JPH0826893A - ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体 - Google Patents
ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体Info
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- JPH0826893A JPH0826893A JP6157582A JP15758294A JPH0826893A JP H0826893 A JPH0826893 A JP H0826893A JP 6157582 A JP6157582 A JP 6157582A JP 15758294 A JP15758294 A JP 15758294A JP H0826893 A JPH0826893 A JP H0826893A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶性、表面平坦性に優れたｃ軸面内配向ａ
軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基板を提
供すること。 【構成】ｃ軸が面内配向したａ軸配向酸化物超伝導体薄
膜を形成する方法において、酸化物単結晶基体上に、表
面格子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッ
ファー層を形成した後、酸化物超伝導体薄膜を形成する
ことを特徴とする。また、酸化物単結晶基体上に、表面
格子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッフ
ァー層を有することを特徴とする。
軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基板を提
供すること。 【構成】ｃ軸が面内配向したａ軸配向酸化物超伝導体薄
膜を形成する方法において、酸化物単結晶基体上に、表
面格子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッ
ファー層を形成した後、酸化物超伝導体薄膜を形成する
ことを特徴とする。また、酸化物単結晶基体上に、表面
格子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッフ
ァー層を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ｃ軸面内配向ａ軸配向
酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体に係り、よ
り詳細には、ｃ軸が面内で一方向に配向したａ軸配向酸
化物超伝導体薄膜を得るために、表面格子が長方形の酸
化物単結晶からなるバッファー層を酸化物単結晶基体上
に形成したｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の
形成法及び形成用基体に関するものである。
酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体に係り、よ
り詳細には、ｃ軸が面内で一方向に配向したａ軸配向酸
化物超伝導体薄膜を得るために、表面格子が長方形の酸
化物単結晶からなるバッファー層を酸化物単結晶基体上
に形成したｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の
形成法及び形成用基体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物高温超伝導体の電子デバイスへの
応用を目指した研究は、現在様々な研究機関で進められ
ている。中でも、酸化物高温超伝導体ＳＩＳトンネル接
合は、電子デバイス応用に向けた最重要項目であり、積
層構造を持つＳＩＳトンネル接合形成の研究が盛んに行
われている。
応用を目指した研究は、現在様々な研究機関で進められ
ている。中でも、酸化物高温超伝導体ＳＩＳトンネル接
合は、電子デバイス応用に向けた最重要項目であり、積
層構造を持つＳＩＳトンネル接合形成の研究が盛んに行
われている。
【０００３】酸化物高温超伝導体ＳＩＳトンネル接合の
実現には、結晶性に優れ（格子欠陥のない）、表面平坦
性に優れた酸化物超伝導体薄膜を形成することが必須と
なる。
実現には、結晶性に優れ（格子欠陥のない）、表面平坦
性に優れた酸化物超伝導体薄膜を形成することが必須と
なる。
【０００４】また、コヒーレンス長の異方性を持つ、例
えば、ＹＢＣＯ超伝導体薄膜を用いて接合を形成する際
には、コヒーレンス長の長いａ軸方位が接合面に対して
垂直方向を向いていることが好ましい。これは、積層型
構造を持つ酸化物超伝導体ＳＩＳ接合の電極にはａ軸配
向ＹＢＣＯ薄膜が適当であることを意味しており、結晶
性、表面平坦性に優れたａ軸配向酸化物超伝導体薄膜形
成の研究が進められている。
えば、ＹＢＣＯ超伝導体薄膜を用いて接合を形成する際
には、コヒーレンス長の長いａ軸方位が接合面に対して
垂直方向を向いていることが好ましい。これは、積層型
構造を持つ酸化物超伝導体ＳＩＳ接合の電極にはａ軸配
向ＹＢＣＯ薄膜が適当であることを意味しており、結晶
性、表面平坦性に優れたａ軸配向酸化物超伝導体薄膜形
成の研究が進められている。
【０００５】従来、ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜形成を
目的として、バルク単結晶基板上へ酸化物超伝導体薄膜
の形成が行われてきた。
目的として、バルク単結晶基板上へ酸化物超伝導体薄膜
の形成が行われてきた。
【０００６】しかしながら、ほとんどのａ軸配向膜はｃ
軸が基板面内で９０°ランダムに配向しており、かつ低
い基板温度で形成されるために結晶性に劣り、ＳＩＳ接
合の電極としては不適当なものである。
軸が基板面内で９０°ランダムに配向しており、かつ低
い基板温度で形成されるために結晶性に劣り、ＳＩＳ接
合の電極としては不適当なものである。
【０００７】一般に、ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜にお
けるｃ軸方位は基板表面の格子の形により決定され、基
板の表面格子が正方形のときは９０°ランダム、また、
長方形のときは一方向に配向する傾向がある。例えば、
（１００）ＬａＳｒＧａＯ4（ＬＳＧＯ）基板の面内格
子は〔０１０〕軸（格子定数ｄ＝３．８４オングストロ
ーム）、〔００１〕軸（ｄ＝４．２３オングストロー
ム）からなる長方形であり、この基板上にｃ軸面内配向
ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜が成長する（〔００１〕ＹＢＣＯ
／〔００１〕ＬＳＧＯ）（M.Mukaida, and S.Miyazawa,
Physica B, 194-196 (1994) 2311. ）。
けるｃ軸方位は基板表面の格子の形により決定され、基
板の表面格子が正方形のときは９０°ランダム、また、
長方形のときは一方向に配向する傾向がある。例えば、
（１００）ＬａＳｒＧａＯ4（ＬＳＧＯ）基板の面内格
子は〔０１０〕軸（格子定数ｄ＝３．８４オングストロ
ーム）、〔００１〕軸（ｄ＝４．２３オングストロー
ム）からなる長方形であり、この基板上にｃ軸面内配向
ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜が成長する（〔００１〕ＹＢＣＯ
／〔００１〕ＬＳＧＯ）（M.Mukaida, and S.Miyazawa,
Physica B, 194-196 (1994) 2311. ）。
【０００８】しかしながら、ＬＳＧＯ基板表面の結晶性
が悪い（水酸化物が形成し易い）ために、その上に形成
されるｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜の結晶性は劣
っている。従って、ＳＩＳトンネル接合の電極としては
不適当である。
が悪い（水酸化物が形成し易い）ために、その上に形成
されるｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜の結晶性は劣
っている。従って、ＳＩＳトンネル接合の電極としては
不適当である。
【０００９】そこで、結晶性、表面平坦性に優れたｃ軸
面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜を成長させるための基板
材料の研究が行われている。その一つとして、ＮｄＧａ
Ｏ3が単結晶基板として現在得られている。しかしなが
ら、この単結晶基板上においては、ｃ軸面内配向ａ軸配
向グレインとｃ軸配向グレインが混在したＹＢＣＯ薄膜
しか形成できない（M.Mukaida, and S.Miyazawa, Jpn.
J. Appl. Phys., 31(1992)3317）。
面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜を成長させるための基板
材料の研究が行われている。その一つとして、ＮｄＧａ
Ｏ3が単結晶基板として現在得られている。しかしなが
ら、この単結晶基板上においては、ｃ軸面内配向ａ軸配
向グレインとｃ軸配向グレインが混在したＹＢＣＯ薄膜
しか形成できない（M.Mukaida, and S.Miyazawa, Jpn.
J. Appl. Phys., 31(1992)3317）。
【００１０】これは、ＮｄＧａＯ3基板表面の面内格子
の軸長の異方性が小さいためと考えられる。
の軸長の異方性が小さいためと考えられる。
【００１１】また、ＰｒＧａＯ3もＧｄＦｅＯ3構造を持
つ材料であり、ＹＢＣＯ薄膜形成用基板として用いるた
めにバルク単結晶の育成が行われれている。しかしなが
ら、融点直下で起こる相転移に起因し、育成結晶中には
ツイン、クラック、サブグレインが形成されるため、Ｙ
ＢＣＯ薄膜を形成する基板としては不適当なものであ
り、ｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜を形成すること
はできない。
つ材料であり、ＹＢＣＯ薄膜形成用基板として用いるた
めにバルク単結晶の育成が行われれている。しかしなが
ら、融点直下で起こる相転移に起因し、育成結晶中には
ツイン、クラック、サブグレインが形成されるため、Ｙ
ＢＣＯ薄膜を形成する基板としては不適当なものであ
り、ｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜を形成すること
はできない。
【００１２】以上のように、結晶性、表面平坦性に優れ
たｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜が成長する面内格
子が長方形の基板は現在存在しない。
たｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜が成長する面内格
子が長方形の基板は現在存在しない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、バッ
ファー層が形成されている基板を用いて、結晶性、表面
平坦性に優れたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄
膜の形成法及び形成用基体を提供することにある。
ファー層が形成されている基板を用いて、結晶性、表面
平坦性に優れたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄
膜の形成法及び形成用基体を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法
は、ｃ軸が面内配向したａ軸配向酸化物超伝導体薄膜を
形成する方法において、酸化物単結晶基体上に、表面格
子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッファ
ー層を形成した後、酸化物超伝導体薄膜を形成すること
を特徴とする。
の、ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法
は、ｃ軸が面内配向したａ軸配向酸化物超伝導体薄膜を
形成する方法において、酸化物単結晶基体上に、表面格
子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッファ
ー層を形成した後、酸化物超伝導体薄膜を形成すること
を特徴とする。
【００１５】また、上記課題を解決するための、ｃ軸面
内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板は、酸
化物単結晶基体上に、表面格子が長方形の酸化物単結晶
薄膜から構成されたバッファー層を有することを特徴と
する。
内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板は、酸
化物単結晶基体上に、表面格子が長方形の酸化物単結晶
薄膜から構成されたバッファー層を有することを特徴と
する。
【００１６】なお、ここにおけるｃ軸面内配向ａ軸配向
酸化物超伝導体薄膜としては、ｃ軸とａ軸との軸長比が
１を超える酸化物超伝導体は全て含まれ、例えば、ラン
タノイド系酸化物、イットリウム系酸化物等があげられ
るが、特に、ＹＢＣＯが効果の達成度合いが高い。
酸化物超伝導体薄膜としては、ｃ軸とａ軸との軸長比が
１を超える酸化物超伝導体は全て含まれ、例えば、ラン
タノイド系酸化物、イットリウム系酸化物等があげられ
るが、特に、ＹＢＣＯが効果の達成度合いが高い。
【００１７】
【作用】以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得
た知見等に基づき説明する。
た知見等に基づき説明する。
【００１８】本発明者は、ＰｒＧａＯ3単結晶から微小
のツインフリー領域を取り出して、その上にＹＢＣＯ薄
膜を形成してみたところ、ｃ軸が面内配向したａ軸配向
薄膜であることを見いだした。そこで、ツインフリーの
ＰｒＧａＯ3基板上では、ｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣ
Ｏ薄膜が成長するのではないかとの着想を得た。
のツインフリー領域を取り出して、その上にＹＢＣＯ薄
膜を形成してみたところ、ｃ軸が面内配向したａ軸配向
薄膜であることを見いだした。そこで、ツインフリーの
ＰｒＧａＯ3基板上では、ｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣ
Ｏ薄膜が成長するのではないかとの着想を得た。
【００１９】そこで、ツインフリーの表面を形成する技
術を探究したところ、バッファー層を設け、かつ、その
バッファー層の面内格子を長方形とすればよいのではな
いかと考え、実験を行った。その結果、バルク酸化物単
結晶上に面内格子が長方形のバッファー層薄膜を形成し
ておけば、ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜のｃ軸を一方向
に配向させることができることが確認され、また、結晶
性、表面平坦性に優れた酸化物超伝導薄膜が得られるこ
とも確認され本発明をなすにいたった。
術を探究したところ、バッファー層を設け、かつ、その
バッファー層の面内格子を長方形とすればよいのではな
いかと考え、実験を行った。その結果、バルク酸化物単
結晶上に面内格子が長方形のバッファー層薄膜を形成し
ておけば、ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜のｃ軸を一方向
に配向させることができることが確認され、また、結晶
性、表面平坦性に優れた酸化物超伝導薄膜が得られるこ
とも確認され本発明をなすにいたった。
【００２０】
（実施例１）図１は本発明によって形成されたｃ軸面内
配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の基本構成を示す概念
図である。１は酸化物単結晶基板、２はバッファー層で
ある。本例では、酸化物単結晶基板１として面内格子の
軸長比が〜１と正方形に近いものを用いている。このた
め、もし酸化物単結晶基板１上に直接ａ軸配向酸化物超
伝導体薄膜を形成した場合、基板面内のｃ軸方位は９０
°ランダムになる。この問題を解決するために、この酸
化物単結晶基板１上へ薄膜結晶成長によりバッファー層
２を形成する。
配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の基本構成を示す概念
図である。１は酸化物単結晶基板、２はバッファー層で
ある。本例では、酸化物単結晶基板１として面内格子の
軸長比が〜１と正方形に近いものを用いている。このた
め、もし酸化物単結晶基板１上に直接ａ軸配向酸化物超
伝導体薄膜を形成した場合、基板面内のｃ軸方位は９０
°ランダムになる。この問題を解決するために、この酸
化物単結晶基板１上へ薄膜結晶成長によりバッファー層
２を形成する。
【００２１】一般的に、面内格子が長方形の基板では、
ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜のｃ軸は面内で一方向に配
向する。例えば、長方形の表面格子を持つ（１００）Ｌ
ＳＧＯ基板上、及び（１１０）ＰｒＧａＯ3基板のツイ
ンフリーの部分へ成長させたａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜のｃ
軸は基板面内で一方向に配向する。そこで、本発明にお
いては、バッファー層２は表面格子が長方形である酸化
物単結晶薄膜とする。
ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜のｃ軸は面内で一方向に配
向する。例えば、長方形の表面格子を持つ（１００）Ｌ
ＳＧＯ基板上、及び（１１０）ＰｒＧａＯ3基板のツイ
ンフリーの部分へ成長させたａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜のｃ
軸は基板面内で一方向に配向する。そこで、本発明にお
いては、バッファー層２は表面格子が長方形である酸化
物単結晶薄膜とする。
【００２２】従って、酸化物単結晶基板１と、長方形の
表面格子を持つバッファー層２とによって、ｃ軸面内配
向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜形成用基板３の表面格子
は長方形であるため、この基板上にｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜４が形成される。
表面格子を持つバッファー層２とによって、ｃ軸面内配
向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜形成用基板３の表面格子
は長方形であるため、この基板上にｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜４が形成される。
【００２３】（実施例２）実施例１で示したように、酸
化物単結晶基板１上に形成されるバッファー層２は、基
本的には長方形の表面格子をもつ材料であればよい。し
かしながら、ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜
の形成用基板３上に形成したｃ軸面内配向ａ軸配向酸化
物超伝導体薄膜４をＳＩＳトンネル接合の下部電極とし
て用いる場合は、結晶性、表面平坦性により優れた薄膜
である必要がある。そのためには、バッファー層２はｃ
軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜４の結晶構造と
類似した材料であることが好ましい。
化物単結晶基板１上に形成されるバッファー層２は、基
本的には長方形の表面格子をもつ材料であればよい。し
かしながら、ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜
の形成用基板３上に形成したｃ軸面内配向ａ軸配向酸化
物超伝導体薄膜４をＳＩＳトンネル接合の下部電極とし
て用いる場合は、結晶性、表面平坦性により優れた薄膜
である必要がある。そのためには、バッファー層２はｃ
軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜４の結晶構造と
類似した材料であることが好ましい。
【００２４】そこで、実施例２ではバッファー層２をｃ
軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜４の結晶構造に
類似しており、表面格子が長方形でＧｄＦｅＯ3構造を
持つ複酸化物とする。複酸化物は、熱的、化学的に安定
であるため、酸化物超伝導体薄膜との反応を防ぐ効果も
ある。すなわち、反応による結晶構造の乱れ（例えばア
モルファス化）の防止も可能となる。従って、バッファ
ー層２は長方形の表面格子を持ったＧｄＦｅＯ3の複酸
化物薄膜となる。
軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜４の結晶構造に
類似しており、表面格子が長方形でＧｄＦｅＯ3構造を
持つ複酸化物とする。複酸化物は、熱的、化学的に安定
であるため、酸化物超伝導体薄膜との反応を防ぐ効果も
ある。すなわち、反応による結晶構造の乱れ（例えばア
モルファス化）の防止も可能となる。従って、バッファ
ー層２は長方形の表面格子を持ったＧｄＦｅＯ3の複酸
化物薄膜となる。
【００２５】このバッファー層２と酸化物単結晶基板１
とによって、ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜
の形成用基板３が構成される。このｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板３は、酸化物超伝導
体薄膜の形成面が長方形の表面格子を持ち、薄膜と結晶
構造も類似しているため、高品質のｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜４を形成することができる。
とによって、ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜
の形成用基板３が構成される。このｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板３は、酸化物超伝導
体薄膜の形成面が長方形の表面格子を持ち、薄膜と結晶
構造も類似しているため、高品質のｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜４を形成することができる。
【００２６】すなわち、ＳＩＳトンネル接合にも十分適
用可能な結晶性、表面平坦性を有するｃ軸面内配向ａ軸
配向酸化物超伝導体薄膜の形成が可能となる。
用可能な結晶性、表面平坦性を有するｃ軸面内配向ａ軸
配向酸化物超伝導体薄膜の形成が可能となる。
【００２７】（実施例３）実施例２では酸化物単結晶基
板１上に形成されるバッファー層２は長方形の表面格子
を持ったＧｄＦｅＯ3構造の複酸化物薄膜である。この
材料系を用いて、結晶性、表面平坦性がさらに優れたバ
ッファー層２を形成するためには、酸化物単結晶基板１
はバッファー層２と同じ結晶構造を持つ材料であること
がより好ましい。バッファー層２の結晶性、表面平坦性
が良好であればその上に形成される薄膜の結晶性、表面
平坦性も良好となる。
板１上に形成されるバッファー層２は長方形の表面格子
を持ったＧｄＦｅＯ3構造の複酸化物薄膜である。この
材料系を用いて、結晶性、表面平坦性がさらに優れたバ
ッファー層２を形成するためには、酸化物単結晶基板１
はバッファー層２と同じ結晶構造を持つ材料であること
がより好ましい。バッファー層２の結晶性、表面平坦性
が良好であればその上に形成される薄膜の結晶性、表面
平坦性も良好となる。
【００２８】そこで、本実施例では、酸化物単結晶基板
１の材料系をバッファー層２と同じＧｄＦｅＯ3構造を
持つ複酸化物に限定する。
１の材料系をバッファー層２と同じＧｄＦｅＯ3構造を
持つ複酸化物に限定する。
【００２９】（実施例４）実施例４ではバッファー層２
の材料系をより具体的に限定する。すなわち、実施例２
におけるＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物としてＰｒＧ
ａＯ3を用いるものである。
の材料系をより具体的に限定する。すなわち、実施例２
におけるＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物としてＰｒＧ
ａＯ3を用いるものである。
【００３０】結晶性、表面平坦性に優れたｃ軸面内配向
ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜４を実現するためには、酸
化物超伝導体薄膜４を形成する際における形成温度で
の、バッファー層２と酸化物超伝導体薄膜４との格子整
合性が重要になる。つまり、酸化物超伝導体薄膜４の形
成温度において格子整合率に優れたものがバッファー層
２としてより好ましいことになる。
ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜４を実現するためには、酸
化物超伝導体薄膜４を形成する際における形成温度で
の、バッファー層２と酸化物超伝導体薄膜４との格子整
合性が重要になる。つまり、酸化物超伝導体薄膜４の形
成温度において格子整合率に優れたものがバッファー層
２としてより好ましいことになる。
【００３１】格子整合率に優れるという条件を満たす材
料としては、薄膜形成温度において、酸化物超伝導体薄
膜との格子不整合率が０．２７％であるＮｄＧａＯ3、
０．０２％であるＰｒＧａＯ3がある。しかしながら、
高品質の薄膜形成を目的とし、バルクＮｄＧａＯ3基板
上に高い基板温度でＹＢＣＯ薄膜を形成したとき、ｃ軸
配向ＹＢＣＯ薄膜とｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜
が混在したものが得られている（M.Mukaida, and S.Miy
azawa, Jpn. J. Appl. Phys., 31 (1992) 3317）。この
原因はＮｄＧａＯ3基板表面の面内格子の軸長比が〜１
と、ほとんど正方形に近いためと考えられる。この理由
により、バッファー層２にＮｄＧａＯ3を用いても、そ
の上に形成したＹＢＣＯ薄膜は、バルクＮｄＧａＯ3基
板上に成長させたときと同様に、ｃ軸配向ＹＢＣＯ薄膜
とｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜とが混在したもの
になる。
料としては、薄膜形成温度において、酸化物超伝導体薄
膜との格子不整合率が０．２７％であるＮｄＧａＯ3、
０．０２％であるＰｒＧａＯ3がある。しかしながら、
高品質の薄膜形成を目的とし、バルクＮｄＧａＯ3基板
上に高い基板温度でＹＢＣＯ薄膜を形成したとき、ｃ軸
配向ＹＢＣＯ薄膜とｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜
が混在したものが得られている（M.Mukaida, and S.Miy
azawa, Jpn. J. Appl. Phys., 31 (1992) 3317）。この
原因はＮｄＧａＯ3基板表面の面内格子の軸長比が〜１
と、ほとんど正方形に近いためと考えられる。この理由
により、バッファー層２にＮｄＧａＯ3を用いても、そ
の上に形成したＹＢＣＯ薄膜は、バルクＮｄＧａＯ3基
板上に成長させたときと同様に、ｃ軸配向ＹＢＣＯ薄膜
とｃ軸面内配向ａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜とが混在したもの
になる。
【００３２】一方、ＰｒＧａＯ3基板のツインフリー部
の上には、ｃ軸が面内で配向したａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜
が成長する。ＰｒＧａＯ3は、バルク結晶成長において
は、一旦溶融させ、その後凝固させるため相転移の存在
によりツインフリーの単結晶形成が困難であるが、薄膜
結晶成長では成長温度が低いためにツインフリーの単結
晶薄膜が形成できる。これらのことから、ＰｒＧａＯ3
はバッファー層として非常に適した材料であると言え
る。
の上には、ｃ軸が面内で配向したａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜
が成長する。ＰｒＧａＯ3は、バルク結晶成長において
は、一旦溶融させ、その後凝固させるため相転移の存在
によりツインフリーの単結晶形成が困難であるが、薄膜
結晶成長では成長温度が低いためにツインフリーの単結
晶薄膜が形成できる。これらのことから、ＰｒＧａＯ3
はバッファー層として非常に適した材料であると言え
る。
【００３３】そこで、第４の実施例ではバッファー層２
を、ＰｒＧａＯ3に限定する。ＰｒＧａＯ3は、基板表面
の面内格子の軸長比が＞１と大きいため、この薄膜上
に、ｃ軸が面内配向したａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜が成長す
る。また、このＰｒＧａＯ3バッファー層２の上では、
ａ軸配向ＹＢＣＯは高い成長温度で成長させることがで
きるため、結晶性、表面平坦性に優れたｃ軸面内配向Ｙ
ＢＣＯ薄膜が形成できる。
を、ＰｒＧａＯ3に限定する。ＰｒＧａＯ3は、基板表面
の面内格子の軸長比が＞１と大きいため、この薄膜上
に、ｃ軸が面内配向したａ軸配向ＹＢＣＯ薄膜が成長す
る。また、このＰｒＧａＯ3バッファー層２の上では、
ａ軸配向ＹＢＣＯは高い成長温度で成長させることがで
きるため、結晶性、表面平坦性に優れたｃ軸面内配向Ｙ
ＢＣＯ薄膜が形成できる。
【００３４】このように、酸化物単結晶基板１上へ、バ
ッファー層２としてＰｒＧａＯ3が形成されているｃ軸
面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板３が
構成される。このｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体
薄膜形成用基板３によって、この上に結晶性、表面平坦
性に優れた、高品質のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝
導体薄膜４を得ることができる。
ッファー層２としてＰｒＧａＯ3が形成されているｃ軸
面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板３が
構成される。このｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体
薄膜形成用基板３によって、この上に結晶性、表面平坦
性に優れた、高品質のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝
導体薄膜４を得ることができる。
【００３５】（実施例５）実施例５では、酸化物単結晶
基板１の材料系を限定する。すなわち、実施例４ではバ
ッファー層２をＰｒＧａＯ3に限定したが、実施例５で
は、酸化物単結晶基板１を、薄膜形成温度においてＧｄ
ＦｅＯ3構造を持つ複酸化物（より具体的にはＰｒＧａ
Ｏ3）との格子整合性に優れた、ＧｄＦｅＯ3構造の複酸
化物とする。この条件を満たし、かつ、その単結晶が存
在する材料には、ＮｄＧａＯ3単結晶基板がある。この
ＮｄＧａＯ3基板上に成長したＰｒＧａＯ3薄膜（バッフ
ァー層２）は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）により
得られるχminの値が４％以下、さらに表面の凹凸が１
０オングストローム程度（ＡＦＭ（原子間力顕微鏡））
という結果を示し、結晶性、表面平坦性に優れているこ
とがわかる。そのため、ＹＢＣＯ薄膜形成用の下地とし
て非常に優れたものである（J.Kobayashi, Y.Tazoh, M.
Mukaida, M.Sasaura, and S.Miyazawa, Proc. 5th Inte
rn. Symp. onSuperconductivity (ISS '92), Kobe 1992
(Advances in Superconductivity V,Springer-Verlag
Tokyo, 1993) p.865-867 ）。
基板１の材料系を限定する。すなわち、実施例４ではバ
ッファー層２をＰｒＧａＯ3に限定したが、実施例５で
は、酸化物単結晶基板１を、薄膜形成温度においてＧｄ
ＦｅＯ3構造を持つ複酸化物（より具体的にはＰｒＧａ
Ｏ3）との格子整合性に優れた、ＧｄＦｅＯ3構造の複酸
化物とする。この条件を満たし、かつ、その単結晶が存
在する材料には、ＮｄＧａＯ3単結晶基板がある。この
ＮｄＧａＯ3基板上に成長したＰｒＧａＯ3薄膜（バッフ
ァー層２）は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）により
得られるχminの値が４％以下、さらに表面の凹凸が１
０オングストローム程度（ＡＦＭ（原子間力顕微鏡））
という結果を示し、結晶性、表面平坦性に優れているこ
とがわかる。そのため、ＹＢＣＯ薄膜形成用の下地とし
て非常に優れたものである（J.Kobayashi, Y.Tazoh, M.
Mukaida, M.Sasaura, and S.Miyazawa, Proc. 5th Inte
rn. Symp. onSuperconductivity (ISS '92), Kobe 1992
(Advances in Superconductivity V,Springer-Verlag
Tokyo, 1993) p.865-867 ）。
【００３６】このように、ＮｄＧａＯ3からなる酸化物
単結晶基板１上へ、バッファー層２としてＰｒＧａＯ3
薄膜が形成されたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体
薄膜の形成用基板３が構成される。このｃ軸面内配向ａ
軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板３上に結晶性、
表面平坦性に優れた高品質のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化
物超伝導体薄膜４が得られる。
単結晶基板１上へ、バッファー層２としてＰｒＧａＯ3
薄膜が形成されたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体
薄膜の形成用基板３が構成される。このｃ軸面内配向ａ
軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用基板３上に結晶性、
表面平坦性に優れた高品質のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化
物超伝導体薄膜４が得られる。
【００３７】
（請求項１、請求項６）このように、本発明により、結
晶性、表面平坦性に優れたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物
超伝導体薄膜の形成が可能となる。そのため、例えば、
ＳＩＳトンネル接合も可能となる。
晶性、表面平坦性に優れたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物
超伝導体薄膜の形成が可能となる。そのため、例えば、
ＳＩＳトンネル接合も可能となる。
【００３８】（請求項２）本発明では、バッファー層に
ＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物を使用しており、Ｇｄ
ＦｅＯ3は形成しようとする酸化物超伝導体薄膜の結晶
構造に類似しているため、結晶性、表面平坦性がより優
れた酸化物超伝導体薄膜の形成が可能となる。
ＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物を使用しており、Ｇｄ
ＦｅＯ3は形成しようとする酸化物超伝導体薄膜の結晶
構造に類似しているため、結晶性、表面平坦性がより優
れた酸化物超伝導体薄膜の形成が可能となる。
【００３９】また、ＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物
は、熱的、化学的に安定であるため、酸化物超伝導体薄
膜との反応を防ぎ、反応生成物の発生による結晶性の劣
化のない良好な酸化物超伝導体薄膜の形成が可能であ
る。
は、熱的、化学的に安定であるため、酸化物超伝導体薄
膜との反応を防ぎ、反応生成物の発生による結晶性の劣
化のない良好な酸化物超伝導体薄膜の形成が可能であ
る。
【００４０】（請求項３）酸化物単結晶基板がバッファ
ー層の材料と同じ結晶構造を持つ材料であるため、結晶
性、表面平坦性がさらに優れた酸化物超伝導体薄膜の形
成が可能となる。
ー層の材料と同じ結晶構造を持つ材料であるため、結晶
性、表面平坦性がさらに優れた酸化物超伝導体薄膜の形
成が可能となる。
【００４１】（請求項４）ＰｒＧａＯ3は、基板表面の
面内格子の軸長比が＞１と大きく、かつ、薄膜形成温度
において、酸化物超伝導体薄膜との格子不整合率が０．
０２％であり、成膜によればツインフリーの単結晶薄膜
の形成が可能であるため、結晶性、表面平坦性に非常に
優れたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜を実現
することができる。
面内格子の軸長比が＞１と大きく、かつ、薄膜形成温度
において、酸化物超伝導体薄膜との格子不整合率が０．
０２％であり、成膜によればツインフリーの単結晶薄膜
の形成が可能であるため、結晶性、表面平坦性に非常に
優れたｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜を実現
することができる。
【００４２】（請求項５）ＮｄＧａＯ3を基体として用
いており、ＮｄＧａＯ3は、酸化物超伝導体薄膜の形成
温度においてＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物（より具
体的にはＰｒＧａＯ3）との格子整合性に優れているた
め、結晶性、表面平坦性に極めて優れたｃ軸面内配向ａ
軸配向酸化物超伝導体薄膜を実現することができる。
いており、ＮｄＧａＯ3は、酸化物超伝導体薄膜の形成
温度においてＧｄＦｅＯ3構造を持つ複酸化物（より具
体的にはＰｒＧａＯ3）との格子整合性に優れているた
め、結晶性、表面平坦性に極めて優れたｃ軸面内配向ａ
軸配向酸化物超伝導体薄膜を実現することができる。
【図１】本発明のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体
薄膜の形成用基板の基本構造を示した概念図である。
薄膜の形成用基板の基本構造を示した概念図である。
１ 酸化物単結晶基板、 ２ バッファー層、 ３ ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成用
基板、 ４ ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜。
基板、 ４ ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮澤 信太郎 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本 電信電話株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 ｃ軸が面内配向したａ軸配向酸化物超伝
導体薄膜を形成する方法において、酸化物単結晶基体上
に、表面格子が長方形の酸化物単結晶薄膜から構成され
たバッファー層を形成した後、酸化物超伝導体薄膜を形
成することを特徴とするｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超
伝導体薄膜の形成法。 - 【請求項２】 上記バッファー層がＧｄＦｅＯ3構造を
持つ複酸化物であることを特徴とする請求項１記載のｃ
軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法。 - 【請求項３】 上記酸化物単結晶基体が、ＧｄＦｅＯ3
構造を持つ複酸化物であることを特徴とする請求項２記
載のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成
法。 - 【請求項４】 上記バッファー層がＰｒＧａＯ3である
ことを特徴とする請求項２記載のｃ軸面内配向ａ軸配向
酸化物超伝導体薄膜の形成法。 - 【請求項５】 上記酸化物単結晶基体がＮｄＧａＯであ
ることを特徴とする請求項４記載のｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜の形成法。 - 【請求項６】 前記酸化物超伝導体薄膜はランタノイド
系酸化物、イットリウム系酸化物のいずれか一種からな
る薄膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１項記載のｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜
の形成法。 - 【請求項７】 前記酸化物超伝導体薄膜はＹＢＣＯであ
ることを特徴とする請求項６記載のｃ軸面内配向ａ軸配
向酸化物超伝導体薄膜の形成法。 - 【請求項８】 酸化物単結晶基体上に、表面格子が長方
形の酸化物単結晶薄膜から構成されたバッファー層を有
することを特徴とするｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝
導体薄膜の形成用基体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6157582A JPH0826893A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6157582A JPH0826893A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0826893A true JPH0826893A (ja) | 1996-01-30 |
Family
ID=15652855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6157582A Pending JPH0826893A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | ｃ軸面内配向ａ軸配向酸化物超伝導体薄膜の形成法及び形成用基体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0826893A (ja) |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP6157582A patent/JPH0826893A/ja active Pending
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