JPH04328883A - 超電導デバイス - Google Patents

超電導デバイス

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JPH04328883A
JPH04328883A JP3124673A JP12467391A JPH04328883A JP H04328883 A JPH04328883 A JP H04328883A JP 3124673 A JP3124673 A JP 3124673A JP 12467391 A JP12467391 A JP 12467391A JP H04328883 A JPH04328883 A JP H04328883A
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JP
Japan
Prior art keywords
buffer layer
substrate
superconductor
compound semiconductor
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3124673A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Suzuki
博 鈴木
Koji Yamano
耕治 山野
Masahiro Iyori
将博 井寄
Tatsuro Usuki
臼杵 辰朗
Masanobu Yoshisato
善里 順信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超電導薄膜を用いた
スーパーショットキダイオード、超電導トランジスタや
超電導センサー等の超電導デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】GaAs,InP,InSb等のIII
−V族化合物半導体単結晶上に超電導薄膜を積層したス
ーパーショットキダイオードがある。
【0003】従来、スーパーショットキダイオードは、
例えば、III−V族化合物半導体単結晶上にNb,P
b等の金属系超電導体をEB(電子線蒸着)法、MBE
(分子線エピタキシー)法等により積層形成されている
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化合物
半導体単結晶と金属系超電導体とは、濡れの悪さ等の理
由から良好な界面が形成されなかった。そのため、この
種スーパーショットキダイオードは、そのアイディアル
ファクタがn〜2程度のものしか得られず、リークが多
いという問題があった。
【0005】一方、III−V族化合物半導体単結晶上
に、酸化物超電導体を積層形成したスーパーショットキ
ダイオードでは、化合物半導体層表面が酸化され、その
半導体−超電導体界面に絶縁層が形成される。この絶縁
層により、化合物半導体層と超電導層間に高抵抗層が形
成され、準粒子の透過率が低下するという問題があった
【0006】この発明は上述した従来の問題点を解消す
るためになされたものにして、化合物半導体層と超電導
体層とを良好な界面と電気的特性の良好な超電導デバイ
スを提供することをその課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明は
、III−V族化合物半導体単結晶上にチタン(Ti)
またはモリブデン(Mo)からなるバッファ層介して金
属系超電導体を積層したことを特徴とする。
【0008】また、この発明の第2の発明は、III−
V族化合物半導体単結晶上にチタン(Ti)またはモリ
ブデン(Mo)からなる第1のバッファ層が設けられ、
この第1のバッファ層上にパラジウム(Pd)、白金(
Pt)または金(Au)からなる第2のバッファ層が設
けられ、この第2のバッファ層上に酸化物超電導体が設
けられていることを特徴とする。
【0009】
【作用】第1の発明によれば、バッファ層により基板と
超電導体の濡れ性が向上し、基板と超電導体との密着度
の高い良好な界面が得られる。従って、リーク特性の向
上した超電導デバイスを提供できる。
【0010】第2の発明によれば、バッファ層により、
基板と超電導体との界面に酸化を原因とする絶縁層の形
成が防止され、基板と超電導体との良好な界面が得られ
る。従って、リーク特性の向上した超電導デバイスを提
供できる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。図1はこの発明の第1の発明に係る超電導
デバイスとしてのスーパーショットキダイオードの構成
を示す模式図である。
【0012】図1に示すように、このスーパーショット
キダイオードは、基板1としてGaAs,InP,In
Sb等のIII−V族系の化合物半導体からなる単結晶
基板を用いる。
【0013】この基板1上にMBE法により、Tiまた
Moからなるバッファ層2を2〜200Å形成する。こ
のバッファ層2の膜厚は、基板1表面を確実に被覆でき
れば薄いほどよく、最大の厚みは超電導体のコヒーレン
ス長までとされる。
【0014】そして、このバッファ層2上に、MBE法
等により、Nb,NbNなどからなる金属系超電導体4
を積層形成することで、非常に界面が安定で且つ超電導
近接効果のあるスーパーショットキダイオードが形成さ
れる。
【0015】次に、この第1の発明の具体的実施例につ
き説明する。
【0016】例えば、GaAs半導体基板1上に、Ti
バッファ層2(30Å)、Nb超電導体4(2000Å
)を積層する。
【0017】積層はMBE装置を用いて行う。MBEの
製膜室の真空度が1×10−10torrになった時、
AsのK−セルを200℃に上昇させ、Asビームを1
×10−5torrに安定させる。
【0018】続いて、GaAs半導体基板1の基板温度
を560℃まで1時間かけ上げ、400℃をこした時に
Asビームを表面にあて、Asぬけを防ぐ。
【0019】次に600℃まで5分かけて上げ、2分間
保持し、GaAs半導体基板1表面に存在するGa2O
3等の酸化物をのぞく。清浄な表面は、R−HEEDに
より2×4構造を観ることによりなされる。
【0020】そして、基板温度を400℃までおとし、
Asビームを打ち切り、真空度が1×10−9torr
になるのをまち、次に基板温度を200℃におとす。
【0021】その後、同真空層中で、E−gunによっ
て、Tiを1Å/secの強度でとばし、GaAs半導
体基板1の表面に30sec蒸着し、その後、Nbから
なる金属系超電導体4を2Å/secの強度で、18分
積層する。
【0022】Tiは、III−V族半導体基板1表面上
に真空中で、1層から均一に蒸着されることが知られて
いる。通常、酸素(O)との反応により約10Å程度の
酸化物層を形成するので安定したTi金属を得るために
は、少なくとも、10Å以上のTi層を形成する必要が
ある。
【0023】また、Nbが超電導状態(温度T<Tc=
9k)の時、超電導状態の波動関数がNb外部のTiに
しみ出し、Tiが超電導状態であるようにふる舞う。こ
の近接効果領域は、Nbの界面から約500Å内の領域
(4.2Kで)である。そこで、Tiからなるバッファ
層2の厚みを500Åより十分にうすい、200Åより
小さくする事で十分な、超電導特性を得ることが可能と
なる。
【0024】次に、この発明の第2の発明の実施例につ
いて説明する。図2はこの発明の第2の発明に係る超電
導デバイスとしてのスーパーショットキダイオードの構
成を示す模式図である。
【0025】図2に示すように、このスーパーショット
キダイオードは、基板1としてGaAs半導体基板1,
InP,InSb等のIII−V族系の化合物半導体か
らなる単結晶基板を用いる。
【0026】この基板1上にMBE法により、Tiまた
Moからなる第1のバッファ層20を4〜30Å形成す
るこのバッファ層20の膜厚は、基板1表面を確実に被
覆できれば薄いほどよい。
【0027】そして、この第1のバッファ層20上に、
MBE法等により、膜厚1〜6ÅのAu,Pt,Pdか
らなる第2のバッファ層30を形成する。
【0028】続いて、この第2のバッファ層上30にR
nBaCuOS系、BiSrCaCuO系、TlBaC
aCuO系の酸化物超電導体40を積層形成することで
、非常に界面が安定で且つ超電導近接効果のあるスーパ
ーショットキダイオードが形成される。
【0029】次に、この第2の発明の具体的実施例につ
き説明する。
【0030】例えば、GaAs半導体基板1上に、Ti
からなる第1のバッファ層20、Ptからなる第2のバ
ッファ層30、Bi0.6K0.4BaO3からなる酸
化物超電導体40を積層する場合につき説明する。
【0031】積層はMBE装置を用いて行う。MBEの
製膜室の真空度が1×10−10torrになった時、
AsのK−セルを200℃に上昇させ、Asビームを1
×10−5torrに安定させる。
【0032】GaAs半導体基板1の基板温度を560
℃まで1時間かけ上げ、400℃をこした時にAsビー
ムを、表面にあて、Asぬけを防ぐ。
【0033】次に600℃まで5分かけて上げ、2分間
保持し、GaAs半導体基板1表面に存在するGa2O
3等の酸化物をのぞく。清浄な表面は、R−HEEDに
より2×4構造を観ることによりなされる。
【0034】次に基板温度を400℃までおとし、As
ビームを打ち切り、真空度が1×10−9torrより
下がると、次に、TI,Ptの成膜を行う。
【0035】清浄な、基板表面のGaAs半導体基板1
((100)面)の基板温度を200℃に設定し、まず
、無酸素状況下で、EB法により、Tiを1Å/sec
の蒸着レートで4sec積層し、次に同じくPtを1Å
/secの蒸着レートで4sec積層し、合計厚さ8Å
の第1、2のバッファ層20、30をGaAs半導体基
板1表面に形成する。
【0036】続いて、Bi0.6K0.4BaO3の成
膜を行う。基板温度を375℃に保持し、Biメタルお
よび、KメタルのKセル、Ba2O3をEガンにより、
フラックスを各々0.6Å/sec、0.4Å/sec
、1Å/secの強度で、2sec飛ばして、シャッタ
ーを1sec閉じるサイクルを、500サイクル150
0秒行う。2sec飛ばす際、10−5torrの酸素
ラジカルビームを直接基板にあて、シャッター閉と同時
に、酸素ラジカルもとめて、酸化物超電導体の酸化形成
を行い、酸化物超電導体40が形成される。
【0037】酸化物系超電導体(40)/Ti(20)
・Pt(30)/III−V半導体基板1の場合に必要
な事は、 1.超電導体と半導体の間の酸素のやり取りを完全に無
くす事。 2.バッファ層は、十分うすくて、III−V族系のス
ードモルヒック状態を保つこと。 3.バッファ層の厚みは、超電導体のコヒーレンス長以
内になること。である。
【0038】まず、1に対しては、Tiを2Å、Ptを
2Å、成長させる場合が、最もうすい構造になる。また
、2に対しては、20Å以内であれば、バッファ層がI
II−V族のスードモルヒック状態を保つ。更に、3に
対しては、BiKBaO系であれば、約30〜40Åの
コヒーレンス長を持つことより、30Å以下のバッファ
層であればよい。
【0039】図4は、前述した第1の発明の具体的実施
例(1)と第2の発明の具体的実施例(2)の順方向バ
イアス時のショットキダイオード特性を示す。これらの
ダイオード特性のアイディアルファクタnは実施例1が
n=1.02、実施例2がn=1.03である。これに
対し、従来のInGaAs−Nbのショットキダイオー
ドでは、極めて慎重な成長を行った場合についても、ダ
イオード特性指数nが2程度のものしか得られない。こ
のように、この発明によれば、ダイオード特性が優れて
いることが判る。
【0040】図3はこの発明に係る超電導デバイスを用
いた超電導トランジスタの構造を示す模式図である。
【0041】図3に示すように、超電導トランジスタは
、基板1としてGaAsの半導体基板1を用いる。この
基板1がコレクタ領域となる。この基板1上にMBE法
などによTiからなる第1のバッファ層20とPtから
なる第2のバッファ層30を形成する。このバッファ層
30上に活酸化物超電導体BiBa1−xKxO2(以
下、BKBOという。)をエピタキシャル成長させるこ
とにより、ベース領域4aが形成される。
【0042】このベース領域4a上にMgO、SrTi
O3等からなる所定膜厚の絶縁層5をMBE法より形成
した後、BKBOからなるエミッタ領域6を形成し、こ
の発明に係る超電導トランジスタが得られる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明によれ
ば、バッファ層により基板と超電導体の濡れ性が向上し
、基板と超電導体との密着度の高い良好な界面が得られ
る。従って、リーク特性の向上した超電導デバイスを提
供できる。また、第2の発明によれば、バッファ層によ
り、基板と超電導体との界面に酸化に起因する絶縁層の
形成が防止され、基板と超電導体との良好な界面が得ら
れる。従って、リーク特性の向上した超電導デバイスを
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  この発明の第1の発明に係る超電導デバイ
スとしてのスーパーショットキダイオードの構成を示す
模式図である。
【図2】  この発明の第2の発明に係る超電導デバイ
スとしてのスーパーショットキダイオードの構成を示す
模式図である。
【図3】  この発明に係る超電導デバイスを用いた超
電導トランジスタの構造を示す模式図である。
【図4】  第1の発明の具体的実施例(1)と第2の
発明の具体的実施例(2)の順方向バイアス時のショッ
トキダイオード特性を示す図である。
【符号の説明】
1  III−V族系化合物半導体単結晶基板2  バ
ッファ層 4  金属系超電導体 20  第1のバッファ層 30  第2のバッファ層 40  酸化物超電導体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  III−V族化合物半導体単結晶上に
    チタン(Ti)またはモリブデン(Mo)からなるバッ
    ファ層を介して金属系超電導体を積層したことを特徴と
    する超電導デバイス。
  2. 【請求項2】  III−V族化合物半導体単結晶上に
    チタン(Ti)またはモリブデン(Mo)からなる第1
    のバッファ層が設けられ、この第1のバッファ層上にパ
    ラジウム(Pd)、白金(Pt)または金(Au)から
    なる第2のバッファ層が設けられ、この第2のバッファ
    層上に酸化物超電導体が設けられていることを特徴とす
    る超電導デバイス。
JP3124673A 1991-04-27 1991-04-27 超電導デバイス Pending JPH04328883A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263766A (ja) * 1994-03-24 1995-10-13 Agency Of Ind Science & Technol 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置
KR100237183B1 (ko) * 1996-12-14 2000-01-15 정선종 금속-반도체 광소자
CN103165811A (zh) * 2013-02-25 2013-06-19 苏州大学 一种硅基氮化铌薄膜超导材料及其制作方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263766A (ja) * 1994-03-24 1995-10-13 Agency Of Ind Science & Technol 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置
KR100237183B1 (ko) * 1996-12-14 2000-01-15 정선종 금속-반도체 광소자
CN103165811A (zh) * 2013-02-25 2013-06-19 苏州大学 一种硅基氮化铌薄膜超导材料及其制作方法

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