1997 Fiscal Year Annual Research Report
高電子濃度窒化インジウム薄膜の極低温電気伝導機構に関する研究
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09875077
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小長井 誠 東京工業大学, 工学部, 教授 (40111653)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 保 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 助手 (80233378)
山田 明 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40220363)
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| Keywords | 窒化インジウム / III-V族化合物半導体 / 超伝導 |
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| Research Abstract |
本研究では、超高濃度ドープInNの電気的特性を詳細に検討した。まず、(0001)Al_2O_3基板上にMOCVD法により成長した電子濃度1×10^<20>cm^<-3>のInN薄膜の評価を行った。X線回折および電子線回折の結果より、この膜はエピタキシャル成長していることを確認している。低温における電気的特性を評価したところ、3K近傍以下から電気抵抗が急激に減少した。このような、電気特性の温度依存性は、半導体における超伝導転移を思わせる結果である。また、この現象は磁界印加により壊れることが観測された。さらに、1×10^<20>cm^<-3>から2×10^<21>cm^<-3>までの様々な電子濃度を有するInN薄膜についても同様の評価を行ったところ、電子濃度が低いほど電気抵抗が急激に減少し、2×10^<21>cm^<-3>の膜では抵抗の減少は観測されなかった。
この現象のメカニズムとして、Inの凝集があげられるが、X線回折ではInのピークは観測されておらず、表面観察ではInドロップレットの存在は認められなかった。さらに、このInN膜は窒素空孔がキャリアの生成に寄与しているが、電子濃度依存性の結果では、相対的にIn濃度が少ない低電子濃度の膜で電気抵抗の減少が見られている。以上の結果より、この特異な電気的特性はInの凝集によるものではないと考えられる。
さらに、InN膜についてコヒーレンス長の計算を行った。コヒーレンス長は超伝導弱結合素子に応用する際に、重要なパラメータとなる。その結果、InNの低温におけるコヒーレンス長が1μm程度と極めて大きく、この材料が超伝導結合素子に有効であることが明らかになった。
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