2019 Fiscal Year Annual Research Report
Direct bonding of widegap semiconductors and diamond for high-efficiency devices and investigation of bonding interface characteristics
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18K19034
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
重川 直輝 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (60583698)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嘉数 誠 佐賀大学, 理工学部, 教授 (50393731)
梁 剣波 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80757013)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 直接接合 / 界面中間層 / 熱処理 / 界面熱抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、パワー半導体モジュールの熱抵抗の低減の可能性を明らかにするために、熱伝導特性に優れるダイヤモンドとワイドギャップ半導体の直接接合、ダイヤモンドとヒートシンク用金属材料（Al、Cu）の直接接合の実現、耐熱性検証、そのメカニズム解明を目的としている。２０１９年度は以下の２つの側面で研究を実施した。
（１）２０１８年度の研究を発展させて、ダイヤモンドとSi基板上に結晶成長したGaNエピタキシャル層の直接接合に成功した。Si基板除去後に熱処理された接合界面の断面TEM観察を行い、600℃までの耐熱性、熱処理による中間層厚の減少を確認した。GaN電子デバイス作製においてオーミック電極形成に必要な熱処理温度は600℃であり、この温度はプロセス全体を通じての最高温度である。従って、今回の結果はダイヤモンド直接接合を従来のGaN電子デバイス作製プロセスに組み込むことが可能であることを意味する。更にSi基板除去後のGaNエピタキシャル層の顕微ラマン散乱測定を行い、Si基板上のGaN層から得られるラマン信号からのずれを確認した。GaN層中の格子歪の変化によるものと考えられる。
（２）ダイヤモンドに直接接合されたCu層の熱抵抗をパルス光加熱サーモリフレクタンス法を用いて測定した。蒸着Cu層の熱抵抗を同じ手法で評価し、直接接合界面の熱抵抗が蒸着Cu層/ダイヤモンド界面の熱抵抗とほぼ一致すること、想定されるハンダ層の熱抵抗を大きく下回ることを示した。熱処理後の断面TEM観察によってCu/ダイヤモンド直接接合界面に形成される中間層厚が減少することを実証した。
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