触媒表面を基準面とする化学研磨法の開発

窒化ガリウム(GaN)は次世代デバイス用材料として注目されるワイドギャップ半導体である.その優れた物性を最大限に活用した高性能デバイスの実現には,基板表面を原子レベルに平坦化することが必要不可欠である.しかし,GaNの機械的・化学的安定性から加工は困難であるため,研磨技術の確立は達成されていない.そこで我々は,触媒作用を援用した新しい化学研磨法の開発を行った.これまでの成果として,白金を触媒材料として用いることで原子ステップテラス構造を有する平坦なGaN表面を作製することに成功している.しかし,実用上の観点から加工速度が不十分であることが課題であった.研究実施計画として挙げていた,白金代替触媒の探索を行うことにより,加工の高能率化を実現した.本取り組みではまず,第一原理計算を用いた考察を参考にし,遷移金属を代替触媒の候補として選択した.複数種類の遷移金属の触媒特性を加工実験により検討した結果,CrやNiなど,一部遷移金属が優れた触媒性能を有することが明らかとなった.このとき得られた加工速度は実用化に耐えうるものであった.また,触媒金属は基板表面と接触するため汚染源となり得るが,CrやNiは白金に比べて容易に洗浄除去可能であることも代替触媒の優位点である.加えて,加工後基板をデバイスプロセスへ投入し,各種特性を評価した結果,他の研磨技術によって処理された基板と比較してすべての検討項目で優位あるいは同等であることが示された.以上から.今後,本加工技術が工業的に使用されることが大いに期待される.

窒化ガリウム(GaN)は次世代デバイス用材料として注目されるワイドギャップ半導体である.その優れた物性を最大限に活用した高性能デバイスの実現には,基板表面を原子レベルに平坦化することが必要不可欠である.しかし,GaNの機械的・化学的安定性から加工は困難であるため,研磨技術の確立は達成されていない.そこで我々は,触媒作用を援用した新しい化学研磨法の開発を行った.これまでの成果として,白金を触媒材料として用いることで原子ステップテラス構造を有する平坦なGaN表面を作製することに成功している.しかし,実用上の観点から加工速度が不十分であることが課題であった.研究実施計画として挙げていた,白金代替触媒の探索を行うことにより,加工の高能率化を実現した.本取り組みではまず,第一原理計算を用いた考察を参考にし,遷移金属を代替触媒の候補として選択した.複数種類の遷移金属の触媒特性を加工実験により検討した結果,CrやNiなど,一部遷移金属が優れた触媒性能を有することが明らかとなった.このとき得られた加工速度は実用化に耐えうるものであった.また,触媒金属は基板表面と接触するため汚染源となり得るが,CrやNiは白金に比べて容易に洗浄除去可能であることも代替触媒の優位点である.加えて,加工後基板をデバイスプロセスへ投入し,各種特性を評価した結果,他の研磨技術によって処理された基板と比較してすべての検討項目で優位あるいは同等であることが示された.以上から.今後,本加工技術が工業的に使用されることが大いに期待される.