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難加工材料として加工効率の向上が求められる窒化ガリウム（GaN）基板研磨プロセスについて，化学機械研磨（CMP）メカニズムの解明に基づき，高効率研磨に向けた材料設計・プロセス設計を行った．OHラジカルを活性種として用いたGaN CMPシミュレーションを行った結果，摩擦界面においてSiO2砥粒と酸化したGaN基板との化学反応により砥粒-基板間でSi-O-Gaの結合が形成されることを明らかにした．砥粒と結合を形成したGa原子は砥粒の移動により基板から引き抜かれるGa原子の除去メカニズムを明らかにした．Ga原子の除去に対する高効率化に向けて，第一原理計算を用いて砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響について検討した．酸化したGaN基板と砥粒粒子をモデル化し，基板と砥粒が離れた状態（状態Ⅰ），砥粒が基板に結合した状態（状態Ⅱ），砥粒と結合する基板のGa原子が引き抜かれた状態（状態Ⅲ）をモデル化した．砥粒材料としてSiO2砥粒とナノダイヤモンド（ND）砥粒をモデル化し，砥粒材料がGa原子の引き抜きプロセスに及ぼす影響を検討した．状態Ⅰを基準として状態Ⅱと状態Ⅲのエネルギーを比較するとSiO2砥粒を用いた場合，状態Ⅱが+6.5 kcal/mol，状態Ⅲが+3.7 kcal/molであり，砥粒-基板間の結合形成とGa原子の引き抜きが吸熱反応となりSiO2砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスは進行しづらいことを明らかにした．ND砥粒を用いた場合，状態Ⅱが+1.4 kcal/mol，状態Ⅲが-5.9 kcal/molであり，Ga原子の引き抜きが発熱反応となりND砥粒によるGa原子の引き抜きプロセスはSiO2砥粒と比較して進行しやすいことを明らかにした．この結果を基に，ND砥粒を用いた実証実験をおこない従来のSiO2砥粒を用いたプロセスと比較して10倍以上の加工効率の向上に成功した．
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