材料科学：GaN/NbNエピタキシャル半導体/超伝導体ヘテロ構造

エピタキシーは、結晶基板上に結晶の薄層を規則正しく堆積させる工程である。超伝導体結晶の上への半導体ヘテロ構造体の直接エピタキシャル成長は、困難であることが分かっている。しかし、今回我々は、分子線エピタキシーを用いて、窒化ニオブ（NbN）系超伝導体とワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素、窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）の成長と集積化に成功したことを報告する。我々は、分子線エピタキシーを適用して、非常に薄いNbN超伝導体結晶の上にAlGaN/GaN量子井戸ヘテロ構造体を直接成長させた。その結果半導体中に生じた移動度の高い二次元電子ガスは量子振動を示すため、電子利得素子である半導体トランジスターを超伝導体結晶上に直接成長させて作製することが可能になる。我々は、このエピタキシャル超伝導体をトランジスターのソースロードとして用いることで、増幅器や発振器に用いられることの多い負性微分抵抗という特徴を、トランジスターの出力特性に観測した。今回実証した窒化物超伝導体結晶上への高品質半導体ヘテロ構造体とデバイスの直接エピタキシャル成長は、超伝導体の巨視的量子効果とIII族/窒化物半導体群の電子特性、フォトニック特性、圧電特性とを組み合わせる可能性を開くものである。

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