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ダイヤモンドデバイス研究チーム

ダイヤモンド半導体の固有物性を活かし、 新しい価値を創造するパワーデバイス・耐環境デバイス・量子センサーデバイス等の研究開発に取り組んでいます。

ダイヤモンド半導体結晶成長・デバイス試作拠点

ダイヤモンド研究用クリーンルーム

CVD装置群、ICP＆RIEエッチング装置、メタル蒸着装置、 EB＆Photoリソグラフィー、SEM、形状評価装置、RTA、酸/有機クリーンドラフト、etc.

半導体エレクトロニクスに向けた研究開発

ダイヤモンドパワーデバイスの高出力化に向けて

  • 水素終端ダイヤモンドMOSFETのアンペア級高速スイッチング特性を実証。
  • 2.5アンペアの動作電流で数十ナノ秒の高速動作を確認。
  • ダイヤモンド半導体およびパワーユニット駆動回路の研究開発を大きく前進。
関連論文：
K. Takaesu et.al., Appl. Phys. Express 18 036502 (2025).
H. Umezawa et.al., Appl. Phys. Express 6 011302 (2013).

反転層型ダイヤMOSFETの動作実証から縦型化への挑戦

  • n型ダイヤモンド半導体層および酸化膜／半導体層界面の高品質化を実現し、
    ノーマリーオフ特性を有する反転層チャネルダイヤモンドMOSFETの動作実証に成功。
  • 水蒸気とNiを用いた独自の熱化学エッチングにより、縦型デバイス化への道を拓く。
関連論文：
M. Nagai, et.al., Applied Surface Science Advances 30 100898 (2025).
T. Matsumoto et.al., Scientific Reports 6, 31585 (2016).

量子応用に向けた研究開発

CVD成長法を用いた量子センサ材料の高感度制御

  • リンドープn型ダイヤモンドにより単一NV中心の電荷状態安定化とT2延長を実現。
  • ステップフロー成長法によるNV軸の完全配向制御。
関連論文：
E.D.Herbschleb, et.al., Nat. Commun. 10 3766 (2019).

集積個体量子センサの要素技術開発

  • PIN接合デバイスに色中心を組み込む半導体・量子ハイブリッドデバイスを開発し、
    ホトカレントによるスピン読み出し、順方向バイアス印加によるNV中心の
    エレクトロニクス制御に成功。
関連論文：
M. Haruyama, et.al., Appl. Phys. Lett. 122, 072101 (2023).
T. Murooka, et.al., Appl. Phys. Lett. 118, 253502 (2021).

新たな色中心形成および光学構造体のプロセス技術

  • SIL構造やホトニック結晶などを用いた光アクセス効率の向上。
  • 高度なスピン操作を実現する多層配線技術。
関連論文：
Y. Chen, et.al., Nano Letters, vol. 25, 16697 (2025).
H. Kurokawa, et.al., Nat. Commun. 15, 4039 (2024).

保有技術

  • デバイス化プロセス
  • 熱化学エッチング
  • 表面・界面制御
  • 結晶評価
  • n型・p型伝導制御（エピ成長およびイオン注入）
  • NV中心形成・評価

重点研究

  • ダイヤモンド半導体デバイス開発
  • ダイヤモンド量子材料・デバイス開発

主要特許・論文

  1. "Formation of diamond trenches with flat {111} sidewalls via thermochemical etching by Ni films in water vapor", M. Nagai, T. Matsumoto, S. Yamasaki, N. Tokuda, M. Haruyama, Y. Kato, H. Yoshioka, H. Umezawa, H. Kato, M. Ogura, D. Takeuchi, Y. Miyamoto, T. Makino, Applied Surface Science Advances 30 100898 (2025).
  2. "Electroluminescence of negatively charged single NV centers in diamond", M. Haruyama, H. Kato, M. Ogura, Y. Kato, D. Takeuchi, S. Yamasaki, T. Iwasaki, H. Morishita, M. Fujiwara, N. Mizuochi, T. Makino, Appl. Phys. Lett. 122, 072101 (2023).
  3. "Atomic scale localization of Kohn–Sham wavefunction at /4H–SiC interface under electric field, deviating from envelope function by effective mass approximation", H. Yoshioka, J. Iwata, Y. Matsushita, Appl. Phys. Lett. 122, 222104 (2023).
  4. ”Decay process of photoexcited divacancies in diamond studied by first-principles simulations," Y. Miyamoto, Phys. Rev. Mat. Vol. 7, 086002 (2023).
  5. "Estimation of Inductively Coupled Plasma Etching Damage of Boron-Doped Diamond Using X-Ray Photoelectron Spectroscopy", Y. Kato, H. Kawashima, T. Makino, M. Ogura, A. Traore, N. Ozawa, S. Yamasaki, physica status solidi (a) 214, 1700233 (2017).
  6. "N-type control of single-crystal diamond films by ultra-lightly phosphorus doping", H. Kato, M. Ogura, T. Makino, D. Takeuchi, S. Yamasaki, Appl. Phys. Lett. Appl. Phys. Lett. 109, 142102 (2016).
  7. "1 On-Resistance Diamond Vertical-Schottky Barrier Diode Operated at 250C", H. Umezawa, Y. Kato, S. Shikata, Appl. Phys. Express 6 011302 (2013).
  8. “Misorientation-angle dependence of boron incorporation into (001)-oriented chemical-vapor deposited (CVD) diamond", M. Ogura, H. Kato, T. Makino, H. Okushi, S. Yamasaki, Journal of Crystal Growth 317, 60-63 (2011).
  9. “Diamond Schottky-𝑝𝑛 diode with high forward current density and fast switching operation”, T. Makino, S. Tanimoto, Y. Hayashi, H. Kato, N. Tokuda, M. Ogura, D. Takeuchi, K. Oyama, H. Ohashi, H. Okushi, S. Yamasaki, Appl. Phys. Lett. 94, 262101 (2009).

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