【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5203
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）-
【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
電子線リソグラフィ/ EB lithography,フォトニクス/ Photonics,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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
都筑 康平,LIAO Meiyong,大島 孝仁,宮沢 風我
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
津谷 大樹,渡辺 英一郎,大里 啓孝,大井 暁彦,池田 直樹
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
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-618：原子層エッチング装置 [PlasmaPro 100 ALE]
NM-624：顕微分光膜厚計 [F54-XY-200-UV]
NM-636：マスクレス露光装置 [DL-1000]
NM-657：室温プローバー [HMP-400]
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、SiO2をマスクにしてGaN系材料に微細構造を形成し、光・電子デバイス特性を付与する。そのため、この微細構造形成に付随する半導体プロセスの開発を行った。SiO2堆積はTEOS-CVDを用いた。EBレジスト描画は、ELS-F125(125kV)電子ビーム露光装置を用いた。SiO2加工は、微細加工を施したEBレジストをマスクにしてSiO2-RIE(CHF3+N2)を用いて行った。その後、GaN系材料のエッチング(ICP-RIE)もしくはSiO2を用いた選択成長(MOCVD成長)を実施することで、光・電子デバイスを試作した。
結果と考察 / Results and Discussion
CADのパターンサイズ、EBレジストの厚さ、電子ビームの露光量の調整を行い、所望のサイズにて明瞭なパターンが得られる条件を突き止めた。その条件を用いて発光特性を評価した結果、フォトニック結晶構造に起因した強い発光を得ることに成功した(図1)。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 PL法によるフォトニック結晶GaNの発光の様子
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.
- 井村 将隆, 廣戸 孝信, 間野 高明, 糸数 雄吏, 定 昌史. InxGa1-xN混晶組成の制御性向上のための単純なMOVPE成長モデルの構築. 第85回応用物理学会秋季学術講演会. 2024
- 宮沢 風我, 奥村 宏典, 井村 将隆. Mg添加AlN層上のNi電極の高温熱処理による接触抵抗低減. 第85回応用物理学会秋季学術講演会. 2024
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