JPH11279763A - 酸化物薄膜の結晶成長方法 - Google Patents

酸化物薄膜の結晶成長方法

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JPH11279763A
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滋樹 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成元素の一つであるビスマスの組成の過不
足を防ぎ、高品質のBiSrCaCun+1
6+2n酸化物薄膜を成長させることができるようにす
る。 【解決手段】 気相成長法を用いてBiSrCa
Cun+16+2n酸化物薄膜304を結晶成長させ
る酸化物薄膜の結晶成長方法において、第1段階として
土台301上に、ビスマスを構成元素に含む多元系酸化
物薄膜の結晶成長法によって、BiSrCuO
化物薄膜302を結晶成長させ、第2段階として薄膜3
02に含まれるストロンチウムの原子数のそれぞれn/
2の量のカルシウム原子及び銅原子を、薄膜302の上
に堆積して原子堆積層303を形成し、第3段階として
BiSrCuO酸化物薄膜302と、カルシウム
原子及び銅原子とを反応させ、BiSrCaCu
n+16+2n酸化物の薄膜304を結晶成長させる
ようにした、ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、気相成長法を用
いてnが1以上の整数であるBiSrCaCu
n+16+2n酸化物の薄膜を結晶成長させる酸化物
薄膜の結晶成長方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】nが1以上の整数であるBiSr
Cun+16+2n酸化物は、気相成長法等で作
製することができ、nが1乃至4の場合の酸化物は低温
で超伝導性を示す物質として知られている。
【0003】BiSrCaCun+16+2n
酸化物の薄膜を気相成長によって作製する方法として
は、スパッタリング法、レーザアブレーション法、分子
線エピタキシ法、化学気相成長法(CVD)などが開発
され、利用されている。なお、以下の表記で特にBi
SrCaCun+16+2nに関し説明は付けな
いが、すべての場合においてnは1以上の整数であると
する。
【0004】従来の技術によってBiSrCa
n+16+2n酸化物の薄膜を作製する場合には、
ビスマス元素が薄膜結晶に取り込まれる割合が小さく、
成長温度に対して敏感に変動する。このため、最適な成
長環境が狭い領域に限定され、しかも薄膜中のビスマス
が目的酸化物の組成よりも不足することがしばしば起き
ている。
【0005】これはビスマスを構成元素に含むBi
CaCun+16+2n酸化物薄膜の結晶成長
における大きな問題であり、薄膜の品質向上の大きな妨
げとなっている。さらに、これらの問題を最小化できる
ような成長温度や酸化ガス条件を見つけ出したとして
も、それが非常に狭い条件に限られているため、同一レ
ベルの品質の薄膜の再現が困難である。
【0006】これを解決する方法として、ビスマスを構
成元素に含む多元系酸化物薄膜の結晶成長法が、例えば
特願平8−318974号公報明細書において開示され
公知となっている。この方法は、気相成長法を用いてビ
スマスを構成元素に含む多元系酸化物薄膜を結晶成長さ
せる方法であって、成長環境を前記ビスマスの単体酸化
物は生成しないが目的の多元系酸化物は生成する条件に
設定し、該成長環境にビスマスを他の元素より過剰に供
給することによって、ビスマスの不足を防止するととも
に余分なビスマスを薄膜から蒸発させることを特徴とす
るビスマスを構成元素に含む多元系酸化物薄膜の結晶成
長法である。
【0007】この方法によって、ビスマスの過不足のな
いBiSrCuO酸化物の薄膜の結晶成長が可能
となった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、BiSr
CaCun+16+2n酸化物にはこの方法を適用
することが、困難であった。図8は上記従来の結晶成長
法でBiSrCaCu酸化物の薄膜成長を試
みた結果の一例を示す図である。ビスマスの供給量が十
分に過剰な場合、BiSrCaCuと表示し
たときのビスマスの供給比率xに対して、生成薄膜を化
学式BiSrCaCuであらわしたときのビ
スマス組成のzは目標値の2に収束せず、供給量の増加
とともに、3に向かってゆっくりと変化していることが
図から分かる。
【0009】これは、ビスマスが過剰に供給される成長
環境では、次の化学式(1)による化学変化が起きるこ
とによる。
【化1】 この化学式(1)は、BiSrCaCuとB
SrCuOとは結晶構造が似ていることと、S
rとCaの化学的性質の類似性のため、BiSr
uOの結晶のストロンチウムのサイトの一部をカルシ
ウムが占有することによって、Bi(Sr2/3Ca
1/3CuOと表されるようなBiSrCu
の類似物質が出来てしまうことを意味している。
【0010】このように、上記従来の結晶成長法でBi
SrCaCun+16+2n酸化物を成長させ
ようとすると、ビスマス組成が目的組成からずれてしま
い、異相の生成や不純物が析出してしまうため、高品質
な薄膜の成長が困難であるという問題点を有していた。
【0011】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
構成元素の一つであるビスマスの組成の過不足を防ぎ、
高品質のBiSrCaCun+16+2n酸化
物薄膜を成長させることができる酸化物薄膜の結晶成長
方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、気相成長法を用いてnが
1以上の整数であるBiSrCaCun+1
6+2n酸化物の薄膜を結晶成長させる酸化物薄膜の結
晶成長方法において、第1段階として成長環境をビスマ
スの単体酸化物は生成しないが目的の多元系酸化物は生
成する条件に設定し、該成長環境にビスマスを他の元素
より過剰に供給することによって、ビスマスの不足を防
止するとともに余分なビスマスを薄膜から蒸発させるこ
とを特徴とするビスマスを構成元素に含む多元系酸化物
薄膜の結晶成長法によって、BiSrCuO酸化
物薄膜を任意の分子層量で結晶成長させ、第2段階とし
て前記BiSrCuO酸化物薄膜に含まれるスト
ロンチウムの原子数のそれぞれn/2の量のカルシウム
原子及び銅原子を前記BiSrCuO酸化物薄膜
の上に堆積し、第3段階として、当該第3段階での環境
温度を第1段階での環境温度より高くなるように設定し
た状態で、前記BiSrCuO酸化物薄膜と前記
堆積したカルシウム原子及び銅原子を反応させ、nが1
以上の整数であるBiSrCaCun+1
6+2n酸化物の薄膜を結晶成長させるようにした、こ
とを特徴としている。
【0013】また、請求項2に記載の発明は、上記した
請求項1または2に記載の発明の構成に加えて、前記第
1段階、第2段階及び第3段階を繰り返すことで、前記
nが1以上の整数であるBrSrCaCun+1
6+2n酸化物の薄膜を少なくとも2層以上積層させ
た、ことを特徴としている。
【0014】さらに、請求項3に記載の発明は、上記し
た請求項3に記載の発明の構成に加えて、前記2層以上
積層させたBrSrCaCun+16+2n
化物の薄膜のうち、少なくと1層は他の層に対して異な
るnの値を有している、ことを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図1はこの発明を実施す
るための装置構成を概略的に示す図である。図におい
て、真空装置201はこの発明に係る薄膜作製を気相成
長法により行うための装置である。この真空装置201
の内部一端寄りには、基板202がヒータ203に接し
て配置してあり、基板202の温度はヒータ203によ
って制御され、薄膜成長温度(環境温度)に保たれる。
そして、この基板202に向けて、ガス導入手段20
4、並びに各種元素の供給手段205,206,207
及び208が配置してある。ガス導入手段204は、真
空装置201の内部に酸化ガスを導入するためのもので
あり、図示のように管の形状とすることもある。ここで
いう酸化ガスとは、酸素ガス、オゾンガス、原子状酸素
ガス、NOガス、NOガス、イオン化酸素ガスなど
の、BiSrCaCun+16+2n酸化物結
晶中に酸素を供給するガス源を意味する。また、供給手
段205はビスマス元素の供給を行い、供給手段206
はストロンチウム元素の供給、供給手段207はカルシ
ウム元素の供給、供給手段208は銅元素の供給をそれ
ぞれ行う。
【0016】本発明の結晶成長方法について以下に説明
する。図2は本発明のBiSrCaCun+1
6+2n酸化物薄膜の結晶成長方法を説明するための図
であり、(a)はその第1段階を、(b)は第2段階
を、(c)は第3段階をそれぞれ示している。
【0017】本発明のBiSrCaCun+1
6+2n酸化物薄膜は、図2(a)及び図2(c)に示
す土台301の上に結晶成長される。土台301は図1
に示す基板202そのものであってもよい。その場合の
基板202としては、SrTiO、NdGaO、M
gO、LaAlOなどがあるが限定するものではな
い。また、土台301は基板202の上にすでに気相成
長法などで薄膜を成長したものでもよい。特に、本発明
におけるBiSrCaCun+16+2n酸化
物薄膜を結晶成長した後のものであってもよく、この方
法を繰り返すことによって、所定の厚さのBiSr
CaCun+16+2n酸化物薄膜を結晶成長させ
ることが出来るし、異なった整数nをもったものを設計
通り随意に積み上げていくこともできる。土台301
は、BiSrCaCun+16+2n酸化物と
結晶格子の格子定数が近いものであれば、結晶成長の品
質が向上するので特に良く、また、BiSrCa
Can+16+2n酸化物と原子の相互拡散が起こり
にくいものも結晶成長の品質が向上するので好ましい。
【0018】この土台301の上にまず第1段階とし
て、ビスマスを構成元素に含む多元系酸化物薄膜の結晶
成長法(特願平8−318974)によって薄膜を結晶
成長させる。すなわち、成長環境をビスマスの単体酸化
物は生成しないが目的の多元系酸化物は生成する条件に
設定し、該成長環境にビスマスを他の元素より過剰に供
給することによって、ビスマスの不足を防止するととも
に余分なビスマスを薄膜から蒸発させることを特徴とす
るビスマスを構成元素に含む多元系酸化物薄膜の結晶成
長法によって多元系酸化物BiSrCuO薄膜3
02を結晶成長させる。この第1段階終了後の形態が図
2(a)である。図1の薄膜作製装置に則していえば、
第1段階では供給手段207は使用せずカルシウムの供
給は行わない。
【0019】次に第2段階は、第1段階で形成したBi
SrCuO薄膜の上に、そのBiSrCuO
薄膜302に含まれるストロンチウムの原子数のn/
2の量のカルシウム原子および同じくn/2の量の銅原
子を堆積させ、原子堆積層303を形成する。第2段階
終了後の形態が、図2(b)である。このカルシウムと
銅の原子堆積層303は、カルシウムと銅を交互に積層
してもよいし、混合した状態で堆積してもよく、また原
子堆積層303の酸化の程度は問題ではない。図1の薄
膜作製装置に則していえば、第2段階では、供給手段2
07,208を使用してカルシウムと銅を供給し、供給
手段205,206は使用せず、ビスマスとストロンチ
ウムの供給は行わない。
【0020】図2(c)の第3段階において、Bi
CuO薄膜302と、原子体積層303のカルシ
ウム及び銅とを反応させ、目的とするBiSrCa
Cun+16+2n酸化物薄膜304を結晶成長さ
せる。この第3段階で起る化学反応は、次の化学式
(2)で表される。
【化2】
【0021】第1段階、第2段階、第3段階における環
境温度(基板202または土台301の温度)は、それ
ぞれの成長段階の間、一定値に保たなくてもよい。第1
段階、第3段階における環境温度をそれぞれT1,T3
とすると、この実施形態ではT3をT1より高く設定す
る。
【0022】また、第1段階でBiSrCuO
膜302の量は任意で適当量でよく、例えば5分子層と
厚く形成してもよい。また、8.7分子層のように、分
子層の整数系でなくてもよい。ここで1分子層の量は、
完全平坦膜の厚さに換算するとBiSrCuO
C軸長の半分で約1.2nmである。また、第1段階で
BiSrCuO薄膜302の量が1分子層である
と、第3段階での反応の量が少なく結晶成長の時間を短
くすることができる。
【0023】次に、上記の結晶成長方法をより具体的に
説明する。図3は本発明のBiSrCaCu
n+16+2n酸化物の薄膜を気相成長させる装置が
分子線エピタキシー装置である場合のその装置構成を概
略的に示す図である。図中、図1に示す装置と同一構成
要素には同一符号を付して説明を簡略化する。
【0024】分子線エピタキシー法では、原子フラック
スを発生させるためのエフュージョンセル401を用
い、ビスマス及びその他の構成元素をそれぞれ独立に供
給する。このエフュージョンセル401の出口にはシャ
ッタ402が設けてあり、原子フラックス量の制御は、
このシャッタ402の開閉度や開時間を調整したり、ま
たエフュージョンセル401の温度を調節したりして行
う。
【0025】また、融点が高い元素に対しては、エフュ
ージョンセル401の代わりに電子銃加熱型セルを使用
することもあり、その場合の原子フラックス量の制御
は、電子銃の出力を調節したり、その出口に設けたシャ
ッタの開閉度や開時間を調整することで行う。なお、原
子フラックスを供給する手段は分子線エピタキシー法に
適用できるものであれば何であってもよい。
【0026】図3の分子線エピタキシー装置を利用し
て、BiSrCaCu酸化物薄膜を作製した
実験結果を述べる。先ず第1段階として、土台301と
しての基板202の上に、上記のビスマスを構成元素に
含む多元系酸化物薄膜の結晶成長法によってBiSr
CuO酸化物薄膜302を結晶成長させた。
【0027】このときの環境温度T1は720℃とし
た。成長したBiSrCuO薄膜302の量は1
分子層の量とした。基板202には、SrTiOを用
いた。
【0028】第2段階として、BiSrCuO
膜302に含まれるストロンチウムの原子数の1/2の
量のカルシウム原子および同じく1/2の量の銅原子
を、BiSrCuO薄膜302の上に堆積し原子
堆積層303を形成した。ここで環境温度は720℃と
した。
【0029】第3段階として、BiSrCuO
膜302と原子堆積層303のカルシウム原子および銅
原子とを反応させることにより、BiSrCaCu
酸化物薄膜304を1分子層結晶成長させた。こ
のときの環境温度T3は780℃とした。
【0030】基板202の上に、ここで成長したBi
SrCaCu酸化物薄膜304を成長したもの
を土台301として、さらに上記第1ないし第3段階の
プロセスを行い、BiSrCaCu酸化物薄
膜304を1分子層結晶成長させた。これにより、基板
202上に2分子層のBiSrCaCu酸化
物薄膜304を結晶成長したことになる。このプロセス
を繰り返し、基板202上に10分子層を積層成長させ
た。得られた10分子層から成るBiSrCaCu
酸化物薄膜のX線回折図が図4であり、図4は単
一相のBiSrCaCu薄膜が生成している
ことを示している。
【0031】次に、図3の分子線エピタキシー装置を利
用してBiSrCaCu酸化物薄膜を作製し
た第2の例を説明する。この第2の例では、基板202
としてSrTiOを用い、結晶成長の環境温度は、第
1段階の環境温度T1を680℃、第2段階の環境温度
を同じく680℃、また第3段階の環境温度T3を78
0℃とし、BiSrCaCu酸化物薄膜30
4を6分子層結晶成長させた。得られた6分子層から成
るBiSrCaCu酸化物薄膜の電気抵抗の
温度依存性を図5に示す。BiSrCaCu
酸化物特有の超伝導転移が絶対温度約70Kで現れてい
ることが分かる。
【0032】さらに、図3の分子線エピタキシー装置を
利用してBiSrCaCu酸化物薄膜を作製
した第3の例を説明する。この第3の例では、基板20
2としてSrTiOを用い、第1段階の環境温度T
1、及び第2段階の環境温度をそれぞれ720℃とし、
第1段階でのBiSrCuO薄膜302の量は1
分子量とした。BiSrCuO薄膜302に含ま
れるストロンチウムの原子数と同じ量のカルシウム原
子、および同じく同じ量の銅原子を堆積したものを第2
段階の原子堆積層303とした。第3段階の環境温度を
810℃とした。この第1ないし第3段階のプロセスを
20回繰り返して20分子層のBiSrCaCu
10酸化物薄膜304を作製した。図6がこの第3
の例での作製薄膜のX線回折図であり、BiSr
Cu10が出来ていることを示している。
【0033】上記の第1段階乃至第3段階を繰り返すこ
とでBiSrCaCun+16+2n酸化物薄
膜304を積層させる場合、上記したように、異なった
整数nをもったものを設計通り随意に積み上げていくこ
ともできる。例えば、n=1のBiSrCaCu
酸化物薄膜を100分子層積み上げた後、n=7の
BiSrCaCu20酸化物薄膜を1分子層
積み上げ、これを繰り返して積層構造体を形成する2n
=1のBiSrCaCu酸化物薄膜は良好な
超伝導性を有し、n=7のBiSrCaCu
20酸化物薄膜は絶縁性を有しているので、その積層構
造体に通電することで、トンネル効果を発揮することと
なり、トンネル素子としても使用できるようになる。
【0034】以上述べたように、この発明に係る実施形
態では、BiSrCuO薄膜302の上に、その
BiSrCuO薄膜302に含まれるストロンチ
ウムの原子数のそれぞれn/2の量のカルシウム原子及
び銅原子を堆積し、反応させることで、BiSr
Cun+16+2n酸化物薄膜304を結晶成長
させるようにしたので、構成元素の一つであるビスマス
の組成の不足や過剰を防ぎながら、BiSrCa
Cun+16+2n酸化物薄膜304を成長させるこ
とができ、したがって、異相の生成や不純物の析出はほ
とんど発生せず、高品質のBiSrCaCu
n+16+2n酸化物薄膜304を得ることができ
る。また、第1段階で形成するBiSrCuO
膜302の量を1分子層量にすると、第3段階での反応
の量を少なくすることができ、したがって、結晶成長の
時間を短くすることができる。
【0035】また、nの値を1以上としたので、各種組
成比のBiSrCaCun+16+2n酸化物
薄膜304、例えば、BiSrCaCuだけ
でなく、BiSrCaCu10、BiSr
CaCu12等を作製することができ、多様な
超伝導物質を備えることができる。
【0036】また、この実施形態では、第3段階での環
境温度T3を第1段階の環境温度T1より高く設定した
ので、第3段階における反応が促進され、結晶成長の時
間を短くすることができる。
【0037】また、この温度設定は、T1をT3より低
く設定することでもある。ところで、第1段階におい
て、ビスマス元素がBiSrCuO薄膜302に
取り込まれる割合は、図7に示すように、成長温度が低
いほど高くなる性質を有している。したがって、第1段
階での成長温度(環境温度)T1を低く設定したことに
より、ビスマスが薄膜に取り込まれる割合を高くでき、
この点からも結晶成長に要する時間を短縮することがで
きる。
【0038】第1段階でBiSrCuO薄膜30
2の量は任意で適当量でよく、例えば5分子層と厚く形
成することで、BiSrCaCun+1
6+2n酸化物の薄膜の厚みを増すことができ、したが
って、超伝導性を示すn=1〜4の酸化物の場合、より
大きな超伝導電流を通電できるようになり、実用化の幅
をより広いものとすることができる。
【0039】また、第1段階、第2段階及び第3段階を
繰り返すことで、BrSrCaCun+1
6+2n酸化物薄膜304を積層させたので、超伝導性
を示すn=1〜4の酸化物の場合、上記の薄膜の厚みを
増した場合と同様に、より大きな超伝導電流を通電でき
るようになり、実用化の幅をより広いものとすることが
できる。
【0040】さらに、2層以上積層させたBrSr
CaCun+16+2n酸化物の薄膜304のう
ち、少なくと1層は他の層に対して異なるnの値を有す
るようにしたので、そのnの値を異なるものとすること
によって例えば超伝導性のものと絶縁性のものとを順次
積み上げてゆくこともでき、したがってトンネル効果を
発揮するような積層構造体とすることもできる。
【0041】上記の説明では、本発明のBiSr
Cun+16+2n酸化物薄膜304を成長させ
る気相成長法として分子線エピタキシーを適用したが、
他の気相成長法、例えば、レーザアブレーション法、ス
パッタリング法、あるいは化学気相成長(CVD)法も
同様に適用することができる。
【0042】
【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項1に記載の発明では、BiSrCuO酸化物薄
膜の上に、そのBiSrCuO酸化物薄膜に含ま
れるストロンチウムの原子数のそれぞれn/2の量のカ
ルシウム原子及び銅原子を堆積し、反応させることで、
BiSrCaCun+16+2n酸化物薄膜を
結晶成長させるようにしたので、構成元素の一つである
ビスマスの組成の不足や過剰を防ぎながら、BiSr
CaCun+16+2n酸化物薄膜を成長させる
ことができ、したがって、異相の生成や不純物の析出は
ほとんど発生せず、高品質のBiSrCaCu
n+16+2n酸化物薄膜を得ることができる。
【0043】また、第3段階での環境温度を第1段階の
環境温度より高く設定したので、第3段階における反応
が促進され、結晶成長の時間を短くすることができる。
【0044】この温度設定は、第1段階での環境温度を
第3段階での環境温度より低く設定することでもある。
第1段階において、ビスマス元素がBiSrCuO
酸化物薄膜に取り込まれる割合は、成長温度が低いほ
ど高くなる性質を有しているので、第1段階での環境温
度を低く設定したことにより、ビスマスが薄膜に取り込
まれる割合を高くでき、この点からも結晶成長に要する
時間を短縮することができる。
【0045】さらに、第1段階でBiSrCuO
酸化物薄膜の量は任意で適当量でよく、例えば5分子層
や8.7分子層と厚く形成することで、BiSr
Cun+16+2n酸化物の薄膜の厚みを増すこ
とができ、したがって、より大きな超伝導電流を通電で
きるようになり、実用化の幅をより広いものとすること
ができる。
【0046】また、請求項2に記載の発明では、第1段
階、第2段階及び第3段階を繰り返すことで、Br
CaCun+16+2n酸化物薄膜を積層させ
たので、上記の薄膜の厚みを増した場合と同様に、より
大きな超伝導電流を通電できるようになり、実用化の幅
をより広いものとすることができる。
【0047】また、請求項3に記載の発明では、2層以
上積層させたBrSrCaCun+16+2n
酸化物の薄膜のうち、少なくと1層は他の層に対して異
なるnの値を有するようにしたので、そのnの値を異な
るものとすることによって例えば超伝導性のものと絶縁
性のものとを順次積み上げてゆくこともでき、したがっ
てトンネル効果を発揮するような積層構造体とすること
もできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を実施するための装置構成を概略的に
示す図である。
【図2】本発明のBiSrCaCun+1
6+2n酸化物薄膜の結晶成長方法を説明するための図
であり、(a)はその第1段階を、(b)は第2段階
を、(c)は第3段階をそれぞれ示している。
【図3】本発明のBiSrCaCun+1
6+2n酸化物の薄膜を気相成長させる装置が分子線エ
ピタキシー装置である場合のその装置構成を概略的に示
す図である。
【図4】10分子層から成るBiSrCaCu
酸化物薄膜のX線回折図である。
【図5】6分子層から成るBiSrCaCu
酸化物薄膜の電気抵抗の温度依存性を示す図である。
【図6】20分子層のBiSrCaCu10
酸化物薄膜のX線回折図である。
【図7】成長温度とビスマス元素が薄膜に取り込まれる
割合との関係を示す図である。
【図8】ビスマスを構成元素に含む多元系酸化物薄膜の
従来の結晶成長法を利用して、BiSrCaCu
酸化物薄膜を結晶成長させたときの、供給したビス
マスの比率xと生成した薄膜中のビスマスの比率zの関
係を表すグラフである。
【符号の説明】
201 真空装置 202 基板 203 ヒータ 204 ガス導入手段 205 ビスマス元素の供給手段 206 ストロンチウム元素の供給手段 207 カルシウム元素の供給手段 208 銅元素の供給手段 301 結晶成長させるための土台 302 BiSrCuO薄膜 303 カルシウムと銅の原子堆積層 304 BiSrCaCun+16+2n
化物薄膜 401 エフュージョンセル 402 シャッタ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年4月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】本発明のBi2Sr2CanCun+16+2n
化物薄膜は、図2(a)乃至図2(c)に示す土台30
1の上に結晶成長される。土台301は図1に示す基板
202そのものであってもよい。その場合の基板202
としては、SrTiO3、NdGaO3、MgO、LaA
lO3などがあるが限定するものではない。また、土台
301は基板202の上にすでに気相成長法などで薄膜
を成長したものでもよい。特に、本発明におけるBi2
Sr2CanCun+16+2n酸化物薄膜を結晶成長した後
のものであってもよく、この方法を繰り返すことによっ
て、所定の厚さのBi2Sr2CanCun+16+2n酸化物
薄膜を結晶成長させることが出来るし、異なった整数n
をもったものを設計通り随意に積み上げていくこともで
きる。土台301は、Bi2Sr2CanCun+16+2n
化物と結晶格子の格子定数が近いものであれば、結晶成
長の品質が向上するので特に良く、また、Bi2Sr2
nCan +16+2n酸化物と原子の相互拡散が起こりにく
いものも結晶成長の品質が向上するので好ましい。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】また、第1段階でBi2Sr2CuO6薄膜
302の量は任意で適当量でよく、例えば5分子層と厚
く形成してもよい。また、8.7分子層のように、分子
層の整数でなくてもよい。ここで1分子層の量は、完
全平坦膜の厚さに換算するとBi2Sr2CuO6のc軸
長の半分で約1.2nmである。また、第1段階でBi
2Sr2CuO6薄膜302の量が1分子層であると、第
3段階での反応の量が少なく結晶成長の時間を短くする
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 39/02 H01L 39/02 B 39/24 39/24 B // C23C 14/08 C23C 14/08 L 14/28 14/28 14/34 14/34 Q

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気相成長法を用いてnが1以上の整数で
    あるBiSrCaCun+16+2n酸化物の
    薄膜を結晶成長させる酸化物薄膜の結晶成長方法におい
    て、 第1段階として成長環境をビスマスの単体酸化物は生成
    しないが目的の多元系酸化物は生成する条件に設定し、
    該成長環境にビスマスを他の元素より過剰に供給するこ
    とによって、ビスマスの不足を防止するとともに余分な
    ビスマスを薄膜から蒸発させることを特徴とするビスマ
    スを構成元素に含む多元系酸化物薄膜の結晶成長法によ
    って、BiSrCuO酸化物薄膜を任意の分子層
    量で結晶成長させ、 第2段階として前記BiSrCuO酸化物薄膜に
    含まれるストロンチウムの原子数のそれぞれn/2の量
    のカルシウム原子及び銅原子を前記BiSrCuO
    酸化物薄膜の上に堆積し、 第3段階として、当該第3段階での環境温度を第1段階
    での環境温度より高くなるように設定した状態で、前記
    BiSrCuO酸化物薄膜と前記堆積したカルシ
    ウム原子及び銅原子を反応させ、nが1以上の整数であ
    るBiSrCaCun+16+2n酸化物の薄
    膜を結晶成長させるようにした、 ことを特徴とする酸化物薄膜の結晶成長方法。
  2. 【請求項2】 前記第1段階、第2段階及び第3段階を
    繰り返すことで、前記nが1以上の整数であるBr
    CaCun+16+2n酸化物の薄膜を少なく
    とも2層以上積層させた、 ことを特徴とする請求項1に記載の酸化物薄膜の結晶成
    長方法。
  3. 【請求項3】 前記2層以上積層させたBrSr
    Cun+16+2n酸化物の薄膜のうち、少なく
    と1層は他の層に対して異なるnの値を有している、 ことを特徴とする請求項2に記載の酸化物薄膜の結晶成
    長方法。
  4. 【請求項4】 前記気相成長法が分子線エピタキシー法
    であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記
    載の酸化物薄膜の結晶成長方法。
  5. 【請求項5】 前記気相成長法がレーザーアブレーショ
    ン法であることを特徴とする請求項1から3のいずれか
    に記載の酸化物薄膜の結晶成長方法。
  6. 【請求項6】 前記気相成長法がスパッタリング法であ
    ることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の
    酸化物薄膜の結晶成長方法。
  7. 【請求項7】 前記気相成長法が化学気相成長(CV
    D)法であることを特徴とする請求項1から3のいずれ
    かに記載の酸化物薄膜の結晶成長方法。
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