JPH01781A - 半導体結合型超伝導回路装置及びその製造方法 - Google Patents

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。

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。

〔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。

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。

ドレイン間に流れる超伝導電流を制御する素子である。

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。

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。

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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
。

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。

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。

〔作用〕

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。

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。

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。

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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。　　　　。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

さらに超伝導電極としてｐｂ、Ｎｂ、Ｓ　ｉ。

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。。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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
2. （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
3. （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
4. （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