【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2512
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）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
キーワード / Keywords
多結晶ダイヤモンド, 窒化物半導体エピタキシャル層,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology,ダイシング/ Dicing,ワイドギャップ半導体/ Wide gap 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)
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)
高出力・高周波トランジスタであるGaN HEMTの性能向上には、その放熱特性の改善が不可欠である。ダイヤモンド基板に直接接合された窒化物半導体エピタキシャル層（GaN on diamond）上にHEMTを作製することにより、放熱特性に優れたGaN HEMTが実現される。GaN on diamond構造の大面積化を目指し、1インチ及び2インチ多結晶ダイヤモンド基板と窒化物半導体エピタキシャル層の接合を作製した。2端子（TLM）素子作製及び2端子素子の放熱性の面内均一性を評価した。
実験 / Experimental
Si上に結晶成長された窒化物半導体エピタキシャル基板をダイシングソー（KT-219）、紫外線照射装置（KT-221）を用いて所定の大きさにダイシングした。Si基板を除去後にエピタキシャル層を多結晶ダイヤモンド基板と直接接合（転写）し、窒化物半導体素子を作製した。通電時の素子表面の温度を顕微PL法により測定した。
結果と考察 / Results and Discussion
ダイシングされた窒化物エピタキシャル層を2インチ多結晶ダイヤモンドに転写した。ほぼ全面での接合を実現した。2インチ多結晶ダイヤモンド基板上に作製した電極間距離64μm、チャネル幅400μm のTLM素子を8 W/mmで動作させた。31個の素子についてチャネル中心の温度上昇は24.4±4.8 Kであった。同一エピタキシャル層構造からなる同一形状素子のSi基板上のTLM素子31個のチャネル中心の温度上昇は121.2±5.8 Kであった（図参照）。多結晶ダイヤモンド上素子の温度上昇はSi上素子の1/5という低い値となった。かつ、その面内ばらつきは2種類の基板上で同程度（多結晶ダイヤモンド上4.8 K、Si上5.8 K）であった。この結果はエピタキシャル層のSi基板からの分離・多結晶ダイヤモンド基板への転写が界面の熱特性のばらつきを増加させないこと（接合界面の熱特性が良好な面内均一性を示すこと）を意味する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図 （左）2インチ多結晶ダイヤモンド上（左）及びSi上（右）窒化物半導体TLM素子（電極間距離64μm、チャネル幅400μm）の通電時のチャネル中心における温度上昇の基板面内分布。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[対外発表] 本学と共同でA-STEPを受託する住友電気工業から成果の報道発表を行った。「2インチ多結晶ダイヤモンド基板上のGaN-HEMTの作製に成功 通信用基幹デバイスの大容量化と低消費電力化に貢献」（https://sumitomoelectric.com/jp/press/2025/03/prs029 2025.3.11）
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.
- C. Moriyama, S. Yoshiki, H. Uratani, Y. Ohno, K. Inoue, Y. Nagai, N. Shigekawa, J. Liang, "Heat dissipation characteristics of GaN-on-polycrystalline-diamond HEMTs," 2024 8th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D 2024) (31P-14), Nara, Japan, Oct. 30 - Nov. 1, 2024.
- 森山 千春、坂井田 佳紀、浦谷 泰基、西林 良樹、竹内 茉莉花、重川 直輝、梁 剣波 「2インチ多結晶ダイヤモンド上 GaN HEMT」 2025年第72回応用物理学会春季学術講演会（2025.3.17、17p-K301-14）
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