【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KT1182
利用課題名 / Title
半導体異種材料接合の研究
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（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
ダイヤモンド, GaN HEMT, 素子温度, 自己発熱,高周波デバイス/ High frequency device,ダイシング/ Dicing,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology
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)
重川 直輝
所属名 / Affiliation
大阪公立大学 大学院工学研究科
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
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
Si基板上に結晶成長された窒化物エピタキシャル層をダイヤモンド基板およびSiC基板上に転写し、GaN HEMTを作製した。素子特性評価により、ダイヤモンド上GaN HEMTの自己発熱が同一層構造からなるSiC上GaN HEMT、Si上GaN HEMTと比較して著しく抑制されることを示した。
実験 / Experimental
Si上窒化物エピタキシャル基板をダイシング後、結晶成長用Si基板を除去し、エピタキシャル層裏面を表面活性化接合によりダイヤモンド基板およびSiC基板と直接接合した。GaN HEMTを作製し、顕微PL法を用いて動作中の素子の表面温度を測定した。温度の電力依存性から各素子の熱抵抗を求めた。
結果と考察 / Results and Discussion
表面が支持基板に固定された窒化物エピタキシャル層裏面を20 mm角ダイヤモンド基板と接合した（Fig. 1(a)）。支持基板を除去し（Fig. 1(b)）、ダイヤモンドに接合された窒化物層をプロセスして素子を作製した（Fig. 1(c)）。素子断面のSEM観察（Fig. 1(d)）、TEM観察（Fig. 1(e)）により素子プロセス後も良好な接合が維持されていることを確認した。SiC基板と接合された窒化物層から作製したSiC上GaN HEMT、Si基板上GaN HEMTと動作中の素子温度の上昇を比較し（Fig. 2）、ダイヤモンド上素子の熱抵抗はSiC上素子の~50%、Si上素子の~25%となることを示した。この結果により、ダイヤモンド//窒化物接合上に窒化物素子を作製することにより熱抵抗の著しい低減が可能となることを明らかにした。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1. (a) A carrier substrate/nitride/diamond junction. The diamond substrate is 20 mm by 20 mm. (b) A nitride/diamond junction achieved by removing the carrier substrate. (c) GaN-on-diamond HEMTs fabricated on the nitride/diamond junction. Cross sectional (d) SEM and (e) TEM images of fabricated GaN-on-diamond HEMTs.
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)
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Ryo Kagawa, High Thermal Stability and Low Thermal Resistance of Large Area GaN/3C‐SiC/Diamond Junctions for Practical Device Processes, Small, 20, (2023).
DOI: 10.1002/smll.202305574
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