JP3216089B2

JP3216089B2 - 超電導デバイスの製造方法並びにそれを用いた超電導トランジスタ

Info

Publication number: JP3216089B2
Application number: JP28562191A
Authority: JP
Inventors: 博鈴木; 将博井寄; 辰朗臼井; 順信善里
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JPH05102543A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超電導体と半
導体接合を利用するデバイス、例えば、高周波ミキサ
ー、スーパーショットキダイオード、超電導トランジス
タのベース・コレクタ接合に用いられる超電導デバイス
の製造方法及びそれを用いた超電導トランジスタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超電導トランジスタとして、近接効果型
トランジスタが提案されている（西野他「超電導トラン
ジスタ」応用物理第５６巻第６号（１９８７）Ｐ７５２
〜７５６参照）。

【０００３】これは、超電導体と常電導体を密着させる
と超電導体側から常電導体側へクーパ一対がしみ出し
て、常電導体側へのしみだし距離程度の薄い層に超電導
を誘発する近接効果を利用したものである。即ち、常電
導膜Ｎを超電導膜Ｓで挾んだＳＮＳ接合で、常電導膜Ｎ
の膜厚がしみ出し距離程度であると、近接効果のために
クーパ一対が超電導膜Ｓ間を行き来できるようになる。
しみ出し距離は常電導体内のコヒーレンス長さに相当す
る量で、温度の低下と共に大きくなり、また自由電子の
濃度と共に増大する。

【０００４】金属の自由電子濃度を変えるのは難しい
が、半導体を用いると半導体の電流を運ぶキャリアを電
界によって接合部に引き寄せて接合部でキャリア濃度を
電界効果トランジスタのように変えることができる。

【０００５】近接効果型トランジスタは、この半導体を
用いたものであり、図８に示すように、シリコン単結晶
板５１上に、ソース電極５２とドレイン電極５３を形成
すると共にシリコン単結晶板５１の下面にゲート電極５
４を形成するものであり、各電極を鉛合金の超電導体に
て構成するものである。図中、５５、５６、５７は絶縁
膜である。

【０００６】他の従来例としてトンネル注入型超電導ト
ランジスタが提案されている。このトンネル注入型超電
導トランジスタの概念構造は、例えば、ＩＥＥＥＴｒ
ａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖ
ＯＬ．ＭＡＧ−２１，ＮＯ．２，ＭＡＲ．１９８５「Ａ
ＮＥＷＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧＢＡＳＥ
ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ」Ｐ．７２１〜７２４あるいは
同誌ＶＯＬ．ＭＡＧ−１９，Ｎｏ．３，ＭＡＹ１９
８３「ＱＵＩＴＥＲＯＮ」Ｐ．１２０３〜１２９５に示
されている。即ち、図９に示すように、半導体からなる
コレクタ領域６１と、コレクタ領域６１に接した超電導
体からなるベース領域６２と、このベース領域６２に絶
縁膜６３を介して設けられた超電導体からなるエミッタ
領域６４とから構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の近接効果型トラ
ンジスタを製造するには、半導体と超電導体の積層化が
必要である。半導体上に例えばＹＢＣＯ系高温酸化物超
電導薄膜を形成する場合、形成時の基板温度を６５０℃
以上にする必要があり、半導体との相互拡散などのため
特性が劣化する。このため、高温酸化物超電導薄膜と半
導体との積層化が困難であった。

【０００８】更に、シリコン又はＧａＡｓ半導体上にイ
ットリウム系又はビスマス系の酸化膜超電導体を積層形
成した場合、非常に短いコヒーレンス長のために、接合
界面で超電導特性が劣化し十分なクーパ一対のしみ出し
が行なわれなかった。

【０００９】しかも、ＧａＡｓ半導体基板上に超電導体
としてＮｂを設けた超電導体と半導体接合は存在してい
たが、酸化物超電導体と半導体接合は、相互拡散のため
いずれもダメージを受け、良好な接合が得られていな
い。

【００１０】そして、上記接合を超電導ベーストランジ
スタに用いた場合には、その接合界面の劣化によりコレ
クター・ベース間の障壁が高く且つ厚くなり、準粒子の
透過率が低下し、トランジスタとして動作させるデバイ
スの作成が困難であるという問題があった。

【００１１】この発明は、かかる点に鑑みなされたもの
にして、製造の容易な超電導トランジスタを提供するこ
とをその課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この第１の発明は、アル
ゴンガスと酸素ガスとを装置内に導入した後、装置内を
プラズマ雰囲気として、Ｂａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（０．２＜
ｐ＜０．５）又はＢａ_1-pＲｂ_pＢｉＯ₃（ここに、ｐは
０．２＜ｐ＜０．５）という組成から成る超電導薄膜を
基板上に作成する超電導薄膜の製造方法において、前記
基板としてＮｂを０．００５重量以上０．５重量％以下
でドープした単結晶ＳｒＴｉＯ₃を用い、前記基板の温
度を３００℃以上４００℃以下に加熱した状態で超電導
薄膜を作成することを特徴とする。

【００１３】更に、超電導薄膜形成前に、前記基板に熱
リン酸またはバッファドフッ酸によるエッチング処理を
施すとよい。

【００１４】この第２の発明は、基板としてＮｂを０．
００５重量％以上０．５重量％以下ドープした単結晶Ｓ
ｒＴｉＯ₃を用い、この基板上に、微小間隔を隔てて設
けられたＢａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（ここに、ｐは０．２＜ｐ
＜０．５）又はＢａ_1-pＲｂ_pＢｉＯ₃（ここに、ｐは
０．２＜ｐ＜０．５）の組成からなるソース及びドレイ
ン領域を設け、この微小間隔内の基板上とソース及びド
レイン領域に跨って形成された絶縁膜上にゲート電極を
設けたことを特徴とする。。

【００１５】

【作用】ＳｒＴｉＯ₃は絶縁性基板として用いられる
が、ＳｒＴｉＯ₃にＮｂを０．００８重量％から０．５
％重量％の範囲でドープすると、このＳｒＴｉＯ₃は酸
化物ｎ型半導体となる。このＮｂドープのＳｒＴｉＯ₃
はペロブスカイト構造であり、Ｂａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（以
下、ＢＫＢＯと略記する。）膜又はＢａ_1-pＲｂ_pＢｉＯ
₃（以下、ＢＲｂＢＯと略記する。）膜をエピタキシャ
ル成長させることができる。

【００１６】従って、半導体層と超電体層との拡散の全
くない接合界面が得られる。またＢＫＢＯ及びＢＲｂＢ
Ｏは３００℃〜４００℃での低温形成が可能でありＳｒ
ＴｉＯ₃にダメージを与えることもない。

【００１７】更に、ＢＫＢＯ及びＢＲｂＢＯは３００℃
〜４００℃で低温形成することで、非常に接合のきれい
なヘテロ成長をさせることができるため、コンタクト領
域にダメージ層のない接合抵抗の小さい接合を形成でき
る。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００１９】図１は、この発明の前提となる超電導デバ
イスの一例を示す断面図である。基板１として、ＳｒＴ
ｉＯ₃（１１０）の単結晶基板にＮｂを０．００５重量
％以上０．５重量％以下、好ましくは０．００８重量％
以上０．５重量％以下ドープしたものを用いる。このＮ
ｂドープ量の代表値は０．０５重量％である。

【００２０】そして、Ｎｂを０．００８重量％以上０．
５重量％以下ドープした基板上１に、超電導薄膜２ａが
形成された構造となっている。上記、超電導薄膜層２ａ
は厚み約１０００Åであって、Ｂａ_0.6Ｋ_0.4ＢｉＯ₃又
はＢａ_0.6Ｒｂ_0.4ＢｉＯ₃から構成される。尚、図中２
１、２２はＡｕ等からなる電極である。

【００２１】Ｎｂドープの単結晶ＳｒＴｉＯ₃は、例え
ばベルヌーイ法により作成したり、また、ノンドープの
ＳｒＴｉＯ₃にＮｂをイオン注入することにより作成し
たり、あるいはＳｒＴｉＯ₃：Ｎｂ組成の膜をスパッタ
若しくは蒸着により形成し、Ｈ₂雰囲気中で熱処理した
りすることで得られる。

【００２２】そして、この基板１の研磨された表面に、
超電導組成膜としてのＢａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ
＜０．５）膜又はＢａ_1-pＲｂ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ＜
０．５）膜２ａをＲｆマグネトロンスパッタリング法に
より焼結ターゲットから形成する。尚、ｐの代表値は
０．４である。

【００２３】次に、上記構造の超電導デバイスの製造方
法について説明する。

【００２４】先ず、基板１をエタノール中で超音波洗浄
した後、煮沸、乾燥させる。次に、この洗浄された基板
１を、スパッタリングターゲットが装着されたＲｆ−マ
グネトロンスパッタ装置内に取付けた後、装置内圧が１
０~⁴〜１０~⁶Ｐａとなるまで真空引きを行う。

【００２５】次いで、装置内に、ＡｒガスとＯ₂ガスと
を導入する。この際、ＡｒガスとＯ₂ガスと比は５０：
５０に、且つ装置内ガス圧は８０Ｐａとなる様に設定し
た。

【００２６】この後、装置の正負極間に５０〜１５０Ｗ
の放電電力を印加することによって装置内にプラズマを
発生させた後、装置内の加熱装置により基板１を３００
℃〜４００℃に加熱する。

【００２７】しかる後、０．５〜２時間プレスパッタを
行った後、基板１を３００℃〜４００℃に加熱した状態
で、装置内シャッタを開成して本スパッタを開始する。
これにより、超電導薄膜層２ａの形成が開始される。こ
の際、成膜速度は、５００Å／ｈｒであるので、約２時
間本スパッタを行う。本スパッタ終了後、上記シャッタ
を閉成し更にプラズマを消灯させる。この後、Ａｒガス
の導入を中止すると共に、Ｏ₂ガスの導入状態を維持す
る。これにより、基板１がＯ₂ガス雰囲気で冷却される
ことになる。

【００２８】Ｂａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ＜０．
５）膜を成膜する場合の上記スパッタリングターゲット
は、バリウム化合物（例えば、ＢａＣＯ₃、ＢａＯ、Ｂ
ａ（ＮＯ）₂）、カリウム化合物（例えば、ＫＯ₂、Ｋ₂
ＣＯ₃、ＫＮＯ₃）、ビスマス化合物（例えばＢｉ₂Ｏ₃）
を基板温度に適した所定の割合で混合した後、チッソガ
ス雰囲気（６００〜７００℃）で２〜５時間、酸素ガス
雰囲気（４００〜５００℃）で２〜５時間焼成し、更
に、１〜３トン／ｃｍ²の圧力でプレスすることによっ
て作製した。

【００２９】Ｂａ_1-pＲｂ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ＜０．
５）膜を成膜する場合の上記スパッタリングターゲット
は、バリウム化合物（例えば、ＢａＣＯ₃、ＢａＯ、Ｂ
ａ（ＮＯ）₂）、ルビジウム化合物（例えば、ＲｂＯ₂、
Ｒｂ₂ＣＯ₃、ＲｂＮＯ₃）、ビスマス化合物（例えばＢ
ｉ₂Ｏ₃）を基板温度に適した所定の割合で混合した後、
チッソガス雰囲気（６００〜７００℃）で２〜５時間、
酸素ガス雰囲気（４００〜５００℃）で２〜５時間焼成
し、更に、１〜３トン／ｃｍ²の圧力でプレスすること
によって作製した。

【００３０】上記の製造方法で形成した超電導薄膜層２
ａをＸ線回折法により調べたので、その結果を図２に示
す。

【００３１】図２から明らかなように、超電導薄膜層２
ａは略完全に（１１０）方向を向いていることが確認さ
れた。また、ピークの幅は単結晶構造の基板と近似して
いる。このことから、超電導薄膜層２ａの膜質が良好で
あることが窺える。

【００３２】また、ＲＨＥＥＤ法によって得られた写真
により、超電導薄膜層２ａはエピタキシャル成長してい
ることを確認した。

【００３３】図３は、上記の製造方法により形成した超
電導デバイスの接合（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）抵抗と基板温
度Ｔｓ依存性を示す。

【００３４】図３より明らかなように、基板温度Ｔｓが
３５０℃のとき接合抵抗が最も小さくなる。尚、測定し
たデバイスの接合面積は０．０１ｃｍ²である。

【００３５】上記した実施例においては、基板１表面
に、Ｂａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ＜０．５）膜又は
Ｂａ_1-pＲｂ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ＜０．５）膜２ａを
Ｒｆマグネトロンスパッタリング法により形成する前の
前処理としては、エタノールによる超音波洗浄のみ行っ
た。

【００３６】これに対して、前処理として、熱リン酸に
より基板１にエッチングを施すと、基板１表面の研磨ダ
メージを取り除く効果があり、接合抵抗を下げることが
できる。即ち、熱リン酸により基板１を３０秒〜１分エ
ッチングを施すことにより、接合抵抗をエタノールによ
る超音波洗浄のみの場合に比して約５０％減少させるこ
とができた。

【００３７】又、前処理として、バッファドフッ酸Ｈ₂
Ｏ₂：ＨＦ＝（１０：１）〜（２０：１）により、基板
１にエッチングを施しても、同様に接合抵抗を低下させ
ることができた。この場合、エッチング液温〜２３℃、
エッチング時間１５〜３０秒で、エッチング後、純水洗
浄を１０分行う。この時の接合抵抗の減少はエタノール
による超音波洗浄のみの場合に比して約５０％であり、
熱リン酸によるエッチングの場合と同様である。

【００３８】図４は、上記の製造方法により形成した超
電導デバイスのＩ−Ｖ特性の微分コンダクタンス（ｄＩ
／ｄＶ−Ｖ）特性の温度依存性を測定した結果を示す。
尚、この測定サンプルは、基板温度３５０℃でＲｆマグ
ネトロンスパッタリング法によりＢＫＢＯ膜を形成した
ものである。

【００３９】図４から明らかなように、温度が超電導転
移温度以下の４．８Ｋのとき、０バイアス近傍の±３．
５ｍＶ内に超電導ギャップの観測に伴う、約３０％のコ
ンダクタンスの低下を観測できた。

【００４０】このようにこの発明によれば、酸化物超電
導体と半導体との良好な接合が得られる。

【００４１】図５に従い、この発明をＭＯＳ型近接効果
型トランジスタに適用した実施例につき説明する。

【００４２】図５（Ａ）〜（Ｄ）は、ＭＯＳ型の近接効
果型超電導トランジスタの製造工程を示すものである。

【００４３】この図面において、基板１としては、Ｓｒ
ＴｉＯ₃（１１０）の単結晶基板にＮｂを０．００８重
量％以上０．５重量％以下ドープしたものを用いる。こ
のＮｂドープ量の代表値は０．０５重量％である。

【００４４】そして、この基板１の研磨された表面に、
超電導組成膜としてのＢａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ
＜０．５）膜２をＲｆマグネトロンスパッタリング法に
より次の条件下で焼結ターゲットから形成する。尚、ｐ
の代表値は０．４である。

【００４５】この焼結ターゲットは、Ｂａ_0.6Ｋ_0.5Ｂｉ
Ｏ_xの粉末をＮ₂及びＯ₂雰囲気中により仮焼成したもの
を用いる。

【００４６】基板１をエタノール中で超音波洗浄した
後、煮沸、乾燥させる。次に、この洗浄された基板１
を、スパッタリングターゲットが装着されたＲｆ−マグ
ネトロンスパッタ装置内に取付けた後、装置内圧が１０
~⁴〜１０~⁶Ｐａとなるまで真空引きを行う。

【００４７】陰極側のこのターゲットに対し、接地され
た陽極側に基板１を４０ｍｍ離間して配置し、焼結ター
ゲットには負の高電圧１．５ＫＶを印加する。

【００４８】ベルジャ内に純度９９．９９９５％のアル
ゴンガス（Ａｒ）と純度９９．９９９％の酸素ガス（Ｏ
₂）を比１：１の割合で且つ装置内ガス圧は８０Ｐａと
なる様に設定した。

【００４９】この後、装置の正負極間に５０〜１５０Ｗ
の放電電力を印加することによって装置内にプラズマを
発生させた後、装置内の加熱装置により基板１を３００
℃〜４００℃に加熱する。

【００５０】スパッタ出力を１５０Ｗとしてスパッタリ
ング処理し、基板１上に厚み３００〜３０００Åの薄膜
２を形成することができる。尚、この実施例では、ＢＫ
ＢＯ薄膜２の膜厚は１０００Åとした。

【００５１】次に、図５（Ｂ）に示すように、イオンビ
ームエッチング又はＣＣｌ₄、ＣＦ₄によるプラズマエッ
チングにより、ＢＫＢＯ薄膜２をパターニングしてソー
ス領域３とドレイン領域４を形成する。このソース領域
３とドレイン領域４間は０．１５〜２．５μｍの間隔で
基板１表面が露出される。

【００５２】続いて、図５（Ｃ）に示すように、ソース
領域３とドレイン領域４とその間の基板１表面とに跨っ
て、酸化膜などの絶縁性膜５を形成する。

【００５３】絶縁性膜５としてＭｇＯ、ＳｉＯ₂又はＡ
ｌ₂Ｏ₃を使用することができるが、この実施例において
はＭｇＯを使用し、電子ビーム蒸着法で膜厚１０００Å
とした。この場合の成膜速度は１０Å／秒、基板温度３
００℃とした。

【００５４】その後、図５（Ｄ）に示すように、絶縁性
膜５介してゲート電極６を設けると共にソース領域３と
ドレイン領域４にそれぞれ電気的に連なったＡｕなどか
らなるソース電極７並びにドレイン電極８を設ける。

【００５５】また、各電極６、７、８としてＡｕを厚み
６０００Åに電子ビーム蒸着法で蒸着した。その電子ビ
ーム蒸着法の作動条件は前述の絶縁性膜５の電子ビーム
蒸着法と同じであり、成膜速度は２０Å／秒であった。

【００５６】図６は、この発明の超電導デバイスを低エ
ネルギー型超電導ベーストランジスタに適用した構成を
示す模式図である。

【００５７】図６に示すように、この低エネルギー型超
電導ベーストランジスタは、前述の前述の実施例と同様
にＮｂを０．００８重量％以上０．５重量％以下ドープ
した単結晶ＳｒＴｉＯ₃（１１０）からなる酸化物半導
体をコレクタ領域１０として用いる。

【００５８】このＮｂドープのＳｒＴｉＯ₃に、基板温
度を３００℃から４００℃に保持し、スパッタ法により
Ｂａ_1-pＫ_pＢｉＯ₃（０．２＜ｐ＜０．５）組成の超電
導体からなるベース領域１１を形成する。尚、ｐの代表
値は０．４である。このベース領域１１は膜厚５００〜
１５００Åエピタキシャル成長によりＳｒＴｉＯ₃（１
１０）上に形成するが、前述したように、Ｎｂドープの
ＳｒＴｉＯ₃はペロブスカイト構造であり、ＳｒＴｉＯ₃
上にＢＫＢＯ薄膜のエピタキシャル成長が行われる。ま
た、両者の接合界面は良好な状態が得られる。

【００５９】そして、コレクタ領域１０となるＳｒＴｉ
Ｏ₃基板上にＢＫＢＯを形成した後、スパッタ装置のチ
ャンバから基板を取り出し、湿度６０％以下の室温で大
気中または、Ａｒ、Ｎ₂ガスに約３０分間さらしてお
く。この処理でＢＫＢＯ表面に自然に約２０Åのバリヤ
（ｎａｔｉｖｅバリヤ）１２が形成される。

【００６０】他の方法としては、ＢＫＢＯを大気圧の１
００％のＯ₂にさらしておくか、または真空中に保持し
たままＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等の絶縁膜を基板温度
３００℃〜３５０℃で約１０Å〜４０Åスパッタ形成す
ることにより、人工的にバリヤ１２を形成することがで
る。

【００６１】また、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮはＭＢＥ
法、ＥＢ法または抵抗加熱法によっても同様に形成する
ことができる。ＭＢＥ法の場合、真空度を１×１０~⁹ｔ
ｏｒｒ以上、ＥＢ法の場合１×１０~⁸ｔｏｒｒ以上、抵
抗加熱の場合１×１０~⁷ｔｏｒｒ以上になった時それぞ
れ蒸着レートを０．１Å／秒、０．５Å／秒、１．０Å
／秒で形成する。

【００６２】これらのバリヤ１２上に、金属又は超電導
体からなるエミッタ領域１３を形成することにより、低
エネルギー型超電導トランジスタが形成される。

【００６３】このエミッタ領域１３は、金属の場合に
は、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉなどを抵抗加熱もしくはＥ
Ｂ蒸着法にて形成される。すなわち、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ
は抵抗加熱で形成され、１×１０~⁶Ｐａ以下の真空度で
蒸着する。但し、基板温度は室温以上３００℃以下であ
る。また、Ｔｉの場合は、ＥＢ蒸着法によって形成す
る。この場合には、１×１０~⁶Ｐａ以下の真空度で０．
１〜１nm／秒の成膜スピードによって蒸着を行う。いず
れの場合もエミッタ領域１３は３０００〜６０００Åの
厚みに形成する。

【００６４】また、エミッタ領域１３が超電導体の場
合、例えば、金属系超電導体（Ｐｂ、Ｎｂ、ＮｂＮ、Ｎ
ｂ₃Ｓｎ、Ｎｂ₃Ｇｅ、ＮｂＴｉ）の場合には、多結晶エ
ミッタでも可能であるので、３５０℃以下の基板温度で
スパッタ法、ＭＢＥ法、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱法で形成
する。

【００６５】ＮｂＮ、Ｎｂ₃Ｓｎ、Ｎｂ₃Ｇｅ、ＮｂＴｉ
の場合は、スパッタ法により形成する。Ｐｂ、Ｎｂの場
合は、ＭＢＥ法によって形成する。

【００６６】更に、酸化物超電導体の場合には、ＢＫＢ
Ｏをスパッタ法により、ベースと同じ条件で形成するが
基板温度は、ベースを形成した温度より低いほうがよ
い。

【００６７】そして、超電導体で構成するエミッタ領域
１３の膜厚は、１０００Å〜１μｍで、金属系、酸化物
超電導体層共に同じであり、その代表値は４０００Åで
ある。

【００６８】図７はこの発明の超電導デバイスを高エネ
ルギー型超電導ベーストランジスタに適用した構成を実
施例の構成を示す模式図である。

【００６９】図７に示すように、この高エネルギー型超
電導ベーストランジスタは、前述の図６で示した低エネ
ルギー型超電導ベーストランジスタと同様にＮｂを０．
００８重量％以上０．５重量％以下ドープした単結晶Ｓ
ｒＴｉＯ₃（１１０）からなる酸化物半導体をコレクタ
領域１０として用い、この上にＢＫＢＯからなるベース
領域１１を形成するものである。

【００７０】すなわち、Ｎｂを０．０１重量％ドープし
たＳｒＴｉＯ₃（１１０）基板１０上に、前述と同様に
Ａｒ：Ｏ₂＝１：１の割合で圧力８０Ｐａの条件による
スパッタ法により、膜厚３００〜１０００ÅのＢＫＢＯ
膜１１を作成する。この時ＳｒＴｉＯ₃基板１０の基板
温度は３００℃〜４００℃にて行う。

【００７１】この温度領域で成膜を行うと、ＳｒＴｉＯ
₃とＢＫＢＯの界面には、ほとんど拡散が起こらない。

【００７２】又、成膜後、スパッタのチャンバーから取
り出す前に、チャンバー中を５／６気圧程度のＯ₂雰囲
気にし、３８０℃〜４１０℃の温度下で１時間放置する
ことにより、転移温度Ｔｃ＝２８Ｋの超電導薄膜を得る
事ができる。

【００７３】このような方法で、ベース領域としてのＢ
ＫＢＯを作成すると、Ｔｃ（転移温度）の高い、エピタ
キシャル成長をした、良質の膜が作成される。

【００７４】この時、ＳｒＴｉＯ₃／ＢＫＢＯ界面のシ
ョットキーバリヤの高さは０．０５ｅＶ〜０．２ｅＶが
得られている。

【００７５】従って、高エネルギー型超電導ベーストラ
ンジスタでは、バリヤ高さよりも高い、ショットキーバ
リヤを作るｎ型半導体を用いてエミッタ領域１３にす
る。

【００７６】このｎ型半導体としては、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉ又はＮｂをド
ープしたＳｒＴｉＯ₃半導体を４５０℃以下の低温で成
膜すれば良い。

【００７７】また、ＩｎＡｓについては、ＭＢＥ法によ
って行い、他の半導体については、スパッタ法を用い
る。このように形成すると、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｒＴｉ
Ｏ₃では、多結晶体が形成されるが、ショットキーバリ
ヤは０．８〜０．４ｅＶの高さのものが得られるので、
エミッタとしてさしさわりは無い。

【００７８】尚、上述した図５ないし図７においては、
ＳｒＴｉＯ₃上にＢＫＢＯを設ける場合につき説明した
が、ＢＫＢＯを代わりにＢＲｂＢＯを用いても同様の効
果があることを確認している。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明はＮｂを
０．００８重量％から０．５％重量％の範囲でドープし
たＳｒＴｉＯ₃を半導体基板として用ることで、この基
板上にＢＫＢＯ膜をエピタキシャル成長させることがで
きる。従って、半導体層と超電体層との良好な接合界面
が得られ、特性の向上した超電導デバイスを提供でき
る。

【００８０】またＢＫＢＯは低温形成が可能でありＳｒ
ＴｉＯ₃にダメージを与えることもない。

【００８１】更に、ＢＫＢＯは３００℃〜４００℃で低
温形成することで、非常に接合のきれいなヘテロ成長を
させることができるため、コンタクト領域にダメージ層
のない接合抵抗の小さい接合を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の前提となる超電導デバイスを示す断
面図である。

【図２】超電導薄膜のＸ線解析パターンを示すグラフで
ある。

【図３】この発明の製造方法により形成した超電導デバ
イスの接合抵抗と基板温度依存性を示す特性図である。

【図４】この発明の製造方法により形成した超電導デバ
イスの微分コンダクタンス特性の温度依存性を示す特性
図である。

【図５】この発明をＭＯＳ型近接効果型トランジスタに
適用した実施例における製造工程を示す断面図である。

【図６】この発明の超電導デバイスを低エネルギー型超
電導ベーストランジスタに適用した構成を示す模式図で
ある。

【図７】この発明の超電導デバイスを高エネルギー型超
電導ベーストランジスタに適用した構成を示す模式図で
ある。

【図８】従来の超電導トランジスタを示す断面図であ
る。

【図９】従来の超電導トランジスタを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ＳｒＴｉＯ₃基板２ａ超電導薄膜２ＢＫＢＯ膜３ソース領域４ドレイン領域５絶縁膜６ゲート電極７ソース電極８ドレイン電極１０ＳｒＴｉＯ₃基板（コレクタ領域）１１ベース領域（ＢＫＢＯ膜）１３エミッタ領域

フロントページの続き (72)発明者善里順信守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平２−91985（ＪＰ，Ａ) 特開平２−144977（ＪＰ，Ａ) 特開平１−146359（ＪＰ，Ａ) 特開平１−297872（ＪＰ，Ａ) 特開平３−68181（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルゴンガスと酸素ガスとを装置内に導
入した後、装置内をプラズマ雰囲気として、Ｂａ _1-p Ｋ _p
ＢｉＯ ₃ （０．２＜ｐ＜０．５）又はＢａ _1-p Ｒｂ _p Ｂｉ
Ｏ ₃ （ここに、ｐは０．２＜ｐ＜０．５）という組成か
ら成る超電導薄膜を基板上に作成する超電導薄膜の製造
方法において、前記基板としてＮｂを０．００５重量以
上０．５重量％以下でドープした単結晶ＳｒＴｉＯ ₃ を
用い、前記基板の温度を３００℃以上４００℃以下に加
熱した状態で超電導薄膜を作成することを特徴とする超
電導デバイスの製造方法。
【請求項２】超電導薄膜形成前に、前記基板に熱リン
酸またはバッファドフッ酸によるエッチング処理を施す
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導デバイスの製
造方法。
【請求項３】基板としてＮｂを０．００５重量％以上
０．５重量％以下ドープした単結晶ＳｒＴｉＯ ₃ を用
い、この基板上に、微小間隔を隔てて設けられたＢａ
_1-p Ｋ _p ＢｉＯ ₃ （ここに、ｐは０．２＜ｐ＜０．５）又
はＢａ _1-p Ｒｂ _p ＢｉＯ ₃ （ここに、ｐは０．２＜ｐ＜
０．５）の組成からなるソース及びドレイン領域を設
け、この微小間隔内の基板上とソース及びドレイン領域
に跨って形成された絶縁膜上にゲート電極を設けてなる
超電導トランジスタ。