD)の作製を行うため、 筑波大学の設備を利用してデバイス加工および電気的特性評価を行った。
実験 / Experimental
1. サファイア基板上3 um厚AlN層をDOWAエレクトロニクスマテリアル社より購入し、イオンテクノセンターにSiイオン注入を委託した。
2. ダイシン
グ(BA-007)によりにより1 cm角にカットした。
3. 高温炉(BA-022)を 用 いて、 N2雰囲気下 1×10^4 Paで 1500 ℃において 30分間熱処理をした 。
4. スピンコーター(BA-011)を用いて試料上にフォトレジス トAZ5214Eを均一に塗布した（5000 rpmで、30 秒間）後、ホットプレートを用いて110 ℃で2分間加熱した。
5. リソグラフィシステム（BA-009）を用いて電極パターンを露光（露光時間 26 μs、defocus: +2 )後、現像液 NMD-3を用いて 1分間現像し た 。
6. 電子線蒸着装置（BA-004） を用いて、メタルマスクとして、Ni(50 nm)を蒸着した後、アセトンによりリフトオフした。
7. 産総研NPFの塩素系ICP-RIEを用いてメサ構造を形成した後、硫酸＋過酸化水素溶液でNiを除去した。
8. 4と５のプロセスを繰り返し、産総研NPFでTi(20 nm)/Al(100 nm)/Ti(20 nm)/Au (50 nm)を蒸着し、アセトンによりリフトオフした。
9. 4と5のプロセスを繰り返し、電子線蒸着装置（BA-004） を用いて、試料裏面にNi(20 nm)/Au(50 nm)を蒸着した。
10. 触針式表面段差計(BA-014)で電極厚さを計測した。
11. プロセス後の表面および素子形状をそれぞれ走査型プローブ顕微鏡(BA-006)と
電界放出型走査顕微鏡(BA-008)で観察した。
12. 半導体特性評価装置 (BA-013, BA-016, BA-017)で C-V、I-V特性評価を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
本研究では、 AlNを 用いた縦型ショットキー障壁 ダイオード (SBD)の作製と高温での電気的特性評価 を行った。827 ℃と、世界最高温度での動作に成功した。また、同様の手法で作製したAlNチャネルMESFETでは、727℃での動作に成功した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
高温プローバー
ダイオードの特性
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
800 ℃を超える高温環境で利用可能な半導体素子を開発：https://www.tsukuba.ac.jp/journal/technology-materials/20230630140000.html
プロセスの詳細：https://researchmap.jp/h_okumura/openfacility
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)
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Jiro Nishinaga, Annealing effects on Cu(In,Ga)Se2 solar cells irradiated by high-fluence proton beam, Japanese Journal of Applied Physics, 62, SK1014(2023).
DOI: 10.35848/1347-4065/acc53b
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Hironori Okumura, Pseudomorphic growth of Si-doped α-(AlGa)2O3 on m-plane α-Al2O3 substrates by molecular beam epitaxy, Japanese Journal of Applied Physics, 62, 065504(2023).
DOI: 10.35848/1347-4065/acda02
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Hironori Okumura, Temperature dependence of electrical characteristics of Si-implanted AlN layers on sapphire substrates, Applied Physics Express, 16, 064005(2023).
DOI: 10.35848/1882-0786/acdcde
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Hironori Okumura, Degradation of vertical GaN diodes during proton and xenon-ion irradiation, Japanese Journal of Applied Physics, 62, 064001(2023).
DOI: 10.35848/1347-4065/acddb4
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Yun Jia, Electrical properties of vertical Cu2O/β-Ga2O3 (001) p–n diodes, AIP Advances, 13, (2023).
DOI: 10.1063/5.0168841
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