JPH01170058A - 超電導体層を有する半導体基板 - Google Patents

超電導体層を有する半導体基板

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JPH01170058A
JPH01170058A JP62328472A JP32847287A JPH01170058A JP H01170058 A JPH01170058 A JP H01170058A JP 62328472 A JP62328472 A JP 62328472A JP 32847287 A JP32847287 A JP 32847287A JP H01170058 A JPH01170058 A JP H01170058A
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JP
Japan
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composite oxide
superconductor
substrate
single crystal
semiconductor substrate
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Pending
Application number
JP62328472A
Other languages
English (en)
Inventor
Keizo Harada
敬三 原田
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Shuji Yatsu
矢津 修示
Tetsuji Jodai
哲司 上代
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority to SG1995906426A priority patent/SG28390G/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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、半導体基板に関する。より詳細には、酸化物
基板上に形成された複合酸化物超電導体薄膜上に半導体
層が積層された構造を有する半導体基板に関するもので
ある。
本発明の半導体基板は上記超電導体層を半導体回路の配
線材料として用いるだけで無(、上記超電導体にジョセ
フソン結合を形成したジョセフソン素子、あるいは超電
導体と半導体とを組み合わせたトランジスターやホット
エレクトロントランジスター等の超電導体素子材料とし
て用いることができる。
従来の技術 従来の半導体集積回路はシリコン等の半導体単結晶基板
上に絶縁膜を形成してパターニングを施し、熱拡散、イ
オン注入等で不純物をドープすることにより必要な素子
を作製し、金属を蒸着させて配線している。
上記金属配線パターンは、蒸着で形成されるため断面積
が非常に微小となり、信号電流のロスがあった。
また、超電導体と半導体とを組み合わせたトランジスタ
ーやホットエレクトロントランジスター等の超電導体と
半導体を組み合わせた素子は概念的には提案されている
が複合酸化物超電導材料を具体的に用いたものは無い。
発明が解決しようとする問題点 半導体集積回路の金属配線パターンは、蒸着等で形成さ
れるため断面積が微小で信号電流のロスが避けられなか
った。また、半導体集積回路の動作速度を向上させるに
は、素子そのものの動作速度を向上させることも重要で
あるが、配線における信号伝播速度を向上させることも
必要である。
ところが、従来の半導体集積回路では配線部分における
ロスのため信号伝播速度を向上させるのに限界があった
。また、配線部分におけるロスのため素子の集積度があ
がり高密度化が進むと、消費電力が上昇し、それに伴う
発熱のため集積度の限界も自ずから決まってしまってい
た。
さらに、超電導体と半導体とを組み合わせた超電導トラ
ンジスタやホットエレクトロントランジスタ等の超電導
素子を形成する場合には半導体単結晶層と超電導材料の
層が均一に積層された半導体単結晶基板が必須であるが
、従来のNb系の超電導材料では半導体単結晶層と超電
導材料の層が均一に積層されているものはなかった。
本発明の目的は、上記の問題を解決して半導体単結晶層
と複合酸化物超電導体層が均一に積層された構造を有す
る超電導体と半導体からなる基板を提供することにある
問題点を解決するための手段 本発明に従うと、酸化物基板上に形成されている周期律
表]IIIa重元素から選択された少なくとも1種の元
素α、周期律表I[IIIa族元素から選択された少な
くとも1種の元素β、周期律表1b、IIb。
■b、rva、■a族元素から選択された少なくとも1
種の元素Tを含有する複合酸化物超電導体よりなる薄膜
上にInP単結晶層が積層されていることを特徴とする
超電導体および半導体からなる基板が提供される。
本発明に従うと、上記超電導体は複合酸化物超電導材料
によって形成されているのが好ましい。
二の複合酸化物超電導材料としては公知の任意の材料を
用いることができる。特に、下記一般式=(αl−K 
βx)t”yo* (但し、αは周期律表IIIa族に含まれる元素であり
、βは周期律表11IIIa族に含まれる元素であり、
γは周期律表I b s II b −I[I b −
TV aおよび■族から選択される少なくとも一つの元
素であり、Xs’lSZはそれぞれ0.1 ≦x≦0.
9.0.4≦y≦3.0.1≦2≦5を満たす数である
) で示される複合酸化物が好ましい。これらの複合酸化物
はペロブスカイト型または酸素欠陥型ペロブスカイト型
酸化物を主体としたものと考えられる。
上記周期律表1IIIa族元素αとしては、Ba5Sr
Ca、 Mg、 Be等が好ましく、例えば、Ba、 
Srを挙げることができ、この元素αの10〜80%を
ML C1%Srから選択された1種または2種の元素
で置換することもできる。また上記周期律表ma族元素
βはとしては、Yの他La、 Sc、 Ce5Gd、 
Ho、Er、 Tm。
Yb、 Lu等ランタノイド元素が好ましく、例えばY
lLaSHoとすることができ、さらにこの元素βのう
ち、10〜80%をScまたはランタノイド元素から選
択された1種または2種の元素で置換することもできる
。前記元素γは一般にCuであるが、その−部を周期律
表1b、IIb、[[b、IVaおよび■族から選択さ
れる他の元素、例えば、Ti、 V等で置換することも
できる。
作用 本発明の超電導体層を有する半導体基板は、酸化物基板
上に形成された複合酸化物超電導体薄膜上にInP半導
体層が形成されているところにその主要な特徴がある。
すなわち、本発明の超電導層を有する半導体基板は、I
nP半導体と複合酸化物超電導体を組み合わせた新規な
半導体デバイスの基本材料となるものである。
本発明の超電導体層を有する半導体基板は、複合酸化物
超電導体を単なる配線用材料として使用するだけでなく
、複合酸化物超電導体の部分にジョセフソン接合を形成
した半導体デバイスあるいは半導体基板と超電導体とを
組み合わせた超電導トランジスタやホットエレクトロン
トランジスタのような新規な超電導素子を形成するため
の集積回路基板あるいはデバイス用基材として用いるこ
とができる。
本発明の超電導体層を有する半導体基板に使用する複合
酸化物超電導体としては、YBCOと称されるYtBa
zCusC1+−11で代表されるような酸素欠陥型ペ
ロブスカイト結晶構造を有する複合酸化物が好ましい。
しかしながらこれに限定されるものではなく、公知の超
電導体の中から任意のものを選択して使用することが可
能である。
本発明の超電導体層を有する半導体基板は、酸化物基板
上に形成された複合酸化物超電導体薄膜上に半導体層が
積層されている。本発明に使用する複合酸化物超電導体
は、その電気抵抗に結晶異方性を有する。すなわち、結
晶のa軸およびb軸で決定される面に平行な方向に電流
が流れ易い。
MgO単結晶基板またはSrT i O,単一晶基板の
(100)面を成膜面として用いると、該成膜面上に形
成された複合酸化物超電導体薄膜は、その結晶のC軸が
基板成膜面に対し垂直または垂直に近い角度となるため
、特に臨界電流密度Jcが大きくなる。
従って、MgO単結晶基板または5rTiO,単結晶基
板の(001)面を成膜面として用いることが好ましい
。また、SrTiO3基板の(110)面を用いて、C
軸を基板と平行にすることにより、膜の深さ方向にも高
電流密度を得ることが可能である。さらに、MgOおよ
び5rTiO,、は、熱膨張率が上記の複合酸化物超電
導体と近いため、加熱−冷却の過程で薄膜に不必要な応
力を加えることがなく、薄膜を破損する恐れもない。
本発明に使用する酸化物基板としては、A1□03単結
晶基板、LiNb0a単結晶基板、LtTaOs単結晶
基板、2rO□単結晶基板等も好ましい。
本発明の超電導体層を有する半導体基板を作製するには
、以下の手順によることが好ましい。上記のいずれかの
酸化物基板上に、スパッタリング、真空蒸着、分子線エ
ピタキシ、イオンビーム蒸着等の物理蒸着法または熱C
VD法、プラズマCVD法、光CVD法、MoCVD法
等のCVD法で複合酸化物超電導体薄膜を形成する。物
理蒸着法としては、特にマグネトロンスパッタリングが
好ましい。また、成膜後、酸素雰囲気中で熱処理を行う
とかあるいは酸素プラズマに曝す等の後処理を行い、上
記の薄膜を構成している複合酸化物超電導体結晶中の酸
素濃度を適正に調整することが好ましい。これらの処理
を行った後、CVD法等の公知の方法で半導体単結晶層
を該超電導薄膜上に積層する。
上記の半導体単結晶層を積層する前に、超電導薄膜上に
バッファ層を形成させることも好ましい。
このバッファ層は、半導体を構成する原子、分子が超電
導体薄膜内に拡散するのを防止したり、また、半導体単
結晶層を形成し易くさせる機能を有する。従って、格子
定数が、積層する半導体単結晶のそれと近いことが好ま
しい。上記のバッファ層としては、例えばptが好まし
い。
半導体単結晶層を形成する方法としては、上記のCVD
法の他、真空蒸着、スパッタリング、イオンミリング、
分子線エピタキシ等の物理的な蒸着法でも好ましい。い
ずれの方法を使用する場合でも、雰囲気、基板温度に注
意し、超電導体の特性を損なわないようにしなければな
らない。
また、本発明の超電導体層を有する半導体基板を用いて
、半導体素子を作製する場合は、超電導体薄膜をエツチ
ング等で必要な形状に予め加工した上で、半導体層を形
成することも好ましい。しかしながら、本発明の超電導
体層を有する半導体基板は、表面がInP半導体である
ので従来公知の技術を利用して微細加工することも可能
である。
実施例 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、以下
に記載するものは本発明の単なる実施例に過ぎず、以下
の開示により、本発明の範囲が何隻制限されないことは
勿論である。
InPの半導体単結晶層を複合酸化物超電導体薄膜上に
形成し、本発明の超電導体層を有する半導体系板を作製
した。
YBa2Cu4. s Ox焼結体粉末およびHoBa
2.3Cu1. ? Oxをターゲットとして、MgO
単結晶基板および5rTiCh単結晶基板のそれぞれ(
100)面に、公知のマグネトロンスパッタリング法に
より、複合酸化物超電導体薄膜を形成した。基板とター
ゲットの位置関係および高周波電力の大きさに特に注意
し、基板温度700℃でスパッタリングを行い、複合酸
化物超電導体層を1000人まで成長させた。
超電導薄膜成膜後、1気圧の酸素雰囲気中で、850℃
まで加熱し1時間たもってから、400℃まで3℃/分
の冷却速度で降温し、400℃から室温までは10℃/
分の冷却速度で冷却した。
その後CVD法により、それぞれの超電導薄膜上にIn
P半導体単結晶層を形成する。
上記のように作製した本発明の超電導体層を有する半導
体基板は、いずれのものも半導体と超電導体との界面の
状態がよく、半導体デバイス材料として優れた特性を有
していた。また、それぞれの試料の超電導体層の超電導
臨界温度を以下の第1表に示す。
第1表 以上説明したように、本発明の超電導体層を有する半導
体基板は、半導体デバイス用基板としてたいへん有効で
ある。
発明の効果 本発明により、新規な半導体デバイス材料としてたいへ
ん有効な超電導体層を有する半導体基板が提供される。
本発明により、半導体デバイスの高速化、高密度化がさ
らに推進される。さらに、本発明はジョセフソン素子と
異なり、3端子以上の端子を有する超電導体を利用した
高速半導体デバイス、例えば、超電導トランジスタ、超
電導FET等に応用が可能である。
特許出願人  住友電気工業株式会社

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化物基板上に形成されている周期律表IIa族元
    素から選択された少なくとも1種の元素α、周期律表I
    IIa族元素から選択された少なくとも1種の元素β、周
    期律表 I b、IIb、IIIb、IVa、VIIIa族元素から選
    択された少なくとも1種の元素γを含有する複合酸化物
    超電導体よりなる薄膜上にInP単結晶層が積層されて
    いることを特徴とする超電導体層を有する半導体基板。
  2. (2)上記複合酸化物超電導体が、 一般式:(α_1_−_xβ_x)γ_yO_z(但し
    、α、β、γは、上記定義の元素であり、xはα+βに
    対するβの原子比で、0.1≦x≦0.9であり、yお
    よびzは(α_1_−_xβ_x)を1とした場合に0
    .4≦y≦3.0、1≦z≦5となる原子比である) で表される組成の酸化物であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  3. (3)上記複合酸化物超電導体が、ペロブスカイト型結
    晶または酸素欠陥型ペロブスカイト型結晶を有する酸化
    物であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  4. (4)上記複合酸化物超電導体が、BaおよびYを含み
    、さらにAl、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、
    Tiによって構成される群から選択される少なくとも1
    種の元素を含む複合酸化物超電導体であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項に
    記載の超電導体層を有する半導体基板。
  5. (5)上記複合酸化物超電導体が、 Y_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは0
    <x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第4項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  6. (6)上記複合酸化物超電導体が、Ba、LaおよびA
    l、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによっ
    て構成される群から選択される少なくとも1種の元素を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項
    のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  7. (7)上記複合酸化物超電導体が、 La_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第6項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  8. (8)上記複合酸化物超電導体が、Sr、LaおよびA
    l、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによっ
    て構成される群から選択される少なくとも1種の元素を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項
    のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  9. (9)上記複合酸化物超電導体が、 La_1Sr_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第8項に記載の超電導体層を有する半導体基板。
  10. (10)上記複合酸化物超電導体が、Ba、Hoおよび
    Al、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、Ag、Tiによ
    って構成される群から選択される少なくとも1種の元素
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
    項のいずれか1項に記載の超電導体層を有する半導体基
    板。
  11. (11)上記複合酸化物超電導体が、 Ho_1Ba_2Cu_3O_7_−_x(ただしxは
    0<x<1を満たす数である) で表される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第10項に記載の超電導体層を有する半導体基板
  12. (12)上記酸化物基板が、MgO単結晶基板、SrT
    iO_3単結晶基板、Al_2O_3単結晶基板、Li
    NbO_3単結晶基板、LiTaO_3単結晶基板また
    はZrO_2単結晶基板のいずれかの単結晶基板である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第11項に
    記載の超電導体層を有する半導体基板。
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SG1995906426A SG28390G (en) 1987-12-25 1988-12-26 A semiconductor substrate having a superconducting thin film
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Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APPL.PHYS.LETT=1987 *
ELECTRONICS LETTERS=1986 *
J.J.APPL.PHYS.LETT.=1987 *
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS LETTERS=1987 *

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