ポイント
- 高品質な新規窒化物半導体NbAlN/GaN系ヘテロ接合の結晶成長に成功し、その界面に分極誘起される二次元電子ガス（2DEG）の量子輸送特性を詳細に測定・解析しました。極低温・高磁場下において、明瞭なシュブニコフ・ド・ハース（SdH）振動が観測され、その解析から2DEGの有効質量や量子緩和時間を明らかにしました。
- NbAlN/GaNヘテロ接合における2DEGは、ScAlN/GaNヘテロ接合における2DEGよりも移動度が高く、SdH振動の振幅が大きいことが分かりました。
- 異種元素添加AlN系材料による新規バリア層を持つGaN高電子移動度トランジスタの特性理解や性能向上に大きく役立つ結果であり、次世代パワーデバイスや高周波増幅デバイスの研究開発に役立ちます。
東京大学 大学院工学系研究科の若本 裕介 大学院生、前田 拓也 講師、東京理科大学 先進工学部 マテリアル創成工学科の小林 篤 准教授らの研究グループは、新規窒化物半導体ヘテロ接合における二次元電子ガス（2DEG）の量子輸送特性を明らかにしました。
本研究では、反応性スパッタエピタキシー法を用いて、窒化ニオブアルミニウム（NbAlN）を窒化ガリウム（GaN）上にエピタキシャル成長させ、そのヘテロ界面に誘起される2DEGの電子輸送特性および極低温高磁場における量子輸送特性を詳細に調べました。高密度かつ高移動度な2DEGが分極誘起されていることが確認され、明瞭なシュブニコフ・ド・ハース（Shubnikov–de Haas, SdH）振動が観測されました。SdH振動特性の解析から、NbAlN/GaNヘテロ接合における2DEGの有効質量や量子緩和時間を明らかにしました。
本研究成果は、今後、高耐圧・低損失・高周波動作可能な次世代GaN高電子移動度トランジスタ（HEMT）の研究開発に貢献し、電力変換の省エネルギー化や次世代高周波通信の発展を支えることが期待されます。
本研究成果は、窒化物半導体分野で最大規模の国際会議である「International Workshop on Nitride Semiconductors（IWN）」（2026年11月8日～13日開催）に投稿され、高い評価を受けて招待講演に選出されました。
＜本研究を支援したJSTの制度＞
創発的研究支援事業
＜論文タイトル＞
- “Hall Effect Properties and Shubnikov-de Haas Oscillations of 2DEG in ScAlN/AlGaN/AlN/GaN and NbAlN/AlGaN/AlN/GaN Heterostructures”
＜プレスリリース資料＞
- 本文 PDF（713KB）
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