窒化物半導体・超伝導体融合素子作製のための基盤技術構築
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21H01827
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science (2023)
The University of Tokyo (2021-2022) |
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Principal Investigator |
小林 篤 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 准教授 (20470114)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
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| Keywords | 窒化物超伝導体 / 窒化物半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、超伝導LEDやオンチップ単一光子回路などの窒化物量子デバイスの作製に必要な、窒化物超伝導体と窒化物半導体の高品質ヘテロ界面作製プロセスを開拓する。エピタキシャル成長によって窒化物半導体と超伝導体が接合できれば、単一光子やクーパー対がキャリアとなる新しい窒化物量子デバイスが設計できるようになる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、新機能量子デバイスに求められる超伝導/半導体ヘテロ構造の作製に取り組んでいる。特に窒化物超伝導導体NbNと窒化物半導体AlNのヘテロ界面を高品質化するプロセスをスパッタ法を用いて開拓している。
本年度は、新たに構築した超高真空スパッタシステムを用いて、GaNおよびAlN基板上にNbN薄膜を作製し、構造特性と電気特性の評価を行った。スパッタ時の基板温度およびガス成分を変えることによって、NbNの結晶構造を制御できることが明らかになった。具体的には、薄膜成長表面で窒素分子が脱離する条件において、窒素組成の低いNb2Nが形成される傾向があることが明らかになった。最適成長条件で作製したNbN薄膜はどの結晶構造によらず、AlN基板上に面内格子定数を合わせコヒーレントに成長していることが分かった。X線回折パターンには明瞭なラウエフリンジが現れており、NbN/AlN界面およびNbN表面の平坦性を示すものであった。また、10nm以下のNbN薄膜においても平坦な表面が実現していることから、成長開始初期段階から高い結晶品質を保ちながらエピタキシャル成長していると言える。作製したNbN薄膜は結晶構造によって異なる超伝導転移温度を示し、立方晶、正方晶においても10K以上であった。さらに、室温におけるシート抵抗（抵抗率）と超伝導転移温度に相関があることが分かった。これは、NbNの残留不純物や点欠陥等が超伝導転移に影響を及ぼしていることを示唆する結果である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(27 results)
