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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

研究課題

研究課題/領域番号 21H01827
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分30010:結晶工学関連
研究機関東京理科大学 (2023)
東京大学 (2021-2022)

研究代表者

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)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
キーワード窒化物半導体 / 窒化物超伝導体
研究開始時の研究の概要

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。

研究成果の概要

本研究課題では、窒化物半導体と窒化物超伝導体をエピタキシャル接合させる技術を開発した。特に、スパッタ法で作製した窒化物超伝導体と半導体界面の構造特性を中心に、ヘテロ接合の物性を制御することに成功した。今回確立された結晶成長技術は、超伝導体/半導体ヘテロ接合を活用した新規量子デバイスの開発に資するものである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

窒化物半導体を基板とする薄膜成長法を採用することで、これまでに明らかにされてこなかったNbN薄膜の結晶構造と電気的特性を詳細に理解することできた。今回の研究成果は、窒化物半導体とNbN超伝導体薄膜を均質な状態でエピタキシャルに融合できる可能性を示すものであり、次世代超伝導・半導体融合デバイスの開発に向けた基盤技術となる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 8件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Epitaxial Junction of Inversion Symmetry Breaking AlN and Centrosymmetric NbN: A Polarity Control of Wide-Bandgap AlN2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Atsushi、Kihira Shunya、Akiyama Toru、Kawamura Takahiro、Maeda Takuya、Ueno Kohei、Fujioka Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Applied Electronic Materials

      巻: 5 号: 1 ページ: 240-246

    • DOI

      10.1021/acsaelm.2c01288

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal‐Phase Controlled Epitaxial Growth of NbNx Superconductors on Wide‐Bandgap AlN Semiconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Atsushi、Kihira Shunya、Takeda Takahito、Kobayashi Masaki、Harada Takayuki、Ueno Kohei、Fujioka Hiroshi
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: 9 号: 31 ページ: 2201244-2201244

    • DOI

      10.1002/admi.202201244

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epitaxial growth of superconducting NbN on wide-bandgap AlN2022

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kobayashi, Kohei Ueno, Hiroshi Fujioka
    • 雑誌名

      JSAP Review

      巻: 2022 号: 0 ページ: n/a

    • DOI

      10.11470/jsaprev.220408

    • ISSN
      2437-0061
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reduction of Twin Boundary in NbN Films Grown on Annealed AlN2022

    • 著者名/発表者名
      Kihira Shunya、Kobayashi Atsushi、Ueno Kohei、Fujioka Hiroshi
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 22 号: 3 ページ: 1720-1723

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.1c01287

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrathin rock-salt type NbN films grown on atomically flat AlN/sapphire substrates2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Atsushi、Ueno Kohei、Fujioka Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 572 ページ: 126269-126269

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2021.126269

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 窒化物半導体・超伝導体・強誘電体のエピタキシャル融合2023

    • 著者名/発表者名
      小林 篤
    • 学会等名
      第4回半導体ナノフォトニクス研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on 2DEG Density in ScAlN/GaN and AlGaN/GaN Heterostructures Based on Simulation and Analytical Modeling2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Wakamoto,Atsushi Kobayashi,Yoshiaki Nakano,Takuya Maeda
    • 学会等名
      14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural Properties of Epitaxial ScAlN Films Grown by Sputtering: Experimental and Machine Learning Approaches2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kobayashi,Yoshio Honda,Takuya Maeda,Kohei Ueno,Hiroshi Fujioka
    • 学会等名
      14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic States at the Interface of β-Nb2N/AlN Superlattices2023

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kawamura,Toru Akiyama,Atsushi Kobayashi
    • 学会等名
      14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Selectively regrown heavily Si-doped degenerate GaN contact to AlN/AlGaN HEMTs prepared via pulsed sputtering2023

    • 著者名/発表者名
      Ryota Maeda,Takao Kozaka,Kohei Ueno,Atsushi Kobayashi,Hiroshi Fujioka
    • 学会等名
      14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sputtering Epitaxial Integration of AlN and NbN for Polarity Control and Crystal Phase Manipulation2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kobayashi,Shunya Kihira,Takahito Takeda,Masaki Kobayashi,Takuya Maeda,Takayuki Harada,Toru Akiyama,Takahiro Kawamura,Kohei Ueno,Hiroshi Fujioka
    • 学会等名
      14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of Optical Properties and Bandgaps of ScxAl1-xN Epitaxially Grown on GaN Bulk Substrate by Sputtering Method2023

    • 著者名/発表者名
      Takuya Maeda,Yusuke Wakamoto,Shota Kaneki,Hajime Fujikura,Atsushi Kobayashi
    • 学会等名
      14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ScAlN/GaNとAlGaN/GaNに対する数値計算・解析式による2DEGモデリング2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Wakamoto,A. Kobayashi,Y. Nakano,T. Maeda
    • 学会等名
      第42回電子材料シンポジウム(EMS-42)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] GaN基板上にスパッタ成長したScAlN薄膜の構造・光学物性の評価2023

    • 著者名/発表者名
      T. Maeda,Y. Wakamoto,S. Kaneki,H. Fujikura,A. Kobayashi
    • 学会等名
      第42回電子材料シンポジウム(EMS-42)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ScAlN/GaNおよびAlGaN/GaNの二次元電子ガス濃度の数値計算と解析モデルの提案2023

    • 著者名/発表者名
      若本裕介,小林篤,中野義昭,前田拓也
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分光エリプソメトリーによるScAlN/GaNの光学物性評価2023

    • 著者名/発表者名
      前田 拓也,若本 裕介,金木 奨太,藤倉 序章,小林 篤
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] β-Nb2N/AlN超格子構造における界面の電子状態の解析2023

    • 著者名/発表者名
      河村 貴宏,秋山 亨,小林 篤
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ScAlN/GaNヘテロ接合界面における二次元電子ガス濃度の数値計算2023

    • 著者名/発表者名
      若本裕介,小林篤,中野義昭,前田拓也
    • 学会等名
      第15回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] β-Nb2N/AlN超格子の電子構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      河村貴宏,秋山亨,小林篤
    • 学会等名
      第15回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] NbN/AlNヘテロ構造の作製とAlN極性反転技術への応用2023

    • 著者名/発表者名
      小林篤, 上野耕平, 藤岡洋
    • 学会等名
      日本学術振興会 第R032産業イノベーションのための結晶成長委員会 第10回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Epitaxial growth of NbN superconductors on lattice-matched AlN wide-bandgap semiconductors (Invited Paper)2023

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kobayashi,Shunya Kihira,Kohei Ueno,Hiroshi Fujioka
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2023 - Gallium Nitride Materials and Devices XVIII
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AlNに格子整合する六方晶Nb2N超伝導体のエピタキシャル成長2022

    • 著者名/発表者名
      小林 篤, 紀平 俊矢, 武田 崇仁, 小林 正起, 秋山 亨, 河村 貴宏, 原田 尚之, 上野 耕平, 藤岡 洋
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] NbNを利用したAl極性AlN上へのN極性AlNエピタキシャル成長2022

    • 著者名/発表者名
      紀平俊矢,小林篤,上野耕平,藤岡洋
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Epitaxial integration of NbN superconductors with AlN2022

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kobayashi,Shunya Kihira,Kohei Ueno,Hiroshi Fujioka
    • 学会等名
      IWSingularity 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 格子整合AlN上へのNbN低温エピタキシャル成長2021

    • 著者名/発表者名
      趙康,紀平俊矢,小林篤,上野耕平,藤岡洋
    • 学会等名
      第13回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 表面平坦化処理を施したAlN上へのNbNエピタキシャル成長2021

    • 著者名/発表者名
      紀平俊矢,前田亮太,小林篤,上野耕平,藤岡洋
    • 学会等名
      第82回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 窒化物半導体と超伝導体の融合をめざして2021

    • 著者名/発表者名
      小林篤
    • 学会等名
      応用物理学会中国四国支部・若手半導体研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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