JPH01781A - Semiconductor-coupled superconducting circuit device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor-coupled superconducting circuit device and its manufacturing method

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JPH01781A
JPH01781A JP63-53967A JP5396788A JPH01781A JP H01781 A JPH01781 A JP H01781A JP 5396788 A JP5396788 A JP 5396788A JP H01781 A JPH01781 A JP H01781A
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semiconductor
electrodes
circuit device
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体結合型超伝導回路装置及びその製造方法
に関し、特に半導体結合型超伝導回路装置の超伝導電極
の半導体結合部の構造及びその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor-coupled superconducting circuit device and a method for manufacturing the same, and particularly to the structure of a semiconductor-coupled portion of a superconducting electrode of a semiconductor-coupled superconducting circuit device and its manufacturing method. Regarding the manufacturing method.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕超伝導
素子を集積回路(IC)等に適用するためには、優れた
電流制御特性が得られる3端子構造を開発する必要があ
る。かかる3端子の超伝導素子として、ゲー)%E圧で
超伝導電流を制御する半導体結合型超伝導トランジスタ
が提案されている。
[Prior art and problems to be solved by the invention] In order to apply superconducting elements to integrated circuits (ICs), it is necessary to develop a three-terminal structure that provides excellent current control characteristics. As such a three-terminal superconducting element, a semiconductor-coupled superconducting transistor has been proposed in which the superconducting current is controlled by the Ga)%E pressure.

このケート制御型超伝導トランジスタはツース、ドレイ
ン電極として用いられる2つの超伝導電極から半導体内
へしみ出した超伝導電子(クーパ対:Cooper p
airs)の波動関数の重なり程度をゲート電圧により
制御することにより、ソース。
This gate-controlled superconducting transistor uses superconducting electrons (Cooper pairs) that seep into the semiconductor from two superconducting electrodes used as drain electrodes.
air) by controlling the degree of overlap of the wave functions of the source using the gate voltage.

ドレイン間に流れる超伝導電流を制御する素子である。This element controls the superconducting current flowing between the drains.

半導体内へしみ出しん超伝導電子の波動関数の振幅(オ
ーダパラメータ:o’rder  parameter
)が所定の値(例えば1/e)となるのに要する空間距
離はコヒーレンス長(coherence longg
h)と呼ばれる。このコヒーレンス長が長い程超伝導電
子の波動関数の重なり程度が大きくなり、超伝導電流が
大きくなる。コヒーレンス長ξとキャリア濃度nとはξ
Oe H”’の関係を有しているから、ゲート電圧を変
化させてキャリア濃度を変化させることにより超伝導電
子のコヒーレンス長を変化させることができる。このよ
うにして、ゲート電圧を変化させることによってソース
とドレイン間に流れる超伝導電流が制御される。
The amplitude of the wave function of superconducting electrons penetrating into the semiconductor (order parameter)
) is a predetermined value (for example, 1/e), the spatial distance required is the coherence length (coherence long
h). The longer the coherence length, the greater the degree of overlap of the wave functions of superconducting electrons, and the greater the superconducting current. What is coherence length ξ and carrier concentration n?
Since it has the relationship Oe H"', the coherence length of superconducting electrons can be changed by changing the gate voltage and changing the carrier concentration. In this way, changing the gate voltage The superconducting current flowing between the source and drain is controlled by

従来の半導体結合型超伝導回路装置の一例としては、例
えば雑誌「アイ・イー・イー・イー・エレクトロンデバ
イスレター(IEEE Electoron Devi
ceLetters)JED L −6巻、6月 19
85,297頁に述べられたものがある。第10図に示
すようにこの従来例においては、ゲート電極101がゲ
ート絶縁膜102をはさんでシリコン基板103の超伝
導電極104側と反対側に設けられていた。
An example of a conventional semiconductor-coupled superconducting circuit device is the magazine ``IEEE Electron Device Letter (IEEE Electron Device Letter)''.
ceLetters) JED L-Volume 6, June 19
There is one mentioned on page 85,297. As shown in FIG. 10, in this conventional example, a gate electrode 101 is provided on a side of a silicon substrate 103 opposite to a superconducting electrode 104 side with a gate insulating film 102 in between.

かかる構造では、ゲート電圧を変化させ、シリコン基板
103のキャリア濃度を変化させることにより、超伝導
電極104からシリコン基板103内にしみ出した超伝
導電子のコヒーレンス長に有効な影響を与えるためには
、ゲート電極101上のシリコン基板103の厚さを約
1100nに、伝導トランジスタの動作特性を均一にす
るためには、シリコン基板103やゲート絶縁膜102
の膜厚を均一にする必要があった。しかしながら、この
ように非常に薄いシリコン基板103やゲート絶縁膜1
02をICチップ内で、膜厚、膜質の均一性がよく、し
かもピンホール等の欠陥のない状態で形成するのは非常
に困難であった。さらに、このような非常に薄い領域は
機械的強度も弱く信頼性が低いものであった。また、超
伝導電極104はArを用いたイオンエツチング法によ
り形成されているが、かかる方法によれば、超伝導電極
104間に露出するシリコン基板103の表面の結晶性
がイオンによるスパッタリング現象や、イオンやスパッ
タ物の埋め込みによって劣化し、そのため伝導特性が劣
化するという欠点があった。
In such a structure, in order to effectively influence the coherence length of superconducting electrons seeping into the silicon substrate 103 from the superconducting electrode 104 by changing the gate voltage and changing the carrier concentration of the silicon substrate 103, it is necessary to , the thickness of the silicon substrate 103 on the gate electrode 101 is about 1100 nm, and in order to make the operating characteristics of the conduction transistor uniform, the silicon substrate 103 and the gate insulating film 102 are
It was necessary to make the film thickness uniform. However, in this way, the extremely thin silicon substrate 103 and gate insulating film 1
It was extremely difficult to form 02 within an IC chip with good uniformity in film thickness and film quality, and without defects such as pinholes. Furthermore, such a very thin region has weak mechanical strength and low reliability. Further, the superconducting electrodes 104 are formed by an ion etching method using Ar, but according to this method, the crystallinity of the surface of the silicon substrate 103 exposed between the superconducting electrodes 104 is reduced by a sputtering phenomenon caused by ions, It has the disadvantage that it deteriorates due to embedding of ions and sputtered materials, resulting in deterioration of conduction characteristics.

また、従来の半導体結合型超伝導回路装置の他の例とし
ては、例えば「アイ・デイ−・イー・エム(IDEM)
85予稿集J4−698頁に述べられている。
Further, as other examples of conventional semiconductor-coupled superconducting circuit devices, for example, "IDEM"
85 Proceedings J4-698.

この従来例は、第11図に示すように、半導体基板11
1表面に埋め込まれた超伝導電極112間上にゲート酸
化膜113を介してゲート電極114が設けられていた
。この素子は半導体基板111の表面反転層の表面ポテ
ンシャルを感度良くゲート電圧で制御するものである為
にゲート酸化膜113の厚さを1100n程度の薄い、
高品質なゲート酸化膜とする必要があった。そして、I
Cチップ内で超伝導トランジスタの動作特性を均一にす
るためには、ゲート酸化膜113の膜厚を均一にする必
要があった。しかしながら、このように非常に薄いゲー
ト酸化膜113をICチップ内で半導体基板111と超
伝導電極112上に膜厚、膜質の均一性がよく、しかも
ピンホール等の欠陥のない状態で形成するのは、シリコ
ン等に用いる熱酸化の技法が用いられないので、非常に
困難であった。さらに、この従来例においてゲート酸化
膜113としてSiOを用いているが、このSiOは不
安定な化合物であるために、素子特性に変動を生じさせ
るおそれがあった。
In this conventional example, as shown in FIG.
A gate electrode 114 was provided between the superconducting electrodes 112 embedded in one surface with a gate oxide film 113 interposed therebetween. Since this device controls the surface potential of the surface inversion layer of the semiconductor substrate 111 with high sensitivity using the gate voltage, the thickness of the gate oxide film 113 is made as thin as about 1100 nm.
It was necessary to use a high-quality gate oxide film. And I
In order to make the operating characteristics of the superconducting transistor uniform within the C chip, it was necessary to make the thickness of the gate oxide film 113 uniform. However, it is difficult to form such a very thin gate oxide film 113 on the semiconductor substrate 111 and superconducting electrode 112 in an IC chip with good uniformity in film thickness and film quality, and without defects such as pinholes. This was extremely difficult because the thermal oxidation technique used for silicon and the like was not used. Furthermore, although SiO is used as the gate oxide film 113 in this conventional example, since SiO is an unstable compound, there is a risk of causing variations in device characteristics.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の目的は、ゲート電極の下に薄い半導体層や絶縁
膜を設ける必要がなく、素子特性が均一で、高歩留り、
高集積化を可能とした半導体結合型超伝導回路装置を提
供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the need to provide a thin semiconductor layer or insulating film under the gate electrode, provide uniform device characteristics, and achieve high yield.
An object of the present invention is to provide a semiconductor-coupled superconducting circuit device that enables high integration.

さらに、本発明の他の目的は、超伝導電極間に露出する
半導体基板表面の結晶性を劣化させることのない半導体
結合型超伝導回路装置の製造方法を提供することにある
Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor-coupled superconducting circuit device without degrading the crystallinity of the surface of a semiconductor substrate exposed between superconducting electrodes.

本発明によれば、一導電型の第1の半導体層と、□  
この第1の半導体層上に設けられた他の導電型の第2の
半導体層と、この第2の半導体層の表面に接してかつ互
いに離間して設けられた第1及び第2の超伝導電極を有
する半導体結合型超伝導回路装置が得られる。
According to the present invention, the first semiconductor layer of one conductivity type;
A second semiconductor layer of another conductivity type provided on the first semiconductor layer, and first and second superconducting layers provided in contact with the surface of the second semiconductor layer and spaced apart from each other. A semiconductor-coupled superconducting circuit device having electrodes is obtained.

さらに、本発明によれば一導電型の第1の半導体層の主
表面上に接してリフトオフ用の抜き型を形成する工程と
、この抜き型をドーピングマスクに用いて第1の半導体
層内に他の導電型の第2の半導体層を形成する工程と、
この第2の半導体層及び抜き型上に超伝導体膜を堆積し
た後、この抜き型を用いて超伝導体膜をリフトオフ法で
パターニングすることにより、第2の半導体層上に超伝
導体を選択的に設ける工程と、しかる後にこの超伝導体
膜が除去されて露出した第1の半導体層表面下に他の導
電型の第3の半導体層を形成する工程とを有する半導体
結合型超伝導回路装置の製造方法が得られる。
Further, according to the present invention, there is a step of forming a lift-off die in contact with the main surface of the first semiconductor layer of one conductivity type, and using the die as a doping mask to form a lift-off die in the first semiconductor layer. forming a second semiconductor layer of another conductivity type;
After depositing a superconductor film on the second semiconductor layer and the cutting die, the superconductor film is patterned using the lift-off method using the cutting die, thereby depositing the superconductor on the second semiconductor layer. Semiconductor-coupled superconductor comprising a step of selectively providing a third semiconductor layer of another conductivity type under the surface of the first semiconductor layer exposed by removing the superconductor film. A method for manufacturing a circuit device is obtained.

〔作用〕[Effect]

本発明の半導体結合型超伝導回路装置においては、超伝
導電子が第1及び第2の超伝導電極から第2の半導体層
の表面にしみ出す。この第2の半導体層内にしみ出した
超伝導電子のコヒーレンス長(ξ)は半導体層内主表面
下のキャリア濃度(N)とξQCN 1ハの関係を有し
ている。従って、第2の半導体層内の表面近傍のキャリ
ア濃度Nを変化させる事により、コヒーレンス長ξが変
化し、超伝導電子対間の波動関数の重なり量に依存する
超伝導電流の大きさを制御する事ができる。
In the semiconductor-coupled superconducting circuit device of the present invention, superconducting electrons seep out from the first and second superconducting electrodes to the surface of the second semiconductor layer. The coherence length (ξ) of the superconducting electrons seeping into the second semiconductor layer has a relationship of ξQCN 1 to the carrier concentration (N) below the main surface in the semiconductor layer. Therefore, by changing the carrier concentration N near the surface in the second semiconductor layer, the coherence length ξ changes, and the magnitude of the superconducting current, which depends on the amount of overlap of wave functions between superconducting electron pairs, is controlled. I can do that.

本発明においては、一導電型の第1の半導体層と他の導
電型の第2の半導体層との間に生じるpn接合間の逆方
向バイアス電圧を変化させる事によりpn接合間に生ず
るキャリア濃度N=0である空乏層の幅(W)を変化さ
せる。この空乏層はpn接合間に印加する逆方向バイア
ス電圧を増加させるに従って、PN接合面より第2の半
導体層の表面に向かって延びるので、第2の半導体層の
キャリア濃度Nが減少し、超伝導電子対のコヒーレンス
長が短くなり、超伝導電子対の波動関数の重なりが小さ
くなる。このようにして、第1及び第2の半導体層に印
加する逆方向バイアス電圧を制御することにより2つの
超伝導電極間に流れる超伝導電流を制御できる。
In the present invention, the carrier concentration generated between the pn junctions is changed by changing the reverse bias voltage between the pn junctions generated between the first semiconductor layer of one conductivity type and the second semiconductor layer of the other conductivity type. The width (W) of the depletion layer where N=0 is changed. This depletion layer extends from the PN junction surface toward the surface of the second semiconductor layer as the reverse bias voltage applied between the PN junctions increases, so that the carrier concentration N in the second semiconductor layer decreases and becomes superfluous. The coherence length of the conduction electron pair becomes shorter, and the overlap of the wave functions of the superconducting electron pair becomes smaller. In this way, by controlling the reverse bias voltage applied to the first and second semiconductor layers, the superconducting current flowing between the two superconducting electrodes can be controlled.

このように、本発明の半導体結合型超伝導回路装置は、
PN接合に生じる空乏層の幅で超伝導電流を制御するか
ら、通常の厚さの半導体基板を用いて表面にPN接合を
形成することにより容易に形成することができる。従っ
て極めて薄い半導体層や絶縁膜を設ける必要がなく、素
子特性が均一で、高歩留り、高集積が可能となる。
In this way, the semiconductor-coupled superconducting circuit device of the present invention
Since the superconducting current is controlled by the width of the depletion layer generated in the PN junction, it can be easily formed by forming a PN junction on the surface of a semiconductor substrate with a normal thickness. Therefore, there is no need to provide an extremely thin semiconductor layer or insulating film, and device characteristics are uniform, allowing high yield and high integration.

また、本発明の半導体結合型超伝導回路装置の製造方法
はリフトオフ抜き型を用いて、超伝導電極を形成するか
ら、超伝導電極を形成する際には、これらの電極間に露
出する半導体層表面の結晶性を損うこともなく、従って
超伝導素子の特性を劣化させることもない。
In addition, since the method for manufacturing a semiconductor-coupled superconducting circuit device of the present invention uses a lift-off die to form superconducting electrodes, when forming superconducting electrodes, the semiconductor layer exposed between these electrodes is The crystallinity of the surface is not impaired, and therefore the characteristics of the superconducting element are not deteriorated.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の第1の実施例の半導体結合型超伝導回
路装置のm1面図である。n型シリコン基板11上に5
 X 10 ”atoms/ ailのポロン(B)を
注入したP空領域12が形成されている。第1の超伝導
電極13と第2の超伝導電極14はそれぞれ厚さ300
nmのニオブ膜が用いられている。
FIG. 1 is an m1 plane view of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to a first embodiment of the present invention. 5 on the n-type silicon substrate 11
A P empty region 12 in which poron (B) of X 10 ” atoms/ail is implanted is formed. The first superconducting electrode 13 and the second superconducting electrode 14 each have a thickness of 300 mm.
A niobium film of nanometer diameter is used.

第1.第2の超伝導電極間(13−14)の距離は、2
00 nmであり、電極間直下のp属領域12の厚さは
200nmである。これら第1.第2の超伝導電極間(
13−14)を流れる超伝導電流は、n型基板11とp
属領域12の間に印加される逆方向電圧によって制御さ
れる。
1st. The distance between the second superconducting electrodes (13-14) is 2
00 nm, and the thickness of the p-type region 12 directly under the electrode gap is 200 nm. These first. Between the second superconducting electrodes (
13-14), the superconducting current flowing through the n-type substrate 11 and the p-
It is controlled by a reverse voltage applied between the relevant regions 12.

第2図は本発明の第2の実施例を示す断面図である。リ
ンを3 X 10 ”atoms/cl含んだn型シリ
コン基板21に5 X 1020atoms/ cnf
のポロンを注入したP+領域22と5 、X 10 ”
atoms/adのポロンを注入したP−領域23が形
成されている。第1の超伝導電極24と第2の超伝導電
極25がそれぞれ厚さ300nmのニオブ膜を用いて、
P+領域22の表面に設けられている。第1.第2の超
伝導電極間の距離は、200nmでありP+領域22.
P−領域23.の厚さは200nmである。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the invention. 5 x 1020 atoms/cnf on an n-type silicon substrate 21 containing phosphorus at 3 x 10” atoms/cl
P+ region 22 and 5, x 10'' implanted with poron of
A P- region 23 implanted with atoms/ad poron is formed. The first superconducting electrode 24 and the second superconducting electrode 25 each use a niobium film with a thickness of 300 nm,
It is provided on the surface of the P+ region 22. 1st. The distance between the second superconducting electrodes is 200 nm and the P+ region 22.
P-region 23. The thickness is 200 nm.

前述したように、超伝導電極の下の半導体層のキャリア
濃度nと超伝導電子(Cooper pairs)のコ
ヒーレンス長ξとはξOe n”’の関係がある。
As described above, the carrier concentration n of the semiconductor layer below the superconducting electrode and the coherence length ξ of superconducting electrons (Cooper pairs) have a relationship of ξOe n''.

すなわち、キ・ヤリア濃度が高い程コヒーレンスが長く
なり、2つの超伝導電極間の距離を長くとることができ
る。従って半導体層のキャリア濃度を高くすれば、超伝
導電極のりソゲラフイエ程は容易となり、また、超伝導
電流も大きくすることができる。2つの超伝導電極間に
流れる超伝導電流は、pn接合面から表面に向かって延
びる空乏層の幅により制御され、そして、この空乏層の
幅は、キャリア濃度に反比例して延びる性質を持ってい
る。従って、超伝導電極の下の半導体層を一様に高濃度
にしたのでは、超伝導電極間の距離は比較的大きくとれ
るが、pn接合に印加する逆バイアス電圧に対する超伝
導電流の変化量が小さくなってしまう。
That is, the higher the carrier concentration, the longer the coherence becomes, and the distance between the two superconducting electrodes can be increased. Therefore, by increasing the carrier concentration of the semiconductor layer, the superconducting electrode can be easily bonded, and the superconducting current can also be increased. The superconducting current flowing between two superconducting electrodes is controlled by the width of the depletion layer extending from the pn junction surface toward the surface, and the width of this depletion layer has the property of increasing in inverse proportion to the carrier concentration. There is. Therefore, if the semiconductor layer under the superconducting electrodes is uniformly made highly concentrated, the distance between the superconducting electrodes can be kept relatively large, but the amount of change in the superconducting current with respect to the reverse bias voltage applied to the pn junction is It becomes smaller.

本実施例においては、超伝導電極24.25の下の半導
体層を高濃度のP+領域22としているから各超伝導電
極24.25から半導体層22にしみ出す超伝導電子の
コヒーレンス長は長くなり、2つの電極間の間隔を比較
的大きくとれ、また超伝導電流も大きくとれる。さらに
超伝導電極24.25間の半導体層を濃度の低いP−領
域23としているから、PN接合面より容易に空乏層を
表面に向かって延ばすことができ、超伝導電極間の超伝
導電流を容易に制御することができる。
In this embodiment, since the semiconductor layer under the superconducting electrodes 24.25 is the highly concentrated P+ region 22, the coherence length of the superconducting electrons seeping into the semiconductor layer 22 from each superconducting electrode 24.25 becomes long. , the distance between the two electrodes can be relatively large, and the superconducting current can also be large. Furthermore, since the semiconductor layer between the superconducting electrodes 24 and 25 is a low concentration P- region 23, the depletion layer can be easily extended toward the surface from the PN junction surface, and the superconducting current between the superconducting electrodes can be Can be easily controlled.

従って本実施例のように超伝導電極の下の半導体層を高
濃度に、超伝導電極間の半導体層を低濃度にすることに
より、超伝導電極間の距離を大きくとれ、またこれらの
電極間に流れる超伝導電流を大きくとれるとともに、p
n接合に印加する逆バイアス電圧に対する超伝導電流の
変化量を大きくできる。
Therefore, by making the semiconductor layer under the superconducting electrodes have a high concentration and the semiconductor layer between the superconducting electrodes having a low concentration as in this example, the distance between the superconducting electrodes can be increased, and the distance between these electrodes can be increased. It is possible to increase the superconducting current flowing in the p
The amount of change in superconducting current with respect to the reverse bias voltage applied to the n-junction can be increased.

第3図は本発明の第3の実施例を示す断面図であり、第
4図は、斜視図である。リンを3X1017atoms
/crA含んだn型シリコン(111)基板31に5 
X 10 ”atoms/cuffのポロンを注入した
P+領域32と5 X 10 ”atoms/an!の
ポロンを注入したP−領域33が形成されている。第1
の超伝導電極34と第2の超伝導電極35がそれぞれ厚
さ300nmのニオブ膜を用いて、P+領域32の主表
面に設けられている。第1.第2の超伝導電極間の距離
は、200nmでありP+領域32の厚さは200nm
、P−領域33の厚さは1100nである。また、第4
図に示すように、n型シリコン基板31はVBO端子に
、第1の超伝導電極34はvs端子に、第2の超伝導電
極35はVnにそれぞれ接続されている。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view. Phosphorus 3X1017 atoms
5 on the n-type silicon (111) substrate 31 containing /crA.
P+ region 32 injected with poron of X 10 ”atoms/cuff and 5 X 10 ”atoms/an! A P- region 33 in which poron is implanted is formed. 1st
A superconducting electrode 34 and a second superconducting electrode 35 are each provided on the main surface of the P+ region 32 using a niobium film with a thickness of 300 nm. 1st. The distance between the second superconducting electrodes is 200 nm, and the thickness of the P+ region 32 is 200 nm.
, the thickness of the P- region 33 is 1100n. Also, the fourth
As shown in the figure, the n-type silicon substrate 31 is connected to the VBO terminal, the first superconducting electrode 34 is connected to the vs terminal, and the second superconducting electrode 35 is connected to Vn.

超伝導電極34.35の下の高濃度のP+領域32の深
さを深くすれば、超伝導電極34.35の下の半導体層
にしみ出す超伝導電子の波動関数を半導体層のキャリア
濃度で決まるコヒーレンス長まで引き延ばすことができ
る。従って超伝導電極34.35の下の高濃度半導体層
32の厚さは、コヒーレンス長まで厚くすることが望ま
しい。なお、これ以上厚さを増しても、超伝導電子の波
動関数はコヒーレンス長以上に延びることはない。
If the depth of the highly concentrated P+ region 32 under the superconducting electrode 34.35 is increased, the wave function of superconducting electrons seeping into the semiconductor layer under the superconducting electrode 34.35 can be changed by the carrier concentration of the semiconductor layer. It can be extended to a fixed coherence length. Therefore, it is desirable that the thickness of the highly concentrated semiconductor layer 32 under the superconducting electrodes 34, 35 be increased to the coherence length. Note that even if the thickness is increased further, the wave function of superconducting electrons will not extend beyond the coherence length.

超伝導電極34.35からしみ出す超伝導子の波動関数
の振幅(オーダパラメータ)は超伝導電極と半導体層と
の界面で一番大きく、この界面から離れるに従って小さ
くなる。従って、2つの超伝導電極34.35間の半導
体層33においても、超伝導電子の波動関数のオーダパ
ラメータは表面で一番大きく、深くなるに従って小さく
なる。すなわち、表面に流れる超伝導電流が一番大きく
、潔くなるに従って小さくなる。従って、pn接合に印
加する逆バイアス電圧に対する超伝導電流の変化量を大
きくし効率よく制御するには、超伝導電極間の半導体層
の厚さを薄くし、pn接合面を浅く形成すればよい。こ
のようにすることによって、表面に空乏層が達しやすく
なり、超伝導電流の制御性を高めることができる。さら
に超伝導電極34.35間の半導体層33の濃度を低く
することによって、超伝導電流の制御性をより高いもの
とできる。
The amplitude (order parameter) of the wave function of the superconductor seeping out of the superconducting electrodes 34, 35 is greatest at the interface between the superconducting electrode and the semiconductor layer, and decreases as it moves away from this interface. Therefore, also in the semiconductor layer 33 between the two superconducting electrodes 34 and 35, the order parameter of the wave function of superconducting electrons is largest at the surface and becomes smaller as it gets deeper. In other words, the superconducting current flowing on the surface is the largest and decreases as the surface becomes cleaner. Therefore, in order to increase and efficiently control the amount of change in the superconducting current with respect to the reverse bias voltage applied to the pn junction, it is necessary to reduce the thickness of the semiconductor layer between the superconducting electrodes and form the pn junction surface shallowly. . By doing so, the depletion layer can easily reach the surface, and the controllability of the superconducting current can be improved. Furthermore, by lowering the concentration of the semiconductor layer 33 between the superconducting electrodes 34 and 35, the controllability of the superconducting current can be improved.

本超伝導電極34,35の下の高濃度P1領域32の深
さをほぼ超伝導電子のコヒーレンス長に等しい200n
mとしているから、超伝導電極34.35からしみ出す
超伝導電子の波動関数を十分に引き延ばすことができ、
超伝導電極34゜35間の距離を大きくとれ、また超伝
導電流も大きくできる。また、超伝導電極34.35間
の半導体層33を1100nと薄くしているからpn接
合に印加する逆バイアス電圧に対する超伝導電流の変化
量を大きくできる。さらに、この半導体層33を低濃度
のP−領域としているからより効率的に超伝導電流を制
御できる。
The depth of the high concentration P1 region 32 under the present superconducting electrodes 34 and 35 is set to 200n, which is approximately equal to the coherence length of superconducting electrons.
Since it is set to m, the wave function of superconducting electrons seeping out from the superconducting electrodes 34 and 35 can be sufficiently extended,
The distance between the superconducting electrodes 34 and 35 can be increased, and the superconducting current can also be increased. Furthermore, since the semiconductor layer 33 between the superconducting electrodes 34 and 35 is made as thin as 1100 nm, the amount of change in superconducting current with respect to the reverse bias voltage applied to the pn junction can be increased. Furthermore, since the semiconductor layer 33 is a low concentration P- region, the superconducting current can be controlled more efficiently.

第5図は第3図、第4図に示した半導体結合型超伝導回
路装置の4.2Kにおける超伝導電極34.35間の電
流−電圧特性を示したものである。超伝導電極の大きさ
は、それぞれ第4図においてL=1.0μm、W=3.
0μmである。ここでl vo lはn型シリコン基板
31とP−領域33との間に印加される逆バイアス電圧
l VBa  Vs l〜11mVまで変化させた。逆
バイアス電圧を印加することによって、超伝導電極34
.35間に流れる超伝導電流は減少している。また、ス
イッチングスピードは約lOピコ秒であった。
FIG. 5 shows the current-voltage characteristics between the superconducting electrodes 34 and 35 at 4.2 K of the semiconductor-coupled superconducting circuit device shown in FIGS. 3 and 4. The sizes of the superconducting electrodes are L=1.0 μm and W=3.0 μm in FIG. 4, respectively.
It is 0 μm. Here, l vol was changed to a reverse bias voltage l VBa Vs l to 11 mV applied between the n-type silicon substrate 31 and the P- region 33. By applying a reverse bias voltage, the superconducting electrode 34
.. The superconducting current flowing between 35 and 35 is decreasing. Moreover, the switching speed was about 10 picoseconds.

第6図(a)〜(d)は、第3図、第4図に示した第3
の実施例の半導体結合型超伝導回路装置の製造方法の主
な工程を示したものである。
Figures 6(a) to 6(d) represent the third
3 shows the main steps of the method for manufacturing the semiconductor-coupled superconducting circuit device according to the embodiment.

まず、第6図(a)に示すように、リンを3×1017
atoms/ad含むn型基板41の表面上にポジ型電
子線レジストであるポリメチルメタアクリレート(po
ly−methyl−meta acrylate:P
MMA)を厚さ1μmに塗布する。次に、加速電圧20
KV。
First, as shown in Figure 6(a), 3×1017 phosphorus
On the surface of the n-type substrate 41 containing atoms/ad, polymethyl methacrylate (po
ly-methyl-meta acrylate:P
MMA) is applied to a thickness of 1 μm. Next, the acceleration voltage 20
K.V.

ドーズ量2XIO−’クーロン/dの条件で、電子ビー
ムによりマスクを使用することなく直接に露光した。そ
の後現像を行なうことによりpn型基板31の表面上に
幅0.2μmのリフトオフ用抜き型36を形成する。
Exposure was performed directly with an electron beam without using a mask at a dose of 2XIO-'coulombs/d. Thereafter, by performing development, a lift-off cutting die 36 having a width of 0.2 μm is formed on the surface of the pn type substrate 31.

次に、第6図(b)に示すように、ポロン(B)をイオ
ン注入法によりドーピングし、表面濃度5×10 ”a
toms/ad 、深さ200 nmにP+領域32を
形成する。
Next, as shown in FIG. 6(b), poron (B) was doped by ion implantation to give a surface concentration of 5×10”a.
A P+ region 32 is formed at a depth of 200 nm.

しかる後、第6図(C)に示すように、ニオブ膜をスパ
ッタ法で300 nmの厚さに堆積し、次にアセトン中
でリフトオフを行いニオブ膜をパターニングし、第1の
超伝導電極34.第2の超伝導電極35を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6(C), a niobium film is deposited to a thickness of 300 nm by sputtering, and then lift-off is performed in acetone to pattern the niobium film, forming the first superconducting electrode 34. .. A second superconducting electrode 35 is formed.

その後、第6図(d)に示すように、イオン注入法によ
りポロンを表面濃度5 X 10 ”atoms/at
深さ1100nに注入し、P−領域33を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6(d), poron was implanted at a surface concentration of 5×10”atoms/at by ion implantation.
The P- region 33 is formed by implanting to a depth of 1100n.

超伝導体にイオンを注入すると、結晶欠陥、損傷が発生
するために臨界温度が低下する。従って、超伝導電極3
4.35の厚さはイオン注入により形成される損傷層の
厚さよりも厚くすることが好ましい。そしてこのように
厚くすることにより、超伝導電極34.35とP+半導
体層32との界面特性も良好に保たれ、超電導電子のコ
ヒーレンス長が短くなることはない。
When ions are implanted into a superconductor, crystal defects and damage occur, which lowers the critical temperature. Therefore, superconducting electrode 3
The thickness of 4.35 mm is preferably greater than the thickness of the damaged layer formed by ion implantation. By increasing the thickness in this way, the interface characteristics between the superconducting electrodes 34, 35 and the P+ semiconductor layer 32 are also kept good, and the coherence length of superconducting electrons does not become short.

前述したように、超伝導電極34.35間の半導体層に
おいては、超伝導電流は表面が最も大きく深くなるに従
って小さくなる。このために、超伝導電極34.3’5
を形成する際には、超伝導電極34.35間に露出する
ことになる半導体層の表面になるべく損傷を与えないと
いうが方法が望まれる。従って、超伝導電極をRIE(
Reactiveton Eeching)法等により
加工するのは好ましい方法とはいえない。イオンにより
超伝導電極の成分が半導体層の裏面に埋め込まれ、伝導
特性を劣化させるからである。
As described above, in the semiconductor layer between the superconducting electrodes 34 and 35, the superconducting current is largest at the surface and becomes smaller as the depth increases. For this purpose, superconducting electrode 34.3'5
When forming the superconducting electrodes 34 and 35, a method is desired that causes as little damage as possible to the surface of the semiconductor layer exposed between the superconducting electrodes 34 and 35. Therefore, superconducting electrodes can be subjected to RIE (
It cannot be said that it is a preferable method to process the material by a method such as reactive ton eeching. This is because the components of the superconducting electrode are buried in the back surface of the semiconductor layer by the ions, deteriorating the conduction characteristics.

本実施例のようにレジストを用いてリフトオフ法により
超伝導電極を形成すれば、リフトオフ時に半導体層の表
面に損傷を与えることはなく、半導体結合型超伝導回路
装置を形成する方法として非常に優れたものである。
If a superconducting electrode is formed by the lift-off method using a resist as in this example, the surface of the semiconductor layer will not be damaged during lift-off, and this is an excellent method for forming a semiconductor-coupled superconducting circuit device. It is something that

さらに、−回のパターン転写工程により、超伝導電極と
、チャンネル領域が同時に自己整合で決定できる。その
結果、デバイスの微細加工精度が向上し、且つ製造工程
の簡便化を図る事ができる。
Furthermore, the superconducting electrode and the channel region can be simultaneously determined in self-alignment through the second pattern transfer process. As a result, the precision of microfabrication of the device can be improved, and the manufacturing process can be simplified.

次に、超伝導電極に酸化物超伝導体を用いた第4の実施
例について第7図(a)〜(d)を用いて説明する。
Next, a fourth embodiment using an oxide superconductor for the superconducting electrode will be described using FIGS. 7(a) to 7(d).

まず、第7図(a)に示すように5 X 10 ”at
oms/dのリンを含むn型基板71の表面上にフォト
レジストを用いて幅0.1μmのリフトオフ用抜き型7
6を形成する。
First, as shown in FIG. 7(a), 5×10” at
A lift-off cutting die 7 with a width of 0.1 μm is formed using a photoresist on the surface of an n-type substrate 71 containing phosphorus of oms/d.
form 6.

次に、第7図(b)に示すように、ポロンをイオン注入
法によりドーピングし表面濃度5X1020atoms
/c%深さ200umにP+領域72を形成する。
Next, as shown in FIG. 7(b), poron was doped by ion implantation to a surface concentration of 5×1020 atoms.
/c% A P+ region 72 is formed to a depth of 200 um.

次に、第7図(c)に示すように、圧力4X10−’P
aの真空下でイツトリウム、酸化バリウム、銅をそれぞ
れlnm/minの堆積速度で順次、電子銃を用いて蒸
着し、基板温度120℃のシリコン基板71上に膜厚1
μmのYIBa、Cu5or膜を堆積する。次に酸素I
Paの雰囲気中で、アルゴンレーザを照射した。アルゴ
ンレーザ照射の条件は出力IW、ビーム径40μm、走
査速度20nm/secとした結果、酸素注入と焼結が
同時に進行し、Y、Ba 2Cu 30&eの酸化物超
伝導体からなる超伝導電極74.75が形成できた。レ
ジスト部76の上部に堆積した酸化物超伝導体膜は、レ
ジスト76が酸素雰囲気中でのアルゴンレーザ照射によ
り除去されたと同時にリフトオフされた。その後第7図
(d)に示すように、イオン注入法によりポロンを表面
濃度5 X 10 ”atoms/cd、深さ10nm
に注入し、P−領域73を形成した。    。
Next, as shown in FIG. 7(c), the pressure is 4X10-'P
Yttrium, barium oxide, and copper were sequentially deposited using an electron gun at a deposition rate of 1 nm/min under a vacuum of
A μm thick YIBa, Cu5or film is deposited. Next, oxygen I
Argon laser was irradiated in an atmosphere of Pa. The conditions for argon laser irradiation were an output IW, a beam diameter of 40 μm, and a scanning speed of 20 nm/sec. As a result, oxygen injection and sintering proceeded simultaneously, and a superconducting electrode 74 made of Y, Ba 2 Cu 30 & e oxide superconductor was formed. 75 was formed. The oxide superconductor film deposited on the upper part of the resist portion 76 was lifted off at the same time as the resist 76 was removed by argon laser irradiation in an oxygen atmosphere. Thereafter, as shown in FIG. 7(d), poron was implanted at a surface concentration of 5 x 10'' atoms/cd and a depth of 10 nm by ion implantation.
A P- region 73 was formed. .

第8図は、このようにして形成した酸化物超伝導体を用
いた半導体結合型超伝導回路装置の80Kにおける電流
−電圧特性を示したものである。
FIG. 8 shows the current-voltage characteristics at 80K of the semiconductor-coupled superconducting circuit device using the oxide superconductor thus formed.

超伝導電極74.75の大きさは第4図に示した第3の
実施例の素子と同じ1μmX3μmである。
The size of the superconducting electrodes 74 and 75 is 1 .mu.m.times.3 .mu.m, which is the same as the element of the third embodiment shown in FIG.

この実施例においては80にという高温においても第5
図に示す第3の実施例と同様な特性を得ている。まtk
 ツチングスビづも約10ピコ秒であった。
In this example, the fifth
Characteristics similar to those of the third embodiment shown in the figure are obtained. Matk
The time interval was approximately 10 picoseconds.

以上の実施例において半導体基板はシリコンを用いたが
、倒えばゲルマニウムを用いる事、あるいはInAs、
InSb、GaAs、InP等の化合物半導体を用いる
事も可能である。
Although silicon was used as the semiconductor substrate in the above embodiments, germanium could also be used, InAs,
It is also possible to use compound semiconductors such as InSb, GaAs, and InP.

第9図(a)−(d)を用いて例えばGaAsを用いた
第5の実施例を製造工程順に説明する。
A fifth embodiment using, for example, GaAs will be explained in the order of manufacturing steps with reference to FIGS. 9(a) to 9(d).

まず、第9図(a)に示すように5 X 1017at
oms/d濃度のSiを含む、n型(100) G a
 A s基板91の表面上にフォトレジストを用いて幅
200nmのりフトオフ用抜き型96を形成する。
First, as shown in FIG. 9(a), 5×1017at
n-type (100) Ga containing Si at oms/d concentration
A 200 nm wide cutting die 96 for lift-off is formed on the surface of the As substrate 91 using photoresist.

次に、第9図(b)に示すようにMgを120KeV加
速のイオン注入法によりドーピングし、表面濃度3 x
 10  atoms/ant、深さ200nmにP”
領域92を形成する。
Next, as shown in FIG. 9(b), Mg is doped by an ion implantation method accelerated at 120 KeV, and the surface concentration is 3 x
10 atoms/ant, P” at a depth of 200 nm
A region 92 is formed.

次に、第9図(c)に示すように、Nb膜をスパッタ法
により膜厚300nm堆積した後、アセトン中でレジス
トを除去するりフトオフ法により第1.第2の超伝導電
極94.95を形成する。
Next, as shown in FIG. 9(c), after depositing a Nb film with a thickness of 300 nm by sputtering, the resist is removed in acetone or by a lift-off method. A second superconducting electrode 94,95 is formed.

その後、第9図(d)に示すようにイオン注入法により
Mgを表面濃度3 X 10 ”atoms/crA深
さ1100nに注入し、P−領域93を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 9(d), Mg is implanted by ion implantation to a depth of 1100n at a surface concentration of 3.times.10" atoms/crA to form a P- region 93.

超伝導電子のコヒーレンス長ξと移動度μとはξ(支)
μm/2の関係があるから、本実施例のように移動度の
大きい化合物半導体を用いれば、超伝導電極間の距離が
大きくとれ、容易に製造できるとともに、超伝導電流も
大きくとれる。
The coherence length ξ and mobility μ of superconducting electrons are ξ (branch)
Since there is a relationship of .mu.m/2, if a compound semiconductor with high mobility is used as in this embodiment, the distance between the superconducting electrodes can be increased, manufacturing is easy, and a large superconducting current can be obtained.

なお、以上の実施例において半導体層の導電型を反対に
しても同様の効果が得られる。
Note that similar effects can be obtained even if the conductivity types of the semiconductor layers in the above embodiments are reversed.

さらに超伝導電極としてpb、Nb、S i。Furthermore, pb, Nb, and Si are used as superconducting electrodes.

Nb3Sn、NbN、NbCxN+−x、MoN等の超
伝導金属や、B a−P b −B i−0系、La−
Ba−Cu−0系、La−8r−Cu−0系、La−C
a−Cu−0系、Y−Ba−Cu70系、B1−8r−
Ca−Cu−0系の酸化物超伝導体やこれらの酸化物超
伝導体にA4やFを添加した超伝導体を用いることがで
きる。これらの超伝導体を用いた場合も上述した実施例
に示した製造方法が適用できる。また、基板11.21
.31.71.91の濃度は1014atoms/ c
nt〜10 ”atoms/ clであることが好まし
い。高濃度半導体層22,32゜72.92の不純物濃
度は10  atoms/all〜10 ”atoms
/antであることが好ましく、低濃度半導体層23.
33,73.93の濃度は1014atoms/ cn
t〜10 ”atoms/cnffであることが好まし
く、これらの高濃度半導体層22,32,72.92と
低濃度半導体層23,33,73.93の濃度は1桁以
上差があることが好ましい。。
Superconducting metals such as Nb3Sn, NbN, NbCxN+-x, MoN, B a-P b -B i-0 system, La-
Ba-Cu-0 series, La-8r-Cu-0 series, La-C
a-Cu-0 series, Y-Ba-Cu70 series, B1-8r-
Ca-Cu-0-based oxide superconductors and superconductors obtained by adding A4 or F to these oxide superconductors can be used. Even when these superconductors are used, the manufacturing method shown in the above-mentioned embodiments can be applied. Also, the substrate 11.21
.. The concentration of 31.71.91 is 1014 atoms/c
It is preferable that the impurity concentration of the high concentration semiconductor layer 22, 32°72.92 is 10 atoms/all to 10” atoms/cl.
/ant, and the low concentration semiconductor layer 23.
The concentration of 33,73.93 is 1014 atoms/cn
t~10'' atoms/cnff is preferable, and it is preferable that the concentrations of these high concentration semiconductor layers 22, 32, 72.92 and low concentration semiconductor layers 23, 33, 73.93 are different by one order of magnitude or more. ..

なお、高濃度半導体層22,32,72,92の深さは
1100n〜400nmが好ましく、低濃度半導体層3
3,73,93の深さは10nm〜200nmが選ばれ
る。
Note that the depth of the high concentration semiconductor layers 22, 32, 72, and 92 is preferably 1100 nm to 400 nm, and the depth of the low concentration semiconductor layer 3 is preferably 1100 nm to 400 nm.
The depth of 3, 73, and 93 is selected to be 10 nm to 200 nm.

超伝導電極34,35ニア4,75:94,95の間隔
は超伝導電子対のコヒーレンス長の2倍以下であり、1
0nm〜400 nmであることが好ましい 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、一導電型の第1の半導
体層上に他の導電型の第2の半導体層を設け、この第2
の半導体層上に2つの超伝導体電極を設け、この超伝導
体電極間に流れる超伝導電流をPN接合に生じる空乏層
の幅を変化させること“′により制御するものだから従
来の極めて薄い基板に対して厚さの制限が緩和された基
板を用いることができ、さらに極めて薄い絶縁層を不要
とした半導体結合型超伝導回路装置が実現できるため、
素子特性の均一化が容易になり高歩留り化が図かれ、高
集積化に適した装置の実現が可能になる。
The distance between the superconducting electrodes 34, 35 near 4, 75: 94, 95 is less than twice the coherence length of the superconducting electron pair, and 1
The thickness is preferably 0 nm to 400 nm. [Effects of the Invention] As explained above, the present invention provides a first semiconductor layer of one conductivity type and a second semiconductor layer of another conductivity type. 2
Two superconductor electrodes are provided on the semiconductor layer, and the superconducting current flowing between the superconductor electrodes is controlled by changing the width of the depletion layer created in the PN junction, so it is not possible to use a conventional extremely thin substrate. It is possible to use a substrate with relaxed thickness restrictions, and it is also possible to realize a semiconductor-coupled superconducting circuit device that does not require an extremely thin insulating layer.
Uniform element characteristics can be easily achieved, yields can be increased, and a device suitable for high integration can be realized.

さらに、2つの超伝導体電極の下の第2の半導体層を高
不純物濃度とすることにより、超伝導電極間の間隔を大
きくすることができ、また超伝導電流も大きくとれる。
Furthermore, by making the second semiconductor layer under the two superconducting electrodes have a high impurity concentration, the distance between the superconducting electrodes can be increased, and the superconducting current can also be increased.

このように超伝導電極間を大きくとれることは、超伝導
電子のコヒーレンス長が短い酸化物超伝導体を用いた場
合に特に優れた効果を有することになる。また超伝導電
極間の第2の半導体層を低不純物濃度とすることにより
ゲート電圧に対する超伝導電流の変化量を大きくとれ制
御性を増すことができる。
The ability to increase the distance between the superconducting electrodes in this way has a particularly excellent effect when using an oxide superconductor in which the coherence length of superconducting electrons is short. Furthermore, by making the second semiconductor layer between the superconducting electrodes have a low impurity concentration, the amount of change in the superconducting current with respect to the gate voltage can be increased and controllability can be increased.

また、超伝導電極の下の第2の半導体層を深くすること
により、超伝導電極間の距離が大きくとれ、また超伝導
電流も大きくとれる。この場合も超伝導電極間隔を大き
くとれるために、超伝導電子のコヒーレンス長が短い酸
化物超伝導体を用いた場合に特に優れた効果が得られる
。さらに、超伝導電極間の第2の半導体層を浅く形成す
ることによりPN接合面が浅く形成され、ゲート電圧に
対する制御性を増すことができる。
Further, by deepening the second semiconductor layer under the superconducting electrodes, the distance between the superconducting electrodes can be increased, and the superconducting current can also be increased. In this case as well, since the distance between the superconducting electrodes can be made large, particularly excellent effects can be obtained when an oxide superconductor in which the coherence length of superconducting electrons is short is used. Furthermore, by forming the second semiconductor layer between the superconducting electrodes shallowly, the PN junction surface can be formed shallowly, and the controllability over the gate voltage can be increased.

本発明の製造方法は、超伝導電極をリフトオフ法により
形成するので、超伝導電極間に露出する半導体層表面の
結晶性を損なうことはなく、素子特性を劣化させること
もない。また、本発明の製造方法によれば、厚さの制限
が従来よりも緩和された基板、または極めて薄い絶縁層
を不要とした半導体基板内にp−n接合が形成される半
導体結合型超伝導回路装置が実現できるため、素子特性
の均一化、高歩留り化が量られ、高集積化に適した装置
の実現が可能になる。
Since the manufacturing method of the present invention forms the superconducting electrodes by a lift-off method, the crystallinity of the surface of the semiconductor layer exposed between the superconducting electrodes is not impaired, and the device characteristics are not deteriorated. In addition, according to the manufacturing method of the present invention, a semiconductor-coupled superconductor in which a p-n junction is formed in a substrate whose thickness is more relaxed than before, or a semiconductor substrate that does not require an extremely thin insulating layer. Since a circuit device can be realized, device characteristics can be made uniform, yields can be increased, and a device suitable for high integration can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例の半導体結合型超伝導回
路装置の断面図、第2図は本発明の第2の実施例の半導
体結合型超伝導回路装置の断面図、第3図は本発明の第
3の実施例の半導体結合型超伝導回路装置の断面図、第
4図は本発明の第3の実施例の半導体結合型超伝導回路
装置の斜視図、第5図は本発明の第3の実施例の半導体
結合型超伝導回路装置の電流−電圧特性図、第6図(a
)〜(d)は本発明の第3の実施例の半導体結合型超伝
導回路装置の製造方法を説明するための断面図、第7図
(a)〜(d)は本発明の第4の実施例の半導体結合型
超伝導回路装置を説明するための主な製造工程順に示し
た断面図、第8図は本発明の第4の実施例の半導体結合
型超伝導回路装置の電流−電圧特性・図、第9図は本発
明の第5の実施例の半導体結合型超伝導回路装置を説明
するための主な製造工程順に示した断面図、第10図、
第11図は従来の半導体結合型超伝導回路装置の断面図
である。 11・・・・・・n型基板、12・・・・・・P型領域
、13・・・・・・第1の超伝導電極、14・・・・・
・第2の超伝導電極、21・・・・・・n型基板、22
・・・・・・P+領域、23・・・・・・P−領域、2
4・・・・・・第1の超伝導電極、25・・・・・・第
2の超伝導電極、31・・・・・・n型基板、32′−
・曲・P+領域、33・・・・・・P−領域、34・・
・・・・第1の超伝導電極、35・・・・・・第2の超
伝導電極、36・・・・・・リフトオフ抜き型、71・
・・・・・n型基板、72・旧・・P+型領域、73・
・・・・・P−領域、74・・・・・・第1の酸化物超
伝導体電極、75・・・・・・第2の酸化物超伝導体電
極、76・・・・・・リフトオフ用抜き型、91・・・
・・・n型GaAs基板、92・・・・・・P+領域、
93・・・・・・P−型領域、94・・・・・・第1の
超伝導電極、95・・・・・・第2の超伝導電極、96
・・・・・・リフトオフ用抜き型、101・・・・・・
ゲート電極、102・・・・・・ゲート絶縁膜、103
・・・・・・シリコン基板、104・・・・・・超伝導
電極、111・・・・・・半導体基板、112・・・・
・・超伝導電極、113・・・・・・ゲート酸化膜、1
14・・・・・・ゲート電極。 代理人 弁理士  内 原   音 片J図 消4図 θ  24/y8iθ 若7図 I  θ、219.4  17.6  728   l
ソースドレイシミ涯(工Vう 第、8図 消7図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. The figure is a sectional view of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 4 is a perspective view of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. A current-voltage characteristic diagram of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to a third embodiment of the present invention, FIG.
) to (d) are cross-sectional views for explaining the manufacturing method of a semiconductor-coupled superconducting circuit device according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. A sectional view showing the order of the main manufacturing steps for explaining the semiconductor-coupled superconducting circuit device of the embodiment, and FIG. 8 shows the current-voltage characteristics of the semiconductor-coupled superconducting circuit device of the fourth embodiment of the present invention. - Figures 9 and 9 are cross-sectional views shown in the order of main manufacturing steps for explaining the semiconductor-coupled superconducting circuit device of the fifth embodiment of the present invention, and Figure 10.
FIG. 11 is a sectional view of a conventional semiconductor-coupled superconducting circuit device. 11...N-type substrate, 12...P-type region, 13...First superconducting electrode, 14...
・Second superconducting electrode, 21...n-type substrate, 22
...P+ area, 23...P- region, 2
4...First superconducting electrode, 25... Second superconducting electrode, 31... N-type substrate, 32'-
・Song・P+ area, 33...P- area, 34...
...First superconducting electrode, 35... Second superconducting electrode, 36... Lift-off cutting die, 71.
...N-type substrate, 72. Old...P+ type region, 73.
...P-region, 74...First oxide superconductor electrode, 75...Second oxide superconductor electrode, 76... Cutting die for lift-off, 91...
...n-type GaAs substrate, 92...P+ region,
93... P-type region, 94... First superconducting electrode, 95... Second superconducting electrode, 96
・・・・・・Cutting die for lift-off, 101・・・・・・
Gate electrode, 102... Gate insulating film, 103
... Silicon substrate, 104 ... Superconducting electrode, 111 ... Semiconductor substrate, 112 ...
...Superconducting electrode, 113...Gate oxide film, 1
14...Gate electrode. Agent Patent Attorney Uchi Hara On Piece J Zuzu 4 Figure θ 24/y8iθ Waka 7 Figure I θ, 219.4 17.6 728 l
Sauce dray stains (English No. 8, Figure 7 erased

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層
上に設けられた他の導電型の第2の半導体層と、該第2
の半導体層の表面に接してかつ互いに離間して設けられ
た超伝導体からなる第1及び第2の電極と、前記第1の
半導体層に電気的に接続された第3の電極とを有するこ
とを特徴とする半導体結合型超伝導回路装置
(1) A first semiconductor layer of one conductivity type, a second semiconductor layer of another conductivity type provided on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer of another conductivity type provided on the first semiconductor layer;
first and second electrodes made of a superconductor provided in contact with the surface of the semiconductor layer and spaced apart from each other; and a third electrode electrically connected to the first semiconductor layer. A semiconductor-coupled superconducting circuit device characterized by
(2)前記第2の半導体層は前記第1及び第2の電極の
下の高濃度領域と、前記第1及び第2の電極間の低濃度
領域とを有している請求項1記載の半導体結合型超伝導
回路装置
(2) The second semiconductor layer has a high concentration region under the first and second electrodes and a low concentration region between the first and second electrodes. Semiconductor-coupled superconducting circuit device
(3)前記第2の半導体層は前記第1及び第2の電極の
下の深い不純物領域と、前記第1及び第2の電極間の浅
い不純物領域とを有している請求項1記載の半導体結合
型超伝導回路装置
(3) The second semiconductor layer has a deep impurity region under the first and second electrodes and a shallow impurity region between the first and second electrodes. Semiconductor-coupled superconducting circuit device
(4)前記第2の半導体層は前記第1及び第2の電極の
下の高濃度の深い領域と、前記第1及び第2の電極間の
低濃度の浅い領域とを有している請求項1記載の半導体
結合型超伝導回路装置(5)一導電型の第1の半導体層
の主表面上に接してリフトオフ用の抜き型を形成する工
程と、該抜き型をドーピングマスクに用いて前記第1の
半導体層内に他の導電型の第2の半導体層を形成する工
程と、該第2の半導体層及び前記抜き型上に超伝導体膜
を堆積した後、前記抜き型を用いて前記超伝導体膜をリ
フト法でパターニングすることにより前記第2の半導体
層上に前記超伝導体膜を選択的に設ける工程と、しかる
後に前記超伝導体膜が除去されて露出した前記第1の半
導体層表面下に前記他の導電型の第3の半導体層を形成
する工程とを有することを特徴とする半導体結合型超伝
導回路装置の製造方法
(4) The second semiconductor layer has a deep region with high concentration under the first and second electrodes and a shallow region with low concentration between the first and second electrodes. Semiconductor-coupled superconducting circuit device (5) according to item 1: forming a lift-off die in contact with the main surface of the first semiconductor layer of one conductivity type, and using the die as a doping mask. forming a second semiconductor layer of a different conductivity type within the first semiconductor layer; and after depositing a superconductor film on the second semiconductor layer and the cutting die, using the cutting die; selectively providing the superconductor film on the second semiconductor layer by patterning the superconductor film using a lift method, and then removing the superconductor film and removing the exposed superconductor film. forming a third semiconductor layer of the other conductivity type below the surface of the first semiconductor layer.
JP63053967A 1987-03-06 1988-03-07 Semiconductor coupling type superconducting circuit device and manufacture thereof Pending JPS64781A (en)

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