JPH05343756A - 半導体結合超伝導素子 - Google Patents
半導体結合超伝導素子Info
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- JPH05343756A JPH05343756A JP4150453A JP15045392A JPH05343756A JP H05343756 A JPH05343756 A JP H05343756A JP 4150453 A JP4150453 A JP 4150453A JP 15045392 A JP15045392 A JP 15045392A JP H05343756 A JPH05343756 A JP H05343756A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】優れた超伝導電流特性およびその制御特性に優
れた半導体結合超伝導３端子素子を提供する。 【構成】半導体中の２次元電子ガスで結合した半導体結
合超伝導３端子素子において、半導体として高キャリア
濃度、高移動度を有し、かつトランスコンダクタンスg
ｍの大きいＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs（Ｉn組成が８０原子
％以上）系のＨＥＭＴを用い、加えてＩnＧaＡsよりな
るチャネル層と超伝導電極間のショットキーバリアを無
くしオーミック接触を可能とした素子構造とする。 【効果】高キャリア濃度、高移動度で、 かつ高いトラ
ンスコンダクタンスｇｍが得られるので、これを用いて
構成した半導体結合超伝導素子は、優れた超電流特性お
よびその制御特性を実現することができる。
れた半導体結合超伝導３端子素子を提供する。 【構成】半導体中の２次元電子ガスで結合した半導体結
合超伝導３端子素子において、半導体として高キャリア
濃度、高移動度を有し、かつトランスコンダクタンスg
ｍの大きいＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs（Ｉn組成が８０原子
％以上）系のＨＥＭＴを用い、加えてＩnＧaＡsよりな
るチャネル層と超伝導電極間のショットキーバリアを無
くしオーミック接触を可能とした素子構造とする。 【効果】高キャリア濃度、高移動度で、 かつ高いトラ
ンスコンダクタンスｇｍが得られるので、これを用いて
構成した半導体結合超伝導素子は、優れた超電流特性お
よびその制御特性を実現することができる。
Description
【０００１】
【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、すなわち超伝導体と半導体と超伝導体とを結
合して構成した半導体結合超伝導素子に関する。
伝導素子、すなわち超伝導体と半導体と超伝導体とを結
合して構成した半導体結合超伝導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】トンネル型ジョセフソン接合素子の発明
以来、半導体におけるバイポーラトランジスタや電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）に対応する超伝導３端子素子
の研究は数多く行われている。この中にあって、半導体
結合超伝導素子は、半導体に対する電気的制御による３
端子動作の可能性から多くの試みがなされてきた。半導
体結合超伝導素子において、半導体中に流れる超伝導電
流Ｉcの大きさは、次の数１式によって与えられる
（Ｒ．Ｃ．Ｒuby and Ｔ．Ｖan Ｄuzer：ＩＥＥＥ Ｔra
nsactions on Ｅlectron Ｄevices，ＥＤ‐２８（１９
８１），ｐ.１３９４）。
以来、半導体におけるバイポーラトランジスタや電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）に対応する超伝導３端子素子
の研究は数多く行われている。この中にあって、半導体
結合超伝導素子は、半導体に対する電気的制御による３
端子動作の可能性から多くの試みがなされてきた。半導
体結合超伝導素子において、半導体中に流れる超伝導電
流Ｉcの大きさは、次の数１式によって与えられる
（Ｒ．Ｃ．Ｒuby and Ｔ．Ｖan Ｄuzer：ＩＥＥＥ Ｔra
nsactions on Ｅlectron Ｄevices，ＥＤ‐２８（１９
８１），ｐ.１３９４）。
【０００３】
【数１】
【０００４】ここで、Δnは超伝導体／半導体界面の半
導体側に誘起されるペアポテンシャル、Ｌは超伝導電極
間の距離である。ξnは、半導体中へのクーパー対の侵
入長に相当した量（コヒーレンス長と呼ばれる）であ
り、次の数２，数３式で与えられる（例えば、Ｖ．Ｚ．
Ｋresin：Ｐhysical Ｒeview Ｂ３４（１９８６），
ｐ．７５８７）。
導体側に誘起されるペアポテンシャル、Ｌは超伝導電極
間の距離である。ξnは、半導体中へのクーパー対の侵
入長に相当した量（コヒーレンス長と呼ばれる）であ
り、次の数２，数３式で与えられる（例えば、Ｖ．Ｚ．
Ｋresin：Ｐhysical Ｒeview Ｂ３４（１９８６），
ｐ．７５８７）。
【０００５】
【数２】
【０００６】
【数３】
【０００７】ここで、ｈ′（ｈ′＝ｈ／２πとする）は
プランク定数、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは温度であ
り、このコヒーレンス長ξnは半導体のキャリア濃度Ｎs
と移動度μおよび有効質量ｍ＊で決まる。数２式は、コ
ヒーレンス長ξnが平均自由行程１よりも長い、いわゆ
るダーティリミットの場合に成り立ち、 数３式は、１
＞ξnのクリーンリミットの場合である。また、Δnは d
e Ｇennesの境界条件（Ｐ．Ｇ．de Ｇennes：Ｒeviews
of Ｍodern Ｐhysics ３６（１９６４），ｐ.２２５）
によれば、状態密度の比によって決定されキャリア濃度
が高い程大きくなるが、超伝導体／半導体界面の酸化膜
やショットキバリアの存在によって大きく低減される。
したがって、大きな超伝導電流を得るにはショットキバ
リアがなく、かつ高キャリア濃度で高移動度半導体材料
を用いる必要がある。また、３端子動作の原理は、ゲー
ト電圧による半導体中のキャリア濃度変化が数１式にお
けるコヒーレンス長ξnおよびペアポテンシャルΔn変化
を通じて、超伝導電流Ｉcを制御することにある。した
がって、すぐれた制御特性を得るためには、小さなゲー
ト電圧によってキャリア濃度の大きな変化が可能なトラ
ンスコンダクタンスgｍの大きな半導体材料であること
が必要条件となる。これまでに実現された、代表的な半
導体結合超伝導３端子素子としては、 ＩnＡsを用い
たもの（Ｈ．Ｔakayanagi and Ｔ．Ｋawakami：Ｐhysic
al Ｒeview Ｌetters ５４（１９８５），ｐ.２４４
９、およびＨ．Ｔakayanagi and Ｔ．Ｋawakami：Ｄige
st of Ｔechnical Ｐapers（１９８５），ｐ.９８〔Ｉn
ternational Ｅlectron Ｄevice Ｍeeting，Ｗashingto
n Ｄ．Ｃ．〕）、 Ｓiを用いたもの（Ｔ．Ｎishino，
Ｍ．Ｍiyake，Ｙ．Ｈarada and Ｕ．Ｋawabe：ＩＥＥＥ
Ｅlectron Ｄevices Ｌetters，６（１９８５），ｐ．
２９７）、およびＴ．Ｎishino，Ｅ．Ｙamada and Ｕ．
Ｋawabe：Ｐhysical Ｒeview Ｂ３３（１９８６），ｐ.
２０４２）、 ＩnＧaＡsを用いたもの（Ａ．Ｗ．Ｋle
insasser，Ｔ．Ｎ．Ｊackson，Ｄ．Ｍclnturff，Ｆ．Ｒ
ammo，Ｇ．Ｄ．Ｐettit and Ｊ．Ｍ．Ｗoodall：Ａppli
ed Ｐhysics Ｌetters ５５（１９８９），ｐ．１９０
９）、 ＧaＡsを用いたもの（Ｚ．Ｉvanov，Ｔ．Ｃla
eson and Ｔ．Ａnderson：Ｊapanese Ｊournal of Ａpp
lied Ｐhysics Ｓupplement ２６‐３（１９８７），
ｐ.１６１７）、などが挙げられる。しかしながら、実
用に供するものは現在までに得られていない。この原因
として、ＩnＡsを用いた素子においては、超伝導電極と
オーミックコンタクトが可能であるものの適当なゲート
酸化膜を得るのが難しく、充分なゲート電圧特性が得ら
れていない点にある。Ｓiを用いた超伝導素子において
は、超伝導電極との間にショットキーバリアが存在し、
かつ移動度が低いために超伝導電極間隔Ｌを０.１μｍ
程度にまで短くする必要があった。また、ＩnＧaＡsあ
るいはＧaＡsを用いた素子についてもショットキーバリ
アが存在し超伝導電流が小さく、かつ良好なゲート電圧
特性が得られないという問題があった。
プランク定数、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは温度であ
り、このコヒーレンス長ξnは半導体のキャリア濃度Ｎs
と移動度μおよび有効質量ｍ＊で決まる。数２式は、コ
ヒーレンス長ξnが平均自由行程１よりも長い、いわゆ
るダーティリミットの場合に成り立ち、 数３式は、１
＞ξnのクリーンリミットの場合である。また、Δnは d
e Ｇennesの境界条件（Ｐ．Ｇ．de Ｇennes：Ｒeviews
of Ｍodern Ｐhysics ３６（１９６４），ｐ.２２５）
によれば、状態密度の比によって決定されキャリア濃度
が高い程大きくなるが、超伝導体／半導体界面の酸化膜
やショットキバリアの存在によって大きく低減される。
したがって、大きな超伝導電流を得るにはショットキバ
リアがなく、かつ高キャリア濃度で高移動度半導体材料
を用いる必要がある。また、３端子動作の原理は、ゲー
ト電圧による半導体中のキャリア濃度変化が数１式にお
けるコヒーレンス長ξnおよびペアポテンシャルΔn変化
を通じて、超伝導電流Ｉcを制御することにある。した
がって、すぐれた制御特性を得るためには、小さなゲー
ト電圧によってキャリア濃度の大きな変化が可能なトラ
ンスコンダクタンスgｍの大きな半導体材料であること
が必要条件となる。これまでに実現された、代表的な半
導体結合超伝導３端子素子としては、 ＩnＡsを用い
たもの（Ｈ．Ｔakayanagi and Ｔ．Ｋawakami：Ｐhysic
al Ｒeview Ｌetters ５４（１９８５），ｐ.２４４
９、およびＨ．Ｔakayanagi and Ｔ．Ｋawakami：Ｄige
st of Ｔechnical Ｐapers（１９８５），ｐ.９８〔Ｉn
ternational Ｅlectron Ｄevice Ｍeeting，Ｗashingto
n Ｄ．Ｃ．〕）、 Ｓiを用いたもの（Ｔ．Ｎishino，
Ｍ．Ｍiyake，Ｙ．Ｈarada and Ｕ．Ｋawabe：ＩＥＥＥ
Ｅlectron Ｄevices Ｌetters，６（１９８５），ｐ．
２９７）、およびＴ．Ｎishino，Ｅ．Ｙamada and Ｕ．
Ｋawabe：Ｐhysical Ｒeview Ｂ３３（１９８６），ｐ.
２０４２）、 ＩnＧaＡsを用いたもの（Ａ．Ｗ．Ｋle
insasser，Ｔ．Ｎ．Ｊackson，Ｄ．Ｍclnturff，Ｆ．Ｒ
ammo，Ｇ．Ｄ．Ｐettit and Ｊ．Ｍ．Ｗoodall：Ａppli
ed Ｐhysics Ｌetters ５５（１９８９），ｐ．１９０
９）、 ＧaＡsを用いたもの（Ｚ．Ｉvanov，Ｔ．Ｃla
eson and Ｔ．Ａnderson：Ｊapanese Ｊournal of Ａpp
lied Ｐhysics Ｓupplement ２６‐３（１９８７），
ｐ.１６１７）、などが挙げられる。しかしながら、実
用に供するものは現在までに得られていない。この原因
として、ＩnＡsを用いた素子においては、超伝導電極と
オーミックコンタクトが可能であるものの適当なゲート
酸化膜を得るのが難しく、充分なゲート電圧特性が得ら
れていない点にある。Ｓiを用いた超伝導素子において
は、超伝導電極との間にショットキーバリアが存在し、
かつ移動度が低いために超伝導電極間隔Ｌを０.１μｍ
程度にまで短くする必要があった。また、ＩnＧaＡsあ
るいはＧaＡsを用いた素子についてもショットキーバリ
アが存在し超伝導電流が小さく、かつ良好なゲート電圧
特性が得られないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、従来
の半導体結合超伝導３端子素子においては、キャリア濃
度や移動度が高くても超伝導電極とオーミックコンタク
トがとれていなかったり、あるいはオーミックコンタク
トがとれていてもトランスコンダクタンスgｍが低く、
優れた超伝導電流特性およびその制御特性が得られない
という問題があった。
の半導体結合超伝導３端子素子においては、キャリア濃
度や移動度が高くても超伝導電極とオーミックコンタク
トがとれていなかったり、あるいはオーミックコンタク
トがとれていてもトランスコンダクタンスgｍが低く、
優れた超伝導電流特性およびその制御特性が得られない
という問題があった。
【０００９】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、優れた超伝導電流およびその制御特性を有する
半導体結合超伝導３端子素子を提供することにある。
解消し、優れた超伝導電流およびその制御特性を有する
半導体結合超伝導３端子素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、半導体中の２次元電子ガスで結合した半導
体結合超伝導３端子素子において、半導体として高キャ
リア濃度、高移動度を有し、かつトランスコンダクタン
スgｍの大きいＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs系のＨＥＭＴ（hig
h‐electron‐mobility‐transistor）を用いることを
特徴とするものである。加えて、ＩnＧaＡsよりなるチ
ャネル層と超伝導電極間のショットキーバリアを無くす
ことにより、オーミック接触を可能とするものである。
するために、半導体中の２次元電子ガスで結合した半導
体結合超伝導３端子素子において、半導体として高キャ
リア濃度、高移動度を有し、かつトランスコンダクタン
スgｍの大きいＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs系のＨＥＭＴ（hig
h‐electron‐mobility‐transistor）を用いることを
特徴とするものである。加えて、ＩnＧaＡsよりなるチ
ャネル層と超伝導電極間のショットキーバリアを無くす
ことにより、オーミック接触を可能とするものである。
【００１１】本発明は、半導体中に形成される２次元電
子ガスと、該２次元電子ガスとオーミック接触する２つ
の超伝導電極と、該２つの超伝導電極間の上記半導体の
２次元電子ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート
電極とを少なくとも備えた半導体結合超伝導素子におい
て、上記半導体は、基板側から、ＩnＡlＡsよりなるバ
ッフア層と、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層と、ＩnＡl
Ａsよりなるスペーサ層と、ＩnＡlＡsよりなるキャリア
供給層と、ＩnＡlＡsよりなるゲートコンタクト層を順
次積層して構成した半導体結合超伝導素子である。さら
に、本発明の半導体結合超伝導素子を構成する半導体
は、 基板側から、ＩnＡlＡsよりなるバッフア層と、
ＩnＡlＡsよりなるキャリア供給層と、 ＩnＡlＡsより
なるスペーサ層と、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層と、
ＩnＡlＡsよりなるゲートコンタクト層を順次積層し
て、半導体結合超伝導素子を構成することもできる。本
発明の半導体結合超伝導素子を構成する半導体のＩnＧa
Ａsよりなるチャネル層中のＩn組成は８０原子％以上含
有するものであり、このチャネル層に２つの超伝導電極
を接触させることによりオーミック接触を構成するもの
である。また、上記ＩnＧaＡsよりなるチャネル層中の
Ｉn組成は、該チャネル層のゲート電極側の界面におい
て８０原子％以上含有し、 かつ上記界面以外の部分に
おけるＩn組成は、基板と格子整合するＩn組成範囲に変
化する構成となし、上記ＩnＧaＡsよりなるチャネル層
を２つの超伝導電極と接触させることによりオーミック
接触を構成することもできる。
子ガスと、該２次元電子ガスとオーミック接触する２つ
の超伝導電極と、該２つの超伝導電極間の上記半導体の
２次元電子ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート
電極とを少なくとも備えた半導体結合超伝導素子におい
て、上記半導体は、基板側から、ＩnＡlＡsよりなるバ
ッフア層と、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層と、ＩnＡl
Ａsよりなるスペーサ層と、ＩnＡlＡsよりなるキャリア
供給層と、ＩnＡlＡsよりなるゲートコンタクト層を順
次積層して構成した半導体結合超伝導素子である。さら
に、本発明の半導体結合超伝導素子を構成する半導体
は、 基板側から、ＩnＡlＡsよりなるバッフア層と、
ＩnＡlＡsよりなるキャリア供給層と、 ＩnＡlＡsより
なるスペーサ層と、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層と、
ＩnＡlＡsよりなるゲートコンタクト層を順次積層し
て、半導体結合超伝導素子を構成することもできる。本
発明の半導体結合超伝導素子を構成する半導体のＩnＧa
Ａsよりなるチャネル層中のＩn組成は８０原子％以上含
有するものであり、このチャネル層に２つの超伝導電極
を接触させることによりオーミック接触を構成するもの
である。また、上記ＩnＧaＡsよりなるチャネル層中の
Ｉn組成は、該チャネル層のゲート電極側の界面におい
て８０原子％以上含有し、 かつ上記界面以外の部分に
おけるＩn組成は、基板と格子整合するＩn組成範囲に変
化する構成となし、上記ＩnＧaＡsよりなるチャネル層
を２つの超伝導電極と接触させることによりオーミック
接触を構成することもできる。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 ＜実施例１＞図１に、本実施例における半導体結合超伝
導３端子素子の構造の一例を示す。半絶縁性ＩnＰ基板
９上に、アンドープＩnＡlＡsバッフア層８、 アンド
ープＩnＧaＡsチャネル層（Ｉn組成が８０原子％以上）
７、アンドープＩnＡlＡsスペーサ層６、ｎ+ＩnＡlＡs
キャリア供給層５、およびアンドープＩnＡlＡsゲート
コンタクト層４を順次積層し、さらに超伝導電極（ソー
ス）１、超伝導電極（ドレイン）２、およびゲート電極
３を設けた素子構造である。この素子構造は、ＭＢＥ法
あるいはＭＯＣＶＤ法により成長させたウエハを、光露
光あるいは電子ビーム露光を用いてパターニングするこ
とにより作製することができる。また、超伝導電極１，
２直下の半導体を、少なくともアンドープＩnＧaＡsチ
ャネル層に達するまでウェットエッチングまたはドライ
エッチングを用いて除去し、超伝導電極１，２と接触さ
せている。ＩnＧaＡsチャネル層が、ＩnＰ基板に格子整
合している場合のＩn組成は５３％であり、この時のシ
ョットキーバリアハイトΦBは約０.２eＶである。しか
し、ＩnＧaＡsのＩn組成が８０％を超えると、ショット
キーバリアハイトΦBはほとんど零（０）となる（Ｋ．
Ｋajiyama，Ｙ．Ｍizushima，and Ｓ．Ｓakata：Ａpp
l．Ｐhys．Ｌett.,２３（８）（１９７３），ｐ.４５
８）。このことから、ＩnＧaＡsチャネル層のＩn組成を
８０％以上にすることにより超伝導電極とのオーミック
接触が可能となり、バリアを介することなくクーパー対
が供給され、ＩnＧaＡs層を通じてソース、ドレイン間
に超伝導電流が流れる。ここで、ゲート電極に電界をか
けることにより、上記ＩnＧaＡs層中に形成される二次
元電子ガスのキャリア濃度を変化させ、超伝導電流に変
化をもたらし制御することができる。また、ＩnＰに格
子整合しているＩn組成が５３％のＩnＧaＡs／ＩnＡlＡ
s系ＨＥＭＴは、ＡlＧaＡs／ＧaＡs系ＨＥＭＴに比べ、
高いキャリア濃度と移動度を持つことが知られている
が、さらにＩn組成を８０％にすることにより、キャリ
ア濃度Ｎsが３.１×１０12cｍ~2で、移動度μが１２６
００cｍ2／Ｖs（３００Ｋ）、トランスコンダクタンスg
ｍもゲート長６５０Åの時にgｍ＝１.５８Ｓ／ｍｍとな
ることが報告されている（Ｌ．Ｄ．Ｎguyen，Ａ．Ｓ．
Ｂrown，Ｍ．Ａ．Ｔhompson，Ｌ．Ｍ．Ｊelloian，Ｌ．
Ｅ．Ｌarson and Ｍ．Ｍatloubian：ＩＥＥＥ Ｅlectro
n Ｄevices Ｌetters，１３（１９９２），ｐ.１４
３）。この値は、従来構造のＩn組成が５３％の素子と
比較して約２５％の改善である。本発明においては、超
伝導電極をＩn組成が８０％以上のＩnＧaＡs層と結合さ
せることにより、オーミックコンタクトを可能とするこ
とと、高いキャリア移動度とトランスコンダクタンスg
ｍが得られる特徴を生かした半導体結合超伝導素子が実
現されるものであって、本発明の素子では、大きな超伝
導電流と感度の優れたゲート特性が可能となる。本発明
の素子のように、大きな超伝導電流が得られることは、
熱雑音に対する安定性や次段の駆動能力を得るために重
要である。
さらに詳細に説明する。 ＜実施例１＞図１に、本実施例における半導体結合超伝
導３端子素子の構造の一例を示す。半絶縁性ＩnＰ基板
９上に、アンドープＩnＡlＡsバッフア層８、 アンド
ープＩnＧaＡsチャネル層（Ｉn組成が８０原子％以上）
７、アンドープＩnＡlＡsスペーサ層６、ｎ+ＩnＡlＡs
キャリア供給層５、およびアンドープＩnＡlＡsゲート
コンタクト層４を順次積層し、さらに超伝導電極（ソー
ス）１、超伝導電極（ドレイン）２、およびゲート電極
３を設けた素子構造である。この素子構造は、ＭＢＥ法
あるいはＭＯＣＶＤ法により成長させたウエハを、光露
光あるいは電子ビーム露光を用いてパターニングするこ
とにより作製することができる。また、超伝導電極１，
２直下の半導体を、少なくともアンドープＩnＧaＡsチ
ャネル層に達するまでウェットエッチングまたはドライ
エッチングを用いて除去し、超伝導電極１，２と接触さ
せている。ＩnＧaＡsチャネル層が、ＩnＰ基板に格子整
合している場合のＩn組成は５３％であり、この時のシ
ョットキーバリアハイトΦBは約０.２eＶである。しか
し、ＩnＧaＡsのＩn組成が８０％を超えると、ショット
キーバリアハイトΦBはほとんど零（０）となる（Ｋ．
Ｋajiyama，Ｙ．Ｍizushima，and Ｓ．Ｓakata：Ａpp
l．Ｐhys．Ｌett.,２３（８）（１９７３），ｐ.４５
８）。このことから、ＩnＧaＡsチャネル層のＩn組成を
８０％以上にすることにより超伝導電極とのオーミック
接触が可能となり、バリアを介することなくクーパー対
が供給され、ＩnＧaＡs層を通じてソース、ドレイン間
に超伝導電流が流れる。ここで、ゲート電極に電界をか
けることにより、上記ＩnＧaＡs層中に形成される二次
元電子ガスのキャリア濃度を変化させ、超伝導電流に変
化をもたらし制御することができる。また、ＩnＰに格
子整合しているＩn組成が５３％のＩnＧaＡs／ＩnＡlＡ
s系ＨＥＭＴは、ＡlＧaＡs／ＧaＡs系ＨＥＭＴに比べ、
高いキャリア濃度と移動度を持つことが知られている
が、さらにＩn組成を８０％にすることにより、キャリ
ア濃度Ｎsが３.１×１０12cｍ~2で、移動度μが１２６
００cｍ2／Ｖs（３００Ｋ）、トランスコンダクタンスg
ｍもゲート長６５０Åの時にgｍ＝１.５８Ｓ／ｍｍとな
ることが報告されている（Ｌ．Ｄ．Ｎguyen，Ａ．Ｓ．
Ｂrown，Ｍ．Ａ．Ｔhompson，Ｌ．Ｍ．Ｊelloian，Ｌ．
Ｅ．Ｌarson and Ｍ．Ｍatloubian：ＩＥＥＥ Ｅlectro
n Ｄevices Ｌetters，１３（１９９２），ｐ.１４
３）。この値は、従来構造のＩn組成が５３％の素子と
比較して約２５％の改善である。本発明においては、超
伝導電極をＩn組成が８０％以上のＩnＧaＡs層と結合さ
せることにより、オーミックコンタクトを可能とするこ
とと、高いキャリア移動度とトランスコンダクタンスg
ｍが得られる特徴を生かした半導体結合超伝導素子が実
現されるものであって、本発明の素子では、大きな超伝
導電流と感度の優れたゲート特性が可能となる。本発明
の素子のように、大きな超伝導電流が得られることは、
熱雑音に対する安定性や次段の駆動能力を得るために重
要である。
【００１３】＜実施例２＞図２は、本実施例における素
子構造を示す。図に示すごとく、チャネル層の下にキャ
リア供給層を持つＨＥＭＴは、実施例１が順ＨＥＭＴ構
造と呼ばれるのに対し、逆ＨＥＭＴ構造と呼ばれてい
る。この素子構造は、ＩnＧaＡsチャネル層／ＩnＡlＡs
キャリア供給層の界面に形成される２次元電子層がゲー
トに近づくために、従来の素子構造のＨＥＭＴよりも高
いトランスコンダクタンスgｍを示す。加えて、チャネ
ル層の下にキャリア供給層があるため、超伝導電極と接
触する部分のＩnＧaＡsチャネル層のバンドが下げら
れ、オーミックコンタクトがさらに改善される。これら
のことから、本発明の半導体結合超伝導素子では、大き
な超伝導電流と感度の優れたゲート特性が得られる。
子構造を示す。図に示すごとく、チャネル層の下にキャ
リア供給層を持つＨＥＭＴは、実施例１が順ＨＥＭＴ構
造と呼ばれるのに対し、逆ＨＥＭＴ構造と呼ばれてい
る。この素子構造は、ＩnＧaＡsチャネル層／ＩnＡlＡs
キャリア供給層の界面に形成される２次元電子層がゲー
トに近づくために、従来の素子構造のＨＥＭＴよりも高
いトランスコンダクタンスgｍを示す。加えて、チャネ
ル層の下にキャリア供給層があるため、超伝導電極と接
触する部分のＩnＧaＡsチャネル層のバンドが下げら
れ、オーミックコンタクトがさらに改善される。これら
のことから、本発明の半導体結合超伝導素子では、大き
な超伝導電流と感度の優れたゲート特性が得られる。
【００１４】＜実施例３＞図３に、本実施例における素
子構造を示す。本実施例の特徴とするところは、アンド
ープＩnＧaＡsチャネル層１０のＩn組成を、半絶縁性Ｉ
nＰ基板９側から、該ＩnＰ基板９に格子整合するＩn組
成から、アンドープＩnＡlＡsゲートコンタクト層４と
の界面においてＩn組成が８０原子％以上となるよう
に、Ｉn組成を段階的に増加させる構成にして、超伝導
電極１，２とオーミック接触が得られるようにした点に
ある。この素子構造の利点は、実施例１および２と同様
のオーミック接触が得られるのに加えて、Ｉn組成を段
階的に増大させることにより、格子不整合による結晶性
の劣化を抑制することができることである。また、図３
では、実施例２と同じ逆ＨＥＭＴの素子構造を例示した
が、これを順ＨＥＭＴの素子構造としても上記と同様の
効果が得られることは言うまでもない。
子構造を示す。本実施例の特徴とするところは、アンド
ープＩnＧaＡsチャネル層１０のＩn組成を、半絶縁性Ｉ
nＰ基板９側から、該ＩnＰ基板９に格子整合するＩn組
成から、アンドープＩnＡlＡsゲートコンタクト層４と
の界面においてＩn組成が８０原子％以上となるよう
に、Ｉn組成を段階的に増加させる構成にして、超伝導
電極１，２とオーミック接触が得られるようにした点に
ある。この素子構造の利点は、実施例１および２と同様
のオーミック接触が得られるのに加えて、Ｉn組成を段
階的に増大させることにより、格子不整合による結晶性
の劣化を抑制することができることである。また、図３
では、実施例２と同じ逆ＨＥＭＴの素子構造を例示した
が、これを順ＨＥＭＴの素子構造としても上記と同様の
効果が得られることは言うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の半
導体結合超伝導３端子素子は、ＩnＧaＡsよりなるチャ
ネル層のＩn組成を８０原子％以上とするか、あるいは
ゲートコンタクト層との界面においてＩn組成を８０原
子％以上とすることにより、超伝導電極とのオーミック
接触が可能となり、高キャリア濃度、高移動度で、かつ
高いトランスコンダクタンスgｍが得られるので、これ
を用いて構成した半導体結合超伝導素子は、優れた超伝
導電流特性およびその制御特性を実現することができ
る。
導体結合超伝導３端子素子は、ＩnＧaＡsよりなるチャ
ネル層のＩn組成を８０原子％以上とするか、あるいは
ゲートコンタクト層との界面においてＩn組成を８０原
子％以上とすることにより、超伝導電極とのオーミック
接触が可能となり、高キャリア濃度、高移動度で、かつ
高いトランスコンダクタンスgｍが得られるので、これ
を用いて構成した半導体結合超伝導素子は、優れた超伝
導電流特性およびその制御特性を実現することができ
る。
【図１】本発明の実施例１において例示したＩn組成が
８０原子％以上のＩnＧaＡsチャネル層を有するＩnＡl
Ａs／ＩnＧaＡs系の順ＨＥＭＴ構造の半導体結合超伝導
３端子素子の断面構成を示す摸式図。
８０原子％以上のＩnＧaＡsチャネル層を有するＩnＡl
Ａs／ＩnＧaＡs系の順ＨＥＭＴ構造の半導体結合超伝導
３端子素子の断面構成を示す摸式図。
【図２】本発明の実施例２において例示したＩn組成が
８０原子％以上のＩnＧaＡsチャネル層を有するＩnＡl
Ａs／ＩnＧaＡs系の逆ＨＥＭＴ構造の半導体結合超伝導
３端子素子の断面構成を示す摸式図。
８０原子％以上のＩnＧaＡsチャネル層を有するＩnＡl
Ａs／ＩnＧaＡs系の逆ＨＥＭＴ構造の半導体結合超伝導
３端子素子の断面構成を示す摸式図。
【図３】本発明の実施例３において例示したＩnＡlＡs
ゲートコンタクト層／ＩnＧaＡsチャネル層の界面での
Ｉn組成を８０％以上としたＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs系の
逆ＨＥＭＴ構造の半導体結合超伝導３端子素子の断面構
成を示す摸式図。
ゲートコンタクト層／ＩnＧaＡsチャネル層の界面での
Ｉn組成を８０％以上としたＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs系の
逆ＨＥＭＴ構造の半導体結合超伝導３端子素子の断面構
成を示す摸式図。
１…超伝導電極（ソース） ２…超伝導電極（ドレイン） ３…ゲート電極 ４…アンドープＩnＡlＡsゲートコンタクト層 ５…ｎ+ＩnＡlＡsキャリア供給層 ６…アンドープＩnＡlＡsスペーサ層 ７…アンドープＩnＧaＡsチャネル層（Ｉn組成が８０％
以上） ８…アンドープＩnＡlＡsバッフア層 ９…半絶縁性ＩnＰ基板 １０…アンドープＩnＧaＡsチャネル層（Ｉn組成が段階
的に変化）
以上） ８…アンドープＩnＡlＡsバッフア層 ９…半絶縁性ＩnＰ基板 １０…アンドープＩnＧaＡsチャネル層（Ｉn組成が段階
的に変化）
Claims (4)
- 【請求項１】半導体中に形成される２次元電子ガスと、
該２次元電子ガスとオーミック接触する２つの超伝導電
極と、該２つの超伝導電極間の上記半導体の２次元電子
ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート電極とを少
なくとも備えた半導体結合超伝導素子において、上記半
導体は、基板側から、ＩnＡlＡsよりなるバッフア層
と、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層と、ＩnＡlＡsよりな
るスペーサ層と、ＩnＡlＡsよりなるキャリア供給層
と、ＩnＡlＡsよりなるゲートコンタクト層を順次積層
して構成したことを特徴とする半導体結合超伝導素子。 - 【請求項２】半導体中に形成される２次元電子ガスと、
該２次元電子ガスとオーミック接触している２つの超伝
導電極と、該２つの超伝導電極間の上記半導体の２次元
電子ガス中に流れる超伝導電流を制御するゲート電極と
を少なくとも備えた半導体結合超伝導素子において、上
記半導体は、基板側から、ＩnＡlＡsよりなるバッフア
層と、ＩnＡlＡsよりなるキャリア供給層と、ＩnＡlＡs
よりなるスペーサ層と、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層
と、ＩnＡlＡsよりなるゲートコンタクト層を順次積層
して構成したことを特徴とする半導体結合超伝導素子。 - 【請求項３】請求項１または請求項２記載の半導体結合
超伝導素子において、 Ｉn組成が８０原子％以上含有
するＩnＧaＡsからなるチャネル層に２つの超伝導電極
を接触させることにより、オーミック接触を構成したこ
とを特徴とする半導体結合超伝導素子。 - 【請求項４】請求項１または請求項２記載の半導体結合
超伝導素子において、ＩnＧaＡsよりなるチャネル層中
のＩn組成は、該チャネル層のゲート電極側の界面にお
いて８０原子％以上含有し、かつ上記界面以外の部分に
おけるＩn組成は、基板と格子整合するＩn組成範囲に変
化する構成となし、上記ＩnＧaＡsよりなるチャネル層
を２つの超伝導電極と接触させることによりオーミック
接触を構成した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 |
|---|---|---|---|
| JP04150453A JP3131291B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 半導体結合超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04150453A JP3131291B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 半導体結合超伝導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343756A true JPH05343756A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3131291B2 JP3131291B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=15497265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04150453A Expired - Fee Related JP3131291B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 半導体結合超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3131291B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093731A (ja) * | 2005-11-07 | 2006-04-06 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置 |
| JP2006120784A (ja) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体結合超伝導三端子素子及びその製造方法 |
| JP2016219726A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-22 | 日本電信電話株式会社 | 電界効果トランジスタ |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP04150453A patent/JP3131291B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006120784A (ja) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体結合超伝導三端子素子及びその製造方法 |
| JP2006093731A (ja) * | 2005-11-07 | 2006-04-06 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置 |
| JP2016219726A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-22 | 日本電信電話株式会社 | 電界効果トランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3131291B2 (ja) | 2001-01-31 |
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