【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2211
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
バックプレート,多結晶ダイヤモンド,GaN HEMT,素子温度,自己発熱,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology,ダイシング/ Dicing,高周波デバイス/ High frequency 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)
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)
GaN-on-diamond素子のコスト低減を目的として、Si基板上に結晶成長された窒化物エピタキシャル層をバックプレート（BP）上に多結晶ダイヤモンド（PCD）を堆積したBPPCD基板上に転写し、GaN HEMTを作製した。素子特性評価により、BPPCD上GaN HEMTにおいて自己発熱による素子周辺の温度上昇が同一層構造からなるSi上GaN HEMTと比較して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（KT-219）後に結晶成長用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BPPCD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ホットスポット（ゲート・ドレイン間）周辺の表面温度分布を測定した。Si上の同一エピタキシャル層からGaN HEMTを作製し動作中の素子の表面温度分布を測定した。
結果と考察 / Results and Discussion
同一電力（5W/mm）で動作する同一形状（チャネル幅300μm、ゲート長10μm）のBPPCD上GaN HEMT（図1）とSi上GaN HEMTのホットスポット周辺の表面温度分布を比較した。BPPCD上GaN HEMTのチャネル中心の温度上昇（室温との差分）はSi上HEMTにおける温度上昇の50%弱であること、Si上HEMTではチャネル外部まで高温領域が広がっている一方で、BPPCD上HEMTではチャネル端から10μm離れた位置で表面温度が室温まで戻っていることを明らかにした（図2）。この結果は放熱基板としてのBPPCD基板がGaN HEMT単体の放熱特性改善に資するのみならずその高密度集積化にも有効であることを示している。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１. 作製されたBPPCD上GaN HEMT
図２. 動作中のBPPCD上GaN HEMT及びSi上GaN HEMTのチャネル上、及びチャネル周辺における表面温度分布。
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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Hazuki Tomiyama, Fabrication of GaN-on-Diamond HEMT Structures Using PCD on a Back Plate for Low Cost and High Heat Dissipation, 2024 8th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D), , 1-1(2024).
DOI: 10.1109/LTB-3D64053.2024.10774135
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 富山等 “集積化に向けたGaN on-diamond HEMTチャネル周辺の表面温度評価” 2024年第85回応用物理学会秋季学術講演会、16a-A22-1
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