JPH0452631B2 - - Google Patents
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- JPH0452631B2 JPH0452631B2 JP60012133A JP1213385A JPH0452631B2 JP H0452631 B2 JPH0452631 B2 JP H0452631B2 JP 60012133 A JP60012133 A JP 60012133A JP 1213385 A JP1213385 A JP 1213385A JP H0452631 B2 JPH0452631 B2 JP H0452631B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/11—Single-electron tunnelling devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/128—Junction-based devices having three or more electrodes, e.g. transistor-like structures
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体を接合部にもつ超伝導素子、
即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合素子に関す
るものである。
即ち超伝導体−半導体−超伝導体結合素子に関す
るものである。
本発明は、半導体のヘテロ界面の2DEGによつ
て二つの超伝導電極が結合している半導体結合超
伝導素子を提供する。
て二つの超伝導電極が結合している半導体結合超
伝導素子を提供する。
トンネル形ジヨセフソン素子の発明以来、半導
体におけるトランジスタやFETに対応する超伝
導三端子素子の研究は数多く行なわれて来た。こ
の中にあつて、半導体結合超伝導素子は、バリア
ーハイトが低く電極間隔が広くとれること、更に
半導体に対する電気的制御により三端子動作の可
能性があることから、多くの試みがなされて来た
が、実用に供するものは得られていない。
体におけるトランジスタやFETに対応する超伝
導三端子素子の研究は数多く行なわれて来た。こ
の中にあつて、半導体結合超伝導素子は、バリア
ーハイトが低く電極間隔が広くとれること、更に
半導体に対する電気的制御により三端子動作の可
能性があることから、多くの試みがなされて来た
が、実用に供するものは得られていない。
第８図に従来の半導体結合超伝導素子の断面構
造を示すが、これまで実現されたものでは、半導
体１として単結晶Siを用い、拡散又はイオン注入
により高濃度のｐ形として、第８図のように二つ
の超伝導電極２を互に近接して設けた構造で超伝
導電流が得られている。これについては、R.C.
Ruby ＆ T.Van Duzer：IEEE Trans Elect.
Device，ED−28 1394、（′81）に報告されてい
る。
造を示すが、これまで実現されたものでは、半導
体１として単結晶Siを用い、拡散又はイオン注入
により高濃度のｐ形として、第８図のように二つ
の超伝導電極２を互に近接して設けた構造で超伝
導電流が得られている。これについては、R.C.
Ruby ＆ T.Van Duzer：IEEE Trans Elect.
Device，ED−28 1394、（′81）に報告されてい
る。
ところで、半導体結合超伝導素子の特性は、半
導体中の超伝導拡散長ξNと、超伝導体と半導体と
の界面特性に密接に関連している。超伝導近接効
果理論J.Seto ＆ T.Van Duzer：Low
Temperature Physics−LT−13，328，New
York，Plenum，（′74）によれば、最大超伝導電
流Icは、 Ic ∝ Tj2exp（−Ｌ／ξN）／ξN −（式１） となる。ここで、Tjは超伝導体／半導体界面に
おける電子のトンネリング確率であり、上式よ
り、大きなIcを得るためにはTjが大きく、ξNの
長い必要のあることがわかる。一般的に、金属／
半導体界面にはシヨツトキーバリアーが形成され
るが、Tjはこのバリアー高が低く、バリアー幅
のうすい程大きくなる。
導体中の超伝導拡散長ξNと、超伝導体と半導体と
の界面特性に密接に関連している。超伝導近接効
果理論J.Seto ＆ T.Van Duzer：Low
Temperature Physics−LT−13，328，New
York，Plenum，（′74）によれば、最大超伝導電
流Icは、 Ic ∝ Tj2exp（−Ｌ／ξN）／ξN −（式１） となる。ここで、Tjは超伝導体／半導体界面に
おける電子のトンネリング確率であり、上式よ
り、大きなIcを得るためにはTjが大きく、ξNの
長い必要のあることがわかる。一般的に、金属／
半導体界面にはシヨツトキーバリアーが形成され
るが、Tjはこのバリアー高が低く、バリアー幅
のうすい程大きくなる。
第９図は超伝導体−ｐ形シリコン−超伝導体素
子のエネルギーバンド図であるが、ｐ形シリコン
の場合バリアー高Ebは0.2eVである。バリアー幅
Ｗはキヤリア濃度ｎに依存し、ｎが大きい程うす
くなる。従つて、ｐ形シリコンを用いた素子では
1020cm-3とｎをなるべく大きくする必要があつ
た。一方、ξNは半導体の移動度をμ（cm2／VS）と
すると、 ξN∝ μ1/2n1/3 −（式２） となる。
子のエネルギーバンド図であるが、ｐ形シリコン
の場合バリアー高Ebは0.2eVである。バリアー幅
Ｗはキヤリア濃度ｎに依存し、ｎが大きい程うす
くなる。従つて、ｐ形シリコンを用いた素子では
1020cm-3とｎをなるべく大きくする必要があつ
た。一方、ξNは半導体の移動度をμ（cm2／VS）と
すると、 ξN∝ μ1/2n1/3 −（式２） となる。
前述のｐ形Siの場合、Ｔ＝4.2Kでμ60cm2／
VSと小さく、ξNは約0.01μｍと短い。このように
ｐ形シリコンを用いた素子ではｎが1020cm-3と大
きいにもかかわらずξNは短く、素子長Ｌ＝0.1μｍ
前後の素子しか実現できなかつた。キヤリア濃度
が1020cm-3ではもはや半導体とは言いがたく金属
的であり、例えMIS（電圧駆動型）やMES（電流
注入駆動型）構造が実現されても、ゲートの印加
電圧や流入電流の変化に対してごく感度の鈍いも
のになり、トランジス又はFET素子のような半
導体としての特徴を生かすことはできない。また
超伝導電極間隔が0.1μｍでは、半導体上に第三端
子を形成すること自体非常に困難である。
VSと小さく、ξNは約0.01μｍと短い。このように
ｐ形シリコンを用いた素子ではｎが1020cm-3と大
きいにもかかわらずξNは短く、素子長Ｌ＝0.1μｍ
前後の素子しか実現できなかつた。キヤリア濃度
が1020cm-3ではもはや半導体とは言いがたく金属
的であり、例えMIS（電圧駆動型）やMES（電流
注入駆動型）構造が実現されても、ゲートの印加
電圧や流入電流の変化に対してごく感度の鈍いも
のになり、トランジス又はFET素子のような半
導体としての特徴を生かすことはできない。また
超伝導電極間隔が0.1μｍでは、半導体上に第三端
子を形成すること自体非常に困難である。
これに対して、本発明者等の提案による第１０
図の構造の半導体結合超伝導素子がある。図にお
いて、ｐ−InAs基板１には表面反転層２０が形
成され、その中に2DEGが生じている。第１１図
は、このｐ−InAs基板１の表面反転層と2DEGを
示すエネルギーバンド図である。表面反転層２０
には二つの超伝導電極２がオーミツクに接触して
いる。この構成によれば、ｐ形半導体の表面反転
層中の2DEGによつて二つの超伝導電極が結合し
ている半導体結合超伝導素子が得られ、2DEGを
介して超伝導電流がながれることが確認された。
この場合、2DEGを利用する関係で、移動度μが
大きく、超伝導拡散距離ξNが大となり更にキヤリ
ア濃度nsは外部からかけた電界によつて制御でき
る。その結果、第１０図に示すように第三電極７
を絶縁膜６を介してもうけるMIS型或いは直接基
板上に第三電極を設けるMES型等に構成し、三
端子動作も可能となる。しかし、この場合移動度
μは従来のシリコンを用いた場合等に比べれば
2DEGを用いる関係で大となるにしても、半導体
表面を用いるためなお十分ではなく、解決すべき
問題がある。
図の構造の半導体結合超伝導素子がある。図にお
いて、ｐ−InAs基板１には表面反転層２０が形
成され、その中に2DEGが生じている。第１１図
は、このｐ−InAs基板１の表面反転層と2DEGを
示すエネルギーバンド図である。表面反転層２０
には二つの超伝導電極２がオーミツクに接触して
いる。この構成によれば、ｐ形半導体の表面反転
層中の2DEGによつて二つの超伝導電極が結合し
ている半導体結合超伝導素子が得られ、2DEGを
介して超伝導電流がながれることが確認された。
この場合、2DEGを利用する関係で、移動度μが
大きく、超伝導拡散距離ξNが大となり更にキヤリ
ア濃度nsは外部からかけた電界によつて制御でき
る。その結果、第１０図に示すように第三電極７
を絶縁膜６を介してもうけるMIS型或いは直接基
板上に第三電極を設けるMES型等に構成し、三
端子動作も可能となる。しかし、この場合移動度
μは従来のシリコンを用いた場合等に比べれば
2DEGを用いる関係で大となるにしても、半導体
表面を用いるためなお十分ではなく、解決すべき
問題がある。
本発明は、前述の従来の超伝導体−半導体−超
伝導体結合素子における問題点、すなわち超伝導
電流を得るために超伝導電極間隔を極めて短かく
しなければならず、また半導体のキヤリア濃度を
極めて高くしなければならないという問題を解決
し、特性の優れた超伝導二端子あるいは三端子素
子を実現しようとするものである。
伝導体結合素子における問題点、すなわち超伝導
電流を得るために超伝導電極間隔を極めて短かく
しなければならず、また半導体のキヤリア濃度を
極めて高くしなければならないという問題を解決
し、特性の優れた超伝導二端子あるいは三端子素
子を実現しようとするものである。
本発明は、半導体のヘテロ界面に２次元電子ガ
ス（2DEGという）が形成されること、及び２次
元において超伝導拡散長ξNは、前述の３次元（バ
ルク半導体）の場合の式２のξN∝μ1/2μ1/3に対し
て、後述の式３のようにξN∝μ1/2μ1/2となるとい
う解析結果に着目してなされたものである。
ス（2DEGという）が形成されること、及び２次
元において超伝導拡散長ξNは、前述の３次元（バ
ルク半導体）の場合の式２のξN∝μ1/2μ1/3に対し
て、後述の式３のようにξN∝μ1/2μ1/2となるとい
う解析結果に着目してなされたものである。
本発明において、半導体のヘテロ界面の2DEG
によつて二つの超伝導電極が結合している半導体
結合超伝導素子を提供する。
によつて二つの超伝導電極が結合している半導体
結合超伝導素子を提供する。
本発明構成において、二つの異なつた半導体層
間の接合（ヘテロ接合）が形成されており、該接
合の界面に２次元電子ガス（2DEG）が生じてい
ること、 該2DEGが生じている半導体層に二つの超伝導
電極がオーミツクに接触していることが必要であ
る。
間の接合（ヘテロ接合）が形成されており、該接
合の界面に２次元電子ガス（2DEG）が生じてい
ること、 該2DEGが生じている半導体層に二つの超伝導
電極がオーミツクに接触していることが必要であ
る。
以下により詳細に本発明をその作用とともに解
説する。
説する。
近接効果理論によると、半導体中の超伝導拡散
長ξNはξN＝（〓Ｄ／2πkBＴ）1/2で与えられる。こ
こで、〓＝ｈ／2πでｈはプランク定数、Ｄは拡散係 数、kBはボルツマン係数、Ｔは温度である。Ｄは
３次元の場合、Ｄ＝１／3vFｌ（vFはフエルミ速
度、ｌは平均自由行程）であるが、２次元の場合
Ｄ＝１／2vFｌとなり、ｌ＝μvFｍ〓／ｅ（ｍ〓は
有効質量）、kF＝（2πns）1/2、vF＝〓kF／ｍ〓であ
るから、２次元系のξNは ξN＝（〓3μ／4πkBTeｍ〓）1/2（2πns）1/2∝μ
1/2
ns 1/2
−（式３）と求まる。３次元の場合のξN∝μ1/2μ1/3
と比較すると、例えばｎ，nsが共に１桁上がつた
時の効果は２次元の場合の方が大きく、それだけ
制御性は向上すると言える。又、ξNを大きくする
ためにはｎ，ns上げねばならないことは同じであ
るが、前述の様に、３次元（バルク）の半導体の
場合、ｎを大きくするためにドーパントを多くド
ープすると、それが散乱体となつてμが落ち、結
果としてξNが小さくなるという結果を招く。しか
し、２次元の場合は次の理由によつてそのような
ことはない。
長ξNはξN＝（〓Ｄ／2πkBＴ）1/2で与えられる。こ
こで、〓＝ｈ／2πでｈはプランク定数、Ｄは拡散係 数、kBはボルツマン係数、Ｔは温度である。Ｄは
３次元の場合、Ｄ＝１／3vFｌ（vFはフエルミ速
度、ｌは平均自由行程）であるが、２次元の場合
Ｄ＝１／2vFｌとなり、ｌ＝μvFｍ〓／ｅ（ｍ〓は
有効質量）、kF＝（2πns）1/2、vF＝〓kF／ｍ〓であ
るから、２次元系のξNは ξN＝（〓3μ／4πkBTeｍ〓）1/2（2πns）1/2∝μ
1/2
ns 1/2
−（式３）と求まる。３次元の場合のξN∝μ1/2μ1/3
と比較すると、例えばｎ，nsが共に１桁上がつた
時の効果は２次元の場合の方が大きく、それだけ
制御性は向上すると言える。又、ξNを大きくする
ためにはｎ，ns上げねばならないことは同じであ
るが、前述の様に、３次元（バルク）の半導体の
場合、ｎを大きくするためにドーパントを多くド
ープすると、それが散乱体となつてμが落ち、結
果としてξNが小さくなるという結果を招く。しか
し、２次元の場合は次の理由によつてそのような
ことはない。
一般にバルク半導体のキヤリア濃度ｎを増すた
めには、これと同程度のドーパントをドーピング
する必要があり、この結果移動度はこのドーパン
トによる散乱によつて小さくなる（前述のｐ形シ
リコンの場合、ｎ＝1020cm-3でμ60cm2／VS）。
一方、ヘテロ接合の2DEGの場合、基板のキヤリ
ア濃度が元々小さくても、２〜10nmの狭い領域
に自然に、あるいは電界によつてキヤリアが集ま
る。このためキヤリアの面密度nsは1012〜1013cm-
２（ｎに換算すると1018cm-3以上）と大きく、又
基板中の散乱体が元々少いため移動度μも大き
い。更に、nSは外部からかけた電界によつて制御
できる。
めには、これと同程度のドーパントをドーピング
する必要があり、この結果移動度はこのドーパン
トによる散乱によつて小さくなる（前述のｐ形シ
リコンの場合、ｎ＝1020cm-3でμ60cm2／VS）。
一方、ヘテロ接合の2DEGの場合、基板のキヤリ
ア濃度が元々小さくても、２〜10nmの狭い領域
に自然に、あるいは電界によつてキヤリアが集ま
る。このためキヤリアの面密度nsは1012〜1013cm-
２（ｎに換算すると1018cm-3以上）と大きく、又
基板中の散乱体が元々少いため移動度μも大き
い。更に、nSは外部からかけた電界によつて制御
できる。
次に、本発明において、超伝導電極と2DEGが
形成されている半導体層との接触がオーミツクで
あることが要求されるが、このオーミツクの本発
明における意味を解説する。
形成されている半導体層との接触がオーミツクで
あることが要求されるが、このオーミツクの本発
明における意味を解説する。
半導体と金属との接触がオーミツクであると
は、その接触部の電流電圧特性がオームの法則に
従うものをいう。一般に金属と半導体の接触部に
は第９図のようなシヨツトキーバリアーや第１２
図のような酸化物バリアー、そして両者のあわさ
つたバリアー等が形成される。液体ヘリウム温度
（１気圧で4.2K）のような極低温ではこのバリア
ーを通して流れる電流はトンネル効果によるもの
が主であり、その電流電圧特性は上に述べた意味
でオーミツクであり、これによる接触抵抗が発生
する。この抵抗はトンネル確率Tjに反比例し、
Tjはバリアーの高さ及び幅、特に幅に強く依存
するから、接触抵抗を下げて電流を多く流すため
には、バリアー幅をうすくする必要がある。これ
を素子にあてはめてみる。超伝導臨界電流Icと常
伝導抵抗Rnとの積は、Nb，Pb等の超伝導金属を
電極２に使用した場合最大2mVのオーダーであ
り、可観測という意味からIcとしは最小10μA程
度必要と考えられるから、RNとしては200Ω以下
が要求される。仮にRNとして、上記の接触抵抗
だけを考え、電極２と2DEG5との接触面積を５
mm×100μｍ（2DEGの厚さ×素子幅）とすると、
接触抵抗は５×10-7Ωcm2（５×10-11Ωm2）以下
が必要となる。
は、その接触部の電流電圧特性がオームの法則に
従うものをいう。一般に金属と半導体の接触部に
は第９図のようなシヨツトキーバリアーや第１２
図のような酸化物バリアー、そして両者のあわさ
つたバリアー等が形成される。液体ヘリウム温度
（１気圧で4.2K）のような極低温ではこのバリア
ーを通して流れる電流はトンネル効果によるもの
が主であり、その電流電圧特性は上に述べた意味
でオーミツクであり、これによる接触抵抗が発生
する。この抵抗はトンネル確率Tjに反比例し、
Tjはバリアーの高さ及び幅、特に幅に強く依存
するから、接触抵抗を下げて電流を多く流すため
には、バリアー幅をうすくする必要がある。これ
を素子にあてはめてみる。超伝導臨界電流Icと常
伝導抵抗Rnとの積は、Nb，Pb等の超伝導金属を
電極２に使用した場合最大2mVのオーダーであ
り、可観測という意味からIcとしは最小10μA程
度必要と考えられるから、RNとしては200Ω以下
が要求される。仮にRNとして、上記の接触抵抗
だけを考え、電極２と2DEG5との接触面積を５
mm×100μｍ（2DEGの厚さ×素子幅）とすると、
接触抵抗は５×10-7Ωcm2（５×10-11Ωm2）以下
が必要となる。
本発明で言うところのオーミツク特性とは、こ
のような小さい接触抵抗を持つたバリアー特性の
ことである。
のような小さい接触抵抗を持つたバリアー特性の
ことである。
（第１の実施例）
第１図は本発明の１実施例であつて、１は半絶
縁性のGaAas，あるいはGaSb，InAs等の半導体
基板、２は超伝導電極、例えばNb，３はｐ形あ
るいはｎ形のGaSb，４はｎ形InAsである。
縁性のGaAas，あるいはGaSb，InAs等の半導体
基板、２は超伝導電極、例えばNb，３はｐ形あ
るいはｎ形のGaSb，４はｎ形InAsである。
InAs／GaSbヘテロ接合は、例えばMBEや
MOCVD法等のエピタキシアル成長法によつて
形成される。５はInAs／GaSb界面にできた２次
元電子ガス（2DEG），６はスパツタ法や蒸着法
によつて形成されたSiOやSiO2等の絶縁膜、７は
金（Au）等の第三金属電極（第三端子）である。
MOCVD法等のエピタキシアル成長法によつて
形成される。５はInAs／GaSb界面にできた２次
元電子ガス（2DEG），６はスパツタ法や蒸着法
によつて形成されたSiOやSiO2等の絶縁膜、７は
金（Au）等の第三金属電極（第三端子）である。
そこで、第１図の素子の動作機構について考え
てみると、GaSbとInAsの接触界面には、第２図
のように２次元電子ガス（2DEG）が形成されて
いる。第２図において、ＡはInAs／ｐ−GaSb界
面におけるヘテロ構造のエネルギーバンド図、Ｂ
はInAs／ｎ−GaSb界面におけるヘテロ構造のエ
ネルギーバンド図であり、2DEGは電子親和力が
GaSbより大なるInAs側に形成される。
てみると、GaSbとInAsの接触界面には、第２図
のように２次元電子ガス（2DEG）が形成されて
いる。第２図において、ＡはInAs／ｐ−GaSb界
面におけるヘテロ構造のエネルギーバンド図、Ｂ
はInAs／ｎ−GaSb界面におけるヘテロ構造のエ
ネルギーバンド図であり、2DEGは電子親和力が
GaSbより大なるInAs側に形成される。
なお、第２図において、EFはフエルミレベル、
EC，EVはそれぞれ伝導帯、価電子帯の下端及び
上端エネルギーレベルを示す。
EC，EVはそれぞれ伝導帯、価電子帯の下端及び
上端エネルギーレベルを示す。
この2DEGではμ及びnSはそれぞれ2.1×105
cm2／VS，8.5×1011cm-2が実現されている（E.E.
Mendez，et al：Surface Seience，142，215，
（’84）参照）。
cm2／VS，8.5×1011cm-2が実現されている（E.E.
Mendez，et al：Surface Seience，142，215，
（’84）参照）。
半導体中の超伝導拡散長ξNは２次元の場合、先
の式３からξN∝μ1/2nS1/2となり、上記のμ，nSの
場合4.2KでξN＝0.7μｍとなる（但し、キヤリアの
有効質量を0.024とした）。更に2DEGはｎ形InAs
中に形成されるが、第３図に示すようにｎ形
InAsの金属に対するシヨツトキーバリア高は負
で、オーミツクコンタクトを形成する。従つて、
半導体／超伝導体界面での電子のトンネル確率
Tjはｐ形シリコン等に比べるとずつと大きくな
る。このようにInAs／GaSb界面に形成される
2DEGのξN，Tjは大きいため、第１図のような構
成によつて、2DEG5中に超伝導電流が流れる二
端子動作が可能であり、しかも電極間隔Ｌも1.0μ
ｍ位までとれる。
の式３からξN∝μ1/2nS1/2となり、上記のμ，nSの
場合4.2KでξN＝0.7μｍとなる（但し、キヤリアの
有効質量を0.024とした）。更に2DEGはｎ形InAs
中に形成されるが、第３図に示すようにｎ形
InAsの金属に対するシヨツトキーバリア高は負
で、オーミツクコンタクトを形成する。従つて、
半導体／超伝導体界面での電子のトンネル確率
Tjはｐ形シリコン等に比べるとずつと大きくな
る。このようにInAs／GaSb界面に形成される
2DEGのξN，Tjは大きいため、第１図のような構
成によつて、2DEG5中に超伝導電流が流れる二
端子動作が可能であり、しかも電極間隔Ｌも1.0μ
ｍ位までとれる。
電極間隔ＬとξNとの関係は、IEEE TRANS−
ACTION ON ELECTRON DEVICES，VOL.
ED−28，NO.NOVEMBER 1981，pp1394〜
1397にＬはξNの数倍乃至10倍比までとれることが
示されている。上記本実施例で、電極間隔Ｌを
1.0μｍ位とすることはごく実用的な値である。
ACTION ON ELECTRON DEVICES，VOL.
ED−28，NO.NOVEMBER 1981，pp1394〜
1397にＬはξNの数倍乃至10倍比までとれることが
示されている。上記本実施例で、電極間隔Ｌを
1.0μｍ位とすることはごく実用的な値である。
更に、本実施例において、半導体における
MOSFETのように、第三金属電極７に加える電
圧で前述のようにnsを変化させ、これによつて二
端子特性を制御する、いわゆる三端子動作が行な
える。
MOSFETのように、第三金属電極７に加える電
圧で前述のようにnsを変化させ、これによつて二
端子特性を制御する、いわゆる三端子動作が行な
える。
（第２の実施例）
基板１として例えばｐ形GaSb等の金属に対し
てオーミツクコンタクトを形成する材料を用いた
場合、電極間に常伝導のリーク電流が流れて素子
の常伝導抵抗は本来の値より低くなる。これが問
題になる場合には第４図に示すように超伝導電極
２と基板１の間に例えばSiO2等の絶縁膜８を形
成した構造とする。
てオーミツクコンタクトを形成する材料を用いた
場合、電極間に常伝導のリーク電流が流れて素子
の常伝導抵抗は本来の値より低くなる。これが問
題になる場合には第４図に示すように超伝導電極
２と基板１の間に例えばSiO2等の絶縁膜８を形
成した構造とする。
（第３の実施例）
第５図はｎ形InAs層４の上に直接第三金属電
極７を形成した実施例である。この場合、二端子
動作としては第１図や第４図の実施例と同じであ
るが、三端子動作は異なる。すなわち、この場合
は電極７はMES形ゲートであり、MES形FET的
あるいは、電流注入効果による三端子動作とな
る。
極７を形成した実施例である。この場合、二端子
動作としては第１図や第４図の実施例と同じであ
るが、三端子動作は異なる。すなわち、この場合
は電極７はMES形ゲートであり、MES形FET的
あるいは、電流注入効果による三端子動作とな
る。
（第４の実施例）
第６図は、ｎ形InAs層４の上に、ｐ形InAs層
９を形成し、その上に例えばAuとZnの合金
（Au90％＋Zn10％）等ｐ形InAsとオーミツクコ
ンタクトを形成する金属で第三金属電極７を構成
した実施例である。この場合該電極７はｐ−ｎ接
合上に形成されているため、接合形ゲートと呼ば
れる。電極７にかける電圧によつてｎ形InAs層
４中に生ずる空乏層の幅が変化し、これによつて
nSを制御する電界効果三端子動作である。
９を形成し、その上に例えばAuとZnの合金
（Au90％＋Zn10％）等ｐ形InAsとオーミツクコ
ンタクトを形成する金属で第三金属電極７を構成
した実施例である。この場合該電極７はｐ−ｎ接
合上に形成されているため、接合形ゲートと呼ば
れる。電極７にかける電圧によつてｎ形InAs層
４中に生ずる空乏層の幅が変化し、これによつて
nSを制御する電界効果三端子動作である。
（第５の実施例）
以上に示した各実施例では、超伝導電流制御の
ために電極２と７の間に電圧をかけるか電流を流
して三端子制御を行なうが、第７図の様に、基板
１とオーミツクコンタクトを形成する金属で基板
裏面に電極１０を形成し、電極７と１０の間に電
圧をかけるか電流を流して三端子を行うことも可
能である。
ために電極２と７の間に電圧をかけるか電流を流
して三端子制御を行なうが、第７図の様に、基板
１とオーミツクコンタクトを形成する金属で基板
裏面に電極１０を形成し、電極７と１０の間に電
圧をかけるか電流を流して三端子を行うことも可
能である。
以上説明したように、本発明では二つの異なる
半導体層間のヘテロ界面の2DEGによつて二つの
超伝導電極が結合している半導体結合超伝導素子
を提供するものであり、2DEG中に超伝導電流が
流れる二端子動作が可能であり、電極間隔Ｌを従
来の素子よりずつと大きくとれる利点がある。
半導体層間のヘテロ界面の2DEGによつて二つの
超伝導電極が結合している半導体結合超伝導素子
を提供するものであり、2DEG中に超伝導電流が
流れる二端子動作が可能であり、電極間隔Ｌを従
来の素子よりずつと大きくとれる利点がある。
さらに、第三電極により二端子動作を制御す
る、所謂三端子動作が行なえるものであり、本発
明によれば、特性が優れた二端子或いは三端子素
子が実現される。
る、所謂三端子動作が行なえるものであり、本発
明によれば、特性が優れた二端子或いは三端子素
子が実現される。
第１図は本発明の第１の実施例の断面図、第２
図Ａ，ＢはそれぞれInAs／ｐ−GaSb界面及び
InAs／ｎ−GaSb界面におけるエネルギーバンド
図、第３図はｎ−InAsの金属に対するバリア高
を示すエネルギーバンド図、第４図〜第７図は本
発明のそれぞれ第２乃至第５の実施例の断面図、
第８図は従来の素子の断面図、第９図は超伝導体
−ｐ形半導体−超伝導体におけるエネルギーバン
ド図、第１０図は本発明者等の提案に係るｐ形半
導体の表面反転層の2DEGを利用した半導体接合
超伝導素子の断面図、第１１図はｐ−InAs表面
の反転層に2DEGが形成されることを示すエネル
ギーバンド図、第１２図は金属／酸化物バリア
ー／ｎ−InAsのエネルギーバンド図。 主な符号、１……（半導体）基板、２……超伝
導電極、３……GaSb，４……ｎ形InAs、５……
2DEG、６……絶縁膜（SiO2等）、７……（第三
金属）電極。
図Ａ，ＢはそれぞれInAs／ｐ−GaSb界面及び
InAs／ｎ−GaSb界面におけるエネルギーバンド
図、第３図はｎ−InAsの金属に対するバリア高
を示すエネルギーバンド図、第４図〜第７図は本
発明のそれぞれ第２乃至第５の実施例の断面図、
第８図は従来の素子の断面図、第９図は超伝導体
−ｐ形半導体−超伝導体におけるエネルギーバン
ド図、第１０図は本発明者等の提案に係るｐ形半
導体の表面反転層の2DEGを利用した半導体接合
超伝導素子の断面図、第１１図はｐ−InAs表面
の反転層に2DEGが形成されることを示すエネル
ギーバンド図、第１２図は金属／酸化物バリア
ー／ｎ−InAsのエネルギーバンド図。 主な符号、１……（半導体）基板、２……超伝
導電極、３……GaSb，４……ｎ形InAs、５……
2DEG、６……絶縁膜（SiO2等）、７……（第三
金属）電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 二層の半導体層の接合の界面に２次元電子ガ
スが形成されている相異なる二層の半導体と 該２次元電子ガスが界面に形成されている二層
の半導体とオーミツクに接触している二つの超伝
導電極とを含み、 該２次元電子ガス中を超伝導電流が流れること
を特徴とする半導体結合超伝導素子。 ２ 前記相異なる半導体がｐ形或いはｎ形GaSb
とｎ形InAsとの積層構造をなし、該ｎ形InAs層
に二つの超伝導電極が形成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の半導体結合超
伝導素子。 ３ 二層の半導体層の接合の界面に２次元電子ガ
スが形成されている相異なる二層の半導体と、 該２次元電子ガスが界面に形成されいる二層の
半導体とオーミツクに接触している二つの超伝導
電極と、 該二層の半導体の上層の半導体に絶縁膜を介し
て接する、該二つの超伝導電極間の２次元電子ガ
ス中に流れる超伝導電流を制御する第三電極とを
有する ことを特徴とする半導体結合超伝導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60012133A JPS61171179A (ja) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | 半導体結合超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60012133A JPS61171179A (ja) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | 半導体結合超伝導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61171179A JPS61171179A (ja) | 1986-08-01 |
| JPH0452631B2 true JPH0452631B2 (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=11797028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60012133A Granted JPS61171179A (ja) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | 半導体結合超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61171179A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2651143B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 超伝導トランジスタ |
| KR910002311B1 (ko) * | 1987-02-27 | 1991-04-11 | 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 | 초전도 디바이스 |
| DE3889263T2 (de) * | 1987-08-24 | 1994-08-11 | Semiconductor Energy Lab | Elektronische Anordnungen unter Verwendung von supraleitenden Materialien. |
| JPH04119592U (ja) * | 1991-04-11 | 1992-10-26 | 株式会社シブタニ | 片開き扉の間隙閉鎖装置 |
| JP2701095B2 (ja) * | 1991-06-07 | 1998-01-21 | 日本電信電話株式会社 | 半導体結合超伝導素子 |
-
1985
- 1985-01-24 JP JP60012133A patent/JPS61171179A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61171179A (ja) | 1986-08-01 |
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