JPH11346010A - 光検出素子 - Google Patents
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- JPH11346010A JPH11346010A JP11052078A JP5207899A JPH11346010A JP H11346010 A JPH11346010 A JP H11346010A JP 11052078 A JP11052078 A JP 11052078A JP 5207899 A JP5207899 A JP 5207899A JP H11346010 A JPH11346010 A JP H11346010A
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-
- G—PHYSICS
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導体薄膜と強磁性体薄膜を積層すること
により、超高速、高感度の光検出素子を提供する。 【解決手段】 光検出素子が、基板上に形成された強磁
性体薄膜と高温超電導体薄膜とが、絶縁体薄膜を介し
て、各々の層が少なくとも１層以上、積層された光検出
部と、該光検出部に接続配置された電極とを具備するこ
とを特徴とする。
により、超高速、高感度の光検出素子を提供する。 【解決手段】 光検出素子が、基板上に形成された強磁
性体薄膜と高温超電導体薄膜とが、絶縁体薄膜を介し
て、各々の層が少なくとも１層以上、積層された光検出
部と、該光検出部に接続配置された電極とを具備するこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光検出素子に関す
るものであり、特に、高温超電導体薄膜と強磁性体薄膜
の積層膜を用いた超高速、高感度な光検出素子に関す
る。
るものであり、特に、高温超電導体薄膜と強磁性体薄膜
の積層膜を用いた超高速、高感度な光検出素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、大容量の情報を高速に処理するた
めに、光通信と超高速スイッチを結合させたネットワー
クシステムの研究開発が活発に進められている。超高速
のスイッチ素子としては、超電導体の単一磁束量子（Ｓ
ＦＱ：Single Flux Quantum）を用いた素子が開発され
ており、１００Ｇｂ／ｓの処理速度が可能である。この
ような超高速のＳＦＱ素子と光通信とを結合させるため
に、現在は、光ファイバと半導体光検出素子（フォトダ
イオード）が用いられている。
めに、光通信と超高速スイッチを結合させたネットワー
クシステムの研究開発が活発に進められている。超高速
のスイッチ素子としては、超電導体の単一磁束量子（Ｓ
ＦＱ：Single Flux Quantum）を用いた素子が開発され
ており、１００Ｇｂ／ｓの処理速度が可能である。この
ような超高速のＳＦＱ素子と光通信とを結合させるため
に、現在は、光ファイバと半導体光検出素子（フォトダ
イオード）が用いられている。
【０００３】しかしながら、半導体による光検出素子
は、光に対する応答速度が十分でなく、さらに、超電導
体で形成されるＳＦＱ素子と同一基板に形成することが
困難であるという問題点を有していた。すなわち、超電
導体からなるＳＦＱ素子と同一基板に形成できないた
め、光検出素子からＳＦＱ素子までの信号伝送の距離が
長くなり、Ｓ／Ｎ比や速度が減少していた。
は、光に対する応答速度が十分でなく、さらに、超電導
体で形成されるＳＦＱ素子と同一基板に形成することが
困難であるという問題点を有していた。すなわち、超電
導体からなるＳＦＱ素子と同一基板に形成できないた
め、光検出素子からＳＦＱ素子までの信号伝送の距離が
長くなり、Ｓ／Ｎ比や速度が減少していた。
【０００４】一方、高温超電導体が光に対して、極めて
高速応答することは、以前より注目され、超高速光検出
素子への応用が期待されてきた（たとえば、Hegmann et
al., Appl.Phys.Lett.,Vol.67,(1995), pp.285 ）。
高速応答することは、以前より注目され、超高速光検出
素子への応用が期待されてきた（たとえば、Hegmann et
al., Appl.Phys.Lett.,Vol.67,(1995), pp.285 ）。
【０００５】さらに、高温超電導体とペロブスカイト型
マンガン酸化物との積層は、結晶構造が似ていること、
格子定数が近いこと等から、以前より新たな物性を目指
した検討がなされてきた（Chahara et al., Appl. Phy
s. Lett. Vol.62, (1993) pp.780）。最近では、この積
層構造を基本として、高温超電導体とスピン偏極率の大
きな強磁性体であるペロブスカイト型マンガン酸化物と
の間にペロブスカイト型絶縁体酸化膜を挟み、強磁性体
から超電導体にスピン偏極した準粒子を注入すること
で、増幅率の大きな３端子デバイスが可能となることが
報告されている（たとえば、Vas'ko et al.,Phys. Rev.
Lett., Vol. 78, (1997) pp.1134）。
マンガン酸化物との積層は、結晶構造が似ていること、
格子定数が近いこと等から、以前より新たな物性を目指
した検討がなされてきた（Chahara et al., Appl. Phy
s. Lett. Vol.62, (1993) pp.780）。最近では、この積
層構造を基本として、高温超電導体とスピン偏極率の大
きな強磁性体であるペロブスカイト型マンガン酸化物と
の間にペロブスカイト型絶縁体酸化膜を挟み、強磁性体
から超電導体にスピン偏極した準粒子を注入すること
で、増幅率の大きな３端子デバイスが可能となることが
報告されている（たとえば、Vas'ko et al.,Phys. Rev.
Lett., Vol. 78, (1997) pp.1134）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
光検出素子を半導体ではなく、超電導体で形成するとい
う観点から研究を進めた。特に、酸化物高温超電導体
は、光に対する応答速度が速く、１００Ｇｂ／ｓ以上の
光応答が可能であると予測され、従来からも、活発な研
究がなされている。◆しかしながら、高温超電導体の光
に対する電圧感度は小さいため、光の入射に応答して生
じる電気信号が小さいという問題があった。
光検出素子を半導体ではなく、超電導体で形成するとい
う観点から研究を進めた。特に、酸化物高温超電導体
は、光に対する応答速度が速く、１００Ｇｂ／ｓ以上の
光応答が可能であると予測され、従来からも、活発な研
究がなされている。◆しかしながら、高温超電導体の光
に対する電圧感度は小さいため、光の入射に応答して生
じる電気信号が小さいという問題があった。
【０００７】そこで、本発明は、かかる課題を解決する
ためになされたものであり、超電導体薄膜と強磁性体薄
膜を積層することにより、超高速、高感度の光検出素子
を提供することを目的とする。
ためになされたものであり、超電導体薄膜と強磁性体薄
膜を積層することにより、超高速、高感度の光検出素子
を提供することを目的とする。
【０００８】また、良好な超電導体薄膜、強磁性体薄
膜、絶縁体薄膜の積層化技術の開発によって、超電導体
薄膜から強磁性体薄膜への絶縁体薄膜のリークを介した
スピン偏極キャリアの注入効果を抑え、磁束のみが関与
するような素子構造の光検出素子を提供することをも目
的とする。
膜、絶縁体薄膜の積層化技術の開発によって、超電導体
薄膜から強磁性体薄膜への絶縁体薄膜のリークを介した
スピン偏極キャリアの注入効果を抑え、磁束のみが関与
するような素子構造の光検出素子を提供することをも目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光検出素
子は、超電導体と強磁性体との相互作用について、本願
発明者らが、鋭意検討を重ねた結果、強磁性体と超電導
体とを近接して配置すると、強磁性体の磁場が超電導体
に作用し、超電導体におけるクーパーペアの分離により
生じた準粒子の再結合時間が長くなり、その結果、入射
光に対する電圧感度が大きくなることを見出し、初めて
可能となったものである。
子は、超電導体と強磁性体との相互作用について、本願
発明者らが、鋭意検討を重ねた結果、強磁性体と超電導
体とを近接して配置すると、強磁性体の磁場が超電導体
に作用し、超電導体におけるクーパーペアの分離により
生じた準粒子の再結合時間が長くなり、その結果、入射
光に対する電圧感度が大きくなることを見出し、初めて
可能となったものである。
【００１０】まず、光検出素子の応答速度について考察
する。光検出素子の応答速度は、光が照射されることに
よって生成される準粒子の再結合時間τの逆数、１／τ
で表すことができる。
する。光検出素子の応答速度は、光が照射されることに
よって生成される準粒子の再結合時間τの逆数、１／τ
で表すことができる。
【００１１】すなわち、超電導状態におけるクーパーペ
アの分離が起こり、準粒子が生成され、その再結合にか
かる時間τによって決定される。さらに、その光検出素
子の応答速度１／τは、超電導体の臨界温度Ｔｃの３乗
に比例するため、超電導体が高温超電導体であれば、高
速応答することになる。
アの分離が起こり、準粒子が生成され、その再結合にか
かる時間τによって決定される。さらに、その光検出素
子の応答速度１／τは、超電導体の臨界温度Ｔｃの３乗
に比例するため、超電導体が高温超電導体であれば、高
速応答することになる。
【００１２】しかしながら、そのクーパーペアの分離か
ら準粒子の再結合するまでの時間は、極めて短いため、
通常、その信号を検出することが極めて困難である。
ら準粒子の再結合するまでの時間は、極めて短いため、
通常、その信号を検出することが極めて困難である。
【００１３】ここで、電圧感度について考察する。光照
射によって、クーパーペアが分離し、準粒子が生成する
と、下式（１）に示すように、準粒子密度ｎに比例し
て、超電導体のエネルギーギャップ２Δが減少する。
射によって、クーパーペアが分離し、準粒子が生成する
と、下式（１）に示すように、準粒子密度ｎに比例し
て、超電導体のエネルギーギャップ２Δが減少する。
【００１４】δ（２Δ）＝−ｎ／Ｎ ……（１） ここで、Ｎは超電導体のフェルミレベルでの状態密度で
ある。
ある。
【００１５】このように、エネルギーギャップが減少す
ると、臨界電流密度Ｊｃが減少するため、定電流で動作
させると、電圧が発生する。すなわち、準粒子密度ｎが
大きければ、発生する電圧は大きくなる。
ると、臨界電流密度Ｊｃが減少するため、定電流で動作
させると、電圧が発生する。すなわち、準粒子密度ｎが
大きければ、発生する電圧は大きくなる。
【００１６】次に、準粒子密度ｎについて考察する。準
粒子密度ｎは、光の強度Ｉと超電導体の膜厚ｔ、準粒子
の寿命τを用いて、下式（２）のように表される。
粒子密度ｎは、光の強度Ｉと超電導体の膜厚ｔ、準粒子
の寿命τを用いて、下式（２）のように表される。
【００１７】ｎ＝Ｉτ／ｔ …… （２） すなわち、準粒子の寿命τが大きくなれば、準粒子密度
ｎが大きくなり、従って、エネルギーギャップの減少に
より、電圧が大きくなる。
ｎが大きくなり、従って、エネルギーギャップの減少に
より、電圧が大きくなる。
【００１８】そこで、本願発明者らは、磁界を印加する
ことにより、準粒子のスピンを反転させ、寿命τを長く
できることにより、電圧を増大させ得ることを見いだし
た。そのためには、強磁性体を超電導体に隣接させるこ
とにより、その磁性で準粒子の再結合時間を長くし、そ
の信号強度を大きくすることが重要となる。
ことにより、準粒子のスピンを反転させ、寿命τを長く
できることにより、電圧を増大させ得ることを見いだし
た。そのためには、強磁性体を超電導体に隣接させるこ
とにより、その磁性で準粒子の再結合時間を長くし、そ
の信号強度を大きくすることが重要となる。
【００１９】さらに、超電導体と強磁性体との間で電荷
の移動が起こる（導通する）と、近接効果により、超電
導体薄膜の劣化が起こる。よって、超電導体と強磁性体
との間に絶縁物を介入させることが重要となる。
の移動が起こる（導通する）と、近接効果により、超電
導体薄膜の劣化が起こる。よって、超電導体と強磁性体
との間に絶縁物を介入させることが重要となる。
【００２０】そこで、上記目的を達成するために、本願
請求項１記載の発明にかかる光検出素子は、基板上に形
成された強磁性体薄膜と高温超電導体薄膜とが、絶縁体
薄膜を介して、各々の層が少なくとも１層、積層された
光検出部と、該光検出部に接続配置された電極とを具備
することを特徴とする。
請求項１記載の発明にかかる光検出素子は、基板上に形
成された強磁性体薄膜と高温超電導体薄膜とが、絶縁体
薄膜を介して、各々の層が少なくとも１層、積層された
光検出部と、該光検出部に接続配置された電極とを具備
することを特徴とする。
【００２１】このように構成することにより、上記理由
により電圧感度が向上する。なお、本構成では、高温超
電導体本来の応答速度が若干犠牲となるが、高温超電導
体は、本来十分速い応答速度を持つため、この程度の速
度減少は大きな問題とはならない。
により電圧感度が向上する。なお、本構成では、高温超
電導体本来の応答速度が若干犠牲となるが、高温超電導
体は、本来十分速い応答速度を持つため、この程度の速
度減少は大きな問題とはならない。
【００２２】さらに、本願請求項２記載の発明にかかる
光検出素子は、前記光検出部において、前記強磁性体薄
膜の磁性が高温超電導体薄膜に作用し、高温超電導体薄
膜に光が入射することによるクーパーペアの分離から再
結合までの時間を長くするように、強磁性体薄膜と高温
超電導体薄膜とが近接配置されたことを特徴とする。
光検出素子は、前記光検出部において、前記強磁性体薄
膜の磁性が高温超電導体薄膜に作用し、高温超電導体薄
膜に光が入射することによるクーパーペアの分離から再
結合までの時間を長くするように、強磁性体薄膜と高温
超電導体薄膜とが近接配置されたことを特徴とする。
【００２３】また、超電導体薄膜に光が入射できるよう
にするために、本願請求項３記載の発明にかかる光検出
素子は、前記光検出部において、入射される光に対し前
記強磁性体薄膜が、透明であるような膜厚であることを
特徴とする。◆また、本願請求項4記載の発明にかかる
光検出素子は、前記絶縁体薄膜上に形成された前記超電
導体薄膜が、ミアンダ構造であることを特徴とする。
にするために、本願請求項３記載の発明にかかる光検出
素子は、前記光検出部において、入射される光に対し前
記強磁性体薄膜が、透明であるような膜厚であることを
特徴とする。◆また、本願請求項4記載の発明にかかる
光検出素子は、前記絶縁体薄膜上に形成された前記超電
導体薄膜が、ミアンダ構造であることを特徴とする。
【００２４】また、現在、高温超電導体のその多くは酸
化物であるため、格子の整合や、酸素の相互拡散の面か
ら、強磁性体薄膜の酸化物であることが好ましい。ま
た、同様のことが、超電導体薄膜と強磁性体薄膜の間に
介在する絶縁体薄膜についても成立し、同様に酸化物絶
縁体が好ましい。
化物であるため、格子の整合や、酸素の相互拡散の面か
ら、強磁性体薄膜の酸化物であることが好ましい。ま
た、同様のことが、超電導体薄膜と強磁性体薄膜の間に
介在する絶縁体薄膜についても成立し、同様に酸化物絶
縁体が好ましい。
【００２５】そこで、本願請求項５記載の発明にかかる
光検出素子は、前記高温超電導体薄膜が酸化物高温超電
導体薄膜であり、前記強磁性体薄膜が酸化物強磁性体薄
膜であり、前記絶縁体薄膜が酸化物絶縁体薄膜であるこ
とを特徴とする。
光検出素子は、前記高温超電導体薄膜が酸化物高温超電
導体薄膜であり、前記強磁性体薄膜が酸化物強磁性体薄
膜であり、前記絶縁体薄膜が酸化物絶縁体薄膜であるこ
とを特徴とする。
【００２６】このように構成することにより、酸化物超
電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜との格子整合がとれた
積層薄膜が得られる。さらに、酸化物絶縁体薄膜によ
り、酸化物超電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜の間の近
接効果による電子状態のしみだしを抑制することができ
超電導体の特性劣化を防ぐことができる。これにより、
応答速度が速く、かつ電圧感度が高い光検出部を形成す
ることができる。
電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜との格子整合がとれた
積層薄膜が得られる。さらに、酸化物絶縁体薄膜によ
り、酸化物超電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜の間の近
接効果による電子状態のしみだしを抑制することができ
超電導体の特性劣化を防ぐことができる。これにより、
応答速度が速く、かつ電圧感度が高い光検出部を形成す
ることができる。
【００２７】さらに、好ましくは、本願請求項６記載の
発明のように、前記酸化物超電導体薄膜が、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-X薄膜であり、前記酸化物強磁性体薄膜が、
(Ｒ，Ａ）ＭｎＯ3（Ｒ＝Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ：Ａ＝Ｃａ，
Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）で表される複合ペロブスカイト型マ
ンガン酸化物薄膜であり、前記絶縁体薄膜が、ＳｒＴｉ
Ｏ 3薄膜であることを特徴とする。
発明のように、前記酸化物超電導体薄膜が、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-X薄膜であり、前記酸化物強磁性体薄膜が、
(Ｒ，Ａ）ＭｎＯ3（Ｒ＝Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ：Ａ＝Ｃａ，
Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）で表される複合ペロブスカイト型マ
ンガン酸化物薄膜であり、前記絶縁体薄膜が、ＳｒＴｉ
Ｏ 3薄膜であることを特徴とする。
【００２８】このように構成することにより、格子整合
のとれた積層薄膜が得られ、応答速度が速く、電圧感度
が高い光検出部が形成できる。
のとれた積層薄膜が得られ、応答速度が速く、電圧感度
が高い光検出部が形成できる。
【００２９】また、本願光検出素子の製造方法は、基板
上において、強磁性体薄膜と高温超電導体薄膜を絶縁体
薄膜を介して交互に積層して光検出部を作製する工程
と、前記光検出部の両端に電極を形成する工程とを含む
こと特徴とする。このようにして製造することにより、
酸化物超電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜の積層膜を、
組成のずれを起こさずに効率よく製造できる。
上において、強磁性体薄膜と高温超電導体薄膜を絶縁体
薄膜を介して交互に積層して光検出部を作製する工程
と、前記光検出部の両端に電極を形成する工程とを含む
こと特徴とする。このようにして製造することにより、
酸化物超電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜の積層膜を、
組成のずれを起こさずに効率よく製造できる。
【００３０】さらに、前記酸化物強磁性体薄膜と酸化物
超電導体薄膜を絶縁体薄膜を介して交互に積層した薄膜
に光を入射する手段として、光ファイバなどを用いるこ
とができる。光ファイバを用いた場合、伝搬される高速
・大容量の情報を検出して処理する光通信システムを形
成することが可能となる。
超電導体薄膜を絶縁体薄膜を介して交互に積層した薄膜
に光を入射する手段として、光ファイバなどを用いるこ
とができる。光ファイバを用いた場合、伝搬される高速
・大容量の情報を検出して処理する光通信システムを形
成することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を用
いて実施形態により詳細に説明する。◆図１（ａ）は、
本発明における第１の実施形態としての光検出素子の構
造図であり、図１（ｂ）は、光検出素子のうち光検出部
について拡大した構造断面図である。図１（ｂ）に示す
ように、光検出部は、高温超電導体薄膜１１として、そ
の酸化物であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、強磁性体薄膜１２
として、その酸化物であるＬａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3薄
膜、絶縁体薄膜１３として、その酸化物であるＳｒＴｉ
Ｏ3、基板１４としてＳｒＴｉＯ3を用い、各々の薄膜が
順次積層されたものである。ここでの、強磁性体薄膜１
２のＬａ1-XＳｒXＭｎＯ3はＸ＜０．１７５では、絶縁
体としてふるまい、たとえばｘ＝０．１において７７Ｋ
での抵抗率は１０5Ω・ｃｍにも達する強磁性絶縁体と
なる。
いて実施形態により詳細に説明する。◆図１（ａ）は、
本発明における第１の実施形態としての光検出素子の構
造図であり、図１（ｂ）は、光検出素子のうち光検出部
について拡大した構造断面図である。図１（ｂ）に示す
ように、光検出部は、高温超電導体薄膜１１として、そ
の酸化物であるＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、強磁性体薄膜１２
として、その酸化物であるＬａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3薄
膜、絶縁体薄膜１３として、その酸化物であるＳｒＴｉ
Ｏ3、基板１４としてＳｒＴｉＯ3を用い、各々の薄膜が
順次積層されたものである。ここでの、強磁性体薄膜１
２のＬａ1-XＳｒXＭｎＯ3はＸ＜０．１７５では、絶縁
体としてふるまい、たとえばｘ＝０．１において７７Ｋ
での抵抗率は１０5Ω・ｃｍにも達する強磁性絶縁体と
なる。
【００３２】本実施形態における素子構造において、積
層構造の端面より、電極を形成するため、強磁性体薄膜
に電荷を与えないことが重要である。その第1の方法と
して、強磁性体薄膜材料そのものの特性を利用する、す
なわち、組成比を変えることにより、金属的振る舞いを
するのでなく、絶縁体として作用する強磁性薄膜を選択
する方法が好適に利用できる。さらなる第2の方法とし
て、光検出素子の端面のうち、強磁性体薄膜に接する部
分にのみ電極との導通をさせない素子構造を微細加工技
術により形成し、端面からの電荷を与えないようにする
ことも有効である。
層構造の端面より、電極を形成するため、強磁性体薄膜
に電荷を与えないことが重要である。その第1の方法と
して、強磁性体薄膜材料そのものの特性を利用する、す
なわち、組成比を変えることにより、金属的振る舞いを
するのでなく、絶縁体として作用する強磁性薄膜を選択
する方法が好適に利用できる。さらなる第2の方法とし
て、光検出素子の端面のうち、強磁性体薄膜に接する部
分にのみ電極との導通をさせない素子構造を微細加工技
術により形成し、端面からの電荷を与えないようにする
ことも有効である。
【００３３】以下、本実施形態における光検出素子の製
造方法について述べる。上記ＹＢａ 2Ｃｕ3Ｏ7-X薄膜、
Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3薄膜、ＳｒＴｉＯ3薄膜はレーザ
ー蒸着法によって形成した。すなわち、基板としてＳｒ
ＴｉＯ3（００１）単結晶を用い、固相反応法で作製し
たＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3、ＳｒＴ
ｉＯ3焼結体をターゲットにして、エキシマレーザー
（ＫｒＦ：２４８ｎｍ）を照射して基板上に薄膜を形成
する。レーザーの強度は、２Ｊ／ｃｍ2とし、基板の温
度は８００oＣとした。薄膜作製時に酸素を導入し、酸
素分圧を４００ｍＴｏｒｒとした。
造方法について述べる。上記ＹＢａ 2Ｃｕ3Ｏ7-X薄膜、
Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3薄膜、ＳｒＴｉＯ3薄膜はレーザ
ー蒸着法によって形成した。すなわち、基板としてＳｒ
ＴｉＯ3（００１）単結晶を用い、固相反応法で作製し
たＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3、ＳｒＴ
ｉＯ3焼結体をターゲットにして、エキシマレーザー
（ＫｒＦ：２４８ｎｍ）を照射して基板上に薄膜を形成
する。レーザーの強度は、２Ｊ／ｃｍ2とし、基板の温
度は８００oＣとした。薄膜作製時に酸素を導入し、酸
素分圧を４００ｍＴｏｒｒとした。
【００３４】まず、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、Ｌａ0.9Ｓｒ
0.1ＭｎＯ3、ＳｒＴｉＯ3を、それぞれ個別に形成して
作製した薄膜の材料特性を調べた。作製したそれぞれの
薄膜は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散
乱（ＲＢＳ）、誘導結合プラズマ分光（ＩＣＰ）等で組
成を分析した結果、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３、Ｌ
ａ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．９：０．１：１、Ｓｒ：Ｔｉ＝
１：１の組成であり、ターゲット組成と同一組成の薄膜
が得られた。また、Ｘ線回折測定の結果、作製したこれ
らの薄膜は、各々がＳｒＴｉＯ3基板にエピタキシャル
成長した良質な薄膜であることがわかった。
0.1ＭｎＯ3、ＳｒＴｉＯ3を、それぞれ個別に形成して
作製した薄膜の材料特性を調べた。作製したそれぞれの
薄膜は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散
乱（ＲＢＳ）、誘導結合プラズマ分光（ＩＣＰ）等で組
成を分析した結果、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３、Ｌ
ａ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．９：０．１：１、Ｓｒ：Ｔｉ＝
１：１の組成であり、ターゲット組成と同一組成の薄膜
が得られた。また、Ｘ線回折測定の結果、作製したこれ
らの薄膜は、各々がＳｒＴｉＯ3基板にエピタキシャル
成長した良質な薄膜であることがわかった。
【００３５】上記の作製条件で、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、
ＳｒＴｉＯ3、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ 3の各々のターゲッ
トに、交互にレーザーを照射して、酸化物超電導体薄膜
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Xと酸化物強磁性体薄膜Ｌａ0.9Ｓｒ
0.1ＭｎＯ3を、酸化物絶縁体薄膜ＳｒＴｉＯ3を介し
て、所望の層数だけ積層した。各層の膜厚は、それぞ
れ、約２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍとし、超電導体薄膜
／強磁性体薄膜を１ユニットとして、全体で１０ユニッ
トの積層膜を作製した。この結果、全体の膜厚として４
００ｎｍの積層膜を形成した。積層薄膜形成後、５００
Ｔｏｒｒの酸素雰囲気で室温まで冷却した。
ＳｒＴｉＯ3、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ 3の各々のターゲッ
トに、交互にレーザーを照射して、酸化物超電導体薄膜
ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Xと酸化物強磁性体薄膜Ｌａ0.9Ｓｒ
0.1ＭｎＯ3を、酸化物絶縁体薄膜ＳｒＴｉＯ3を介し
て、所望の層数だけ積層した。各層の膜厚は、それぞ
れ、約２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍとし、超電導体薄膜
／強磁性体薄膜を１ユニットとして、全体で１０ユニッ
トの積層膜を作製した。この結果、全体の膜厚として４
００ｎｍの積層膜を形成した。積層薄膜形成後、５００
Ｔｏｒｒの酸素雰囲気で室温まで冷却した。
【００３６】このようにして作製した積層膜を、光検出
部の形状に加工するために、フォトレジスト（ＡＺ−１
５１８）で保護し、保護されていない部分をＡｒイオン
ビームで除去した。さらに、その後、再びフォトレジス
トで保護し、電極を形成する部分だけレジストを除去
し、Ａｇ薄膜を蒸着して、その後にリフトオフの手法
で、電極以外のＡｇ薄膜を除去し、電極を形成した。
部の形状に加工するために、フォトレジスト（ＡＺ−１
５１８）で保護し、保護されていない部分をＡｒイオン
ビームで除去した。さらに、その後、再びフォトレジス
トで保護し、電極を形成する部分だけレジストを除去
し、Ａｇ薄膜を蒸着して、その後にリフトオフの手法
で、電極以外のＡｇ薄膜を除去し、電極を形成した。
【００３７】上記工程により、図１（ａ）に示すような
形状で、Ａｇ薄膜で電極１５を形成し、さらに、電極１
５上に、超音波を用いたワイヤボンディングにより、電
流端子１６、電圧端子１７を形成した。ここで、光検出
部の光が照射される面積は、１０μｍ×１０μｍとし
た。
形状で、Ａｇ薄膜で電極１５を形成し、さらに、電極１
５上に、超音波を用いたワイヤボンディングにより、電
流端子１６、電圧端子１７を形成した。ここで、光検出
部の光が照射される面積は、１０μｍ×１０μｍとし
た。
【００３８】次に、上記工程により得られた光検出素子
の電圧感度を、液体窒素温度７７Ｋで評価した。光検出
素子の電流端子１６に、１０ｍＡの定電流を流した状態
で、光源として波長８００ｎｍのレーザダイオードを用
い、光ファイバ１８を通して光を照射した。照射する光
の強度を変化させて、電圧端子１７間の電圧を測定した
結果、図２に示す特性が得られた。ここで、図２は入射
光強度を横軸にとり、電圧端子１７間の出力電圧を縦軸
に取ったグラフである。この図より解るように、本実施
形態における光検出素子の電圧感度は２０Ｖ／Ｗで、高
い電圧感度を有していた。
の電圧感度を、液体窒素温度７７Ｋで評価した。光検出
素子の電流端子１６に、１０ｍＡの定電流を流した状態
で、光源として波長８００ｎｍのレーザダイオードを用
い、光ファイバ１８を通して光を照射した。照射する光
の強度を変化させて、電圧端子１７間の電圧を測定した
結果、図２に示す特性が得られた。ここで、図２は入射
光強度を横軸にとり、電圧端子１７間の出力電圧を縦軸
に取ったグラフである。この図より解るように、本実施
形態における光検出素子の電圧感度は２０Ｖ／Ｗで、高
い電圧感度を有していた。
【００３９】次に、本実施形態における光検出素子の光
に対する応答速度を評価した。応答速度は、液体ヘリウ
ム温度４.２Ｋで測定した。応答速度の評価のために、
光源として、Ｔｉ：サファイアのレーザ（波長８００ｎ
ｍ）を使用して、光ファイバ１８を通して光検出素子に
照射した。超高速応答の評価のために、Ｎｂ/ＡlＯX/Ｎ
ｂのジョセフソン接合を用いたパルスサンプリングの手
法（参考：超高速ジョセフソンデバイス(培風館),ｐ28
2）を用いた。すなわち、直流サンプリング法で用いた
直流印加電流の上に、ジョセフソンゲートで発生させた
極めて幅の狭いパルスを重畳させ、被測定信号をサンプ
リングする手法である。この結果、時間分解能として
８.５ｐｓｅｃの値が得られた。すなわち、応答速度と
して、１１７ＧＨｚが可能であることが分かった。
に対する応答速度を評価した。応答速度は、液体ヘリウ
ム温度４.２Ｋで測定した。応答速度の評価のために、
光源として、Ｔｉ：サファイアのレーザ（波長８００ｎ
ｍ）を使用して、光ファイバ１８を通して光検出素子に
照射した。超高速応答の評価のために、Ｎｂ/ＡlＯX/Ｎ
ｂのジョセフソン接合を用いたパルスサンプリングの手
法（参考：超高速ジョセフソンデバイス(培風館),ｐ28
2）を用いた。すなわち、直流サンプリング法で用いた
直流印加電流の上に、ジョセフソンゲートで発生させた
極めて幅の狭いパルスを重畳させ、被測定信号をサンプ
リングする手法である。この結果、時間分解能として
８.５ｐｓｅｃの値が得られた。すなわち、応答速度と
して、１１７ＧＨｚが可能であることが分かった。
【００４０】比較例として、光検出部として酸化物超電
導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Xの単層膜を用いた以外は、上記
実施形態と同様にして光検出素子を作製した。上記実施
形態と同様に評価した結果、電圧感度として３Ｖ／Ｗが
得られた。この結果から、本願発明により、電圧感度が
大きく向上できることが分かった。
導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Xの単層膜を用いた以外は、上記
実施形態と同様にして光検出素子を作製した。上記実施
形態と同様に評価した結果、電圧感度として３Ｖ／Ｗが
得られた。この結果から、本願発明により、電圧感度が
大きく向上できることが分かった。
【００４１】図３は、本発明における第２の実施形態と
しての光検出素子の構造断面図である。図３に示すよう
に、光検出部は、高温超電導体薄膜２１として、その酸
化物であるＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、強磁性体薄膜２２と
して、その酸化物であるＬａ0 .67Ｃａ0.33ＭｎＯ3薄
膜、絶縁体薄膜２３として、その酸化物であるＬａＡｌ
Ｏ 3、基板２４としてＬａＡｌＯ3を用いた。
しての光検出素子の構造断面図である。図３に示すよう
に、光検出部は、高温超電導体薄膜２１として、その酸
化物であるＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X、強磁性体薄膜２２と
して、その酸化物であるＬａ0 .67Ｃａ0.33ＭｎＯ3薄
膜、絶縁体薄膜２３として、その酸化物であるＬａＡｌ
Ｏ 3、基板２４としてＬａＡｌＯ3を用いた。
【００４２】製造方法は実施形態１で述べたレーザ蒸着
法を用いて形成した。すなわち、基板としてＬａＡｌＯ
3（００１）単結晶を用い、固相反応法で作製したＮｄ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-X（ＹＢＣＯ）、Ｌａ0.67Ｃａ0.33Ｍｎ
Ｏ3（ＬＣＭＯ）、ＬａＡｌＯ3（ＬＡＯ）焼結体をター
ゲットにして、レーザーを照射して基板上にＬＣＭＯ、
ＬＡＯ、ＮＢＣＯの順に薄膜を形成した。それぞれの厚
さは、１００ｎｍ、５ｎｍ、５０ｎｍであった。レーザ
ーの強度は、２Ｊ／ｃｍ2とし、基板の温度は８００oＣ
とした。ＹＢＣＯの上には、Ａｇ電極を同様の方法で形
成し、電圧及び電流端子をつけて測定を行った結果、
１．３mｍの半導体レーザに対して電圧感度１７Ｖ／Ｗ
が得られた。また、チタンサファイアレーザを用いた応
答速度の測定でも１０ｐｓの値が得られた。
法を用いて形成した。すなわち、基板としてＬａＡｌＯ
3（００１）単結晶を用い、固相反応法で作製したＮｄ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-X（ＹＢＣＯ）、Ｌａ0.67Ｃａ0.33Ｍｎ
Ｏ3（ＬＣＭＯ）、ＬａＡｌＯ3（ＬＡＯ）焼結体をター
ゲットにして、レーザーを照射して基板上にＬＣＭＯ、
ＬＡＯ、ＮＢＣＯの順に薄膜を形成した。それぞれの厚
さは、１００ｎｍ、５ｎｍ、５０ｎｍであった。レーザ
ーの強度は、２Ｊ／ｃｍ2とし、基板の温度は８００oＣ
とした。ＹＢＣＯの上には、Ａｇ電極を同様の方法で形
成し、電圧及び電流端子をつけて測定を行った結果、
１．３mｍの半導体レーザに対して電圧感度１７Ｖ／Ｗ
が得られた。また、チタンサファイアレーザを用いた応
答速度の測定でも１０ｐｓの値が得られた。
【００４３】次に、光検出素子の超電導層として通常の
超電導薄膜を用いる代わりに、ミアンダ構造に加工した
超電導薄膜を用いた以外は、第2の実施形態と同様に形
成された光検出素子である第3の実施形態について、図
４を用いて説明する。図４は、本実施形態における光検
出素子の構造平面図及び断面図である。図４に示すよう
に、光検出部は、高温超電導体薄膜２６としてＮｄＢａ
2Ｃｕ3Ｏ7-X、強磁性体薄膜２８としてＮｄ0.67Ｃａ
0.33ＭｎＯ3薄膜、絶縁体薄膜２７として、ＳｒＴｉ
Ｏ3、基板２９としてＬＳＡＴ：ＬａＡｌＯ3−Ｓｒ2Ａ
ｌＴａＯ6（００１）単結晶基板を用いた。製造方法は
実施形態１で述べたレーザ蒸着法を用いて形成した。す
なわち、基板としてＬａＡｌＯ3（００１）単結晶を用
い、固相反応法で作製したＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X（ＹＢ
ＣＯ）、Ｌａ0.67Ｃａ0.33ＭｎＯ3（ＬＣＭＯ）、Ｌａ
ＡｌＯ3（ＬＡＯ）焼結体をターゲットにして、レーザ
ーを照射して基板上にＬＣＭＯ、ＬＡＯ、ＮＢＣＯの順
に薄膜を形成した。
超電導薄膜を用いる代わりに、ミアンダ構造に加工した
超電導薄膜を用いた以外は、第2の実施形態と同様に形
成された光検出素子である第3の実施形態について、図
４を用いて説明する。図４は、本実施形態における光検
出素子の構造平面図及び断面図である。図４に示すよう
に、光検出部は、高温超電導体薄膜２６としてＮｄＢａ
2Ｃｕ3Ｏ7-X、強磁性体薄膜２８としてＮｄ0.67Ｃａ
0.33ＭｎＯ3薄膜、絶縁体薄膜２７として、ＳｒＴｉ
Ｏ3、基板２９としてＬＳＡＴ：ＬａＡｌＯ3−Ｓｒ2Ａ
ｌＴａＯ6（００１）単結晶基板を用いた。製造方法は
実施形態１で述べたレーザ蒸着法を用いて形成した。す
なわち、基板としてＬａＡｌＯ3（００１）単結晶を用
い、固相反応法で作製したＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X（ＹＢ
ＣＯ）、Ｌａ0.67Ｃａ0.33ＭｎＯ3（ＬＣＭＯ）、Ｌａ
ＡｌＯ3（ＬＡＯ）焼結体をターゲットにして、レーザ
ーを照射して基板上にＬＣＭＯ、ＬＡＯ、ＮＢＣＯの順
に薄膜を形成した。
【００４４】その後、フォトリソグラフィーの工程を用
いて、超電導膜をミアンダ状の形状加工を行う。それぞ
れの厚さは、１００ｎｍ、５ｎｍ、５０ｎｍであった。
また、超電導体のミアンダの線幅は１μｍであった。レ
ーザーの強度は、２Ｊ／ｃｍ 2とし、基板の温度は８０
０oＣとした。ＹＢＣＯの上には、Ａｇ電極を上述と同
様の方法で形成し、電圧及び電流端子をつけて測定を行
った結果、１．５mｍの半導体レーザに対して電圧感度
２５Ｖ／Ｗが得られた。また、チタンサファイアレーザ
を用いた応答速度の測定でも１２ｐｓの値が得られた。
いて、超電導膜をミアンダ状の形状加工を行う。それぞ
れの厚さは、１００ｎｍ、５ｎｍ、５０ｎｍであった。
また、超電導体のミアンダの線幅は１μｍであった。レ
ーザーの強度は、２Ｊ／ｃｍ 2とし、基板の温度は８０
０oＣとした。ＹＢＣＯの上には、Ａｇ電極を上述と同
様の方法で形成し、電圧及び電流端子をつけて測定を行
った結果、１．５mｍの半導体レーザに対して電圧感度
２５Ｖ／Ｗが得られた。また、チタンサファイアレーザ
を用いた応答速度の測定でも１２ｐｓの値が得られた。
【００４５】本願発明の光検出素子は、上記実施形態に
限定されるものではなく、特に素子の形状、製造方法を
適宜選択し、目的に応じて最適化することによって、同
様の効果を奏することができることは言うまでもない。
そして、特に、本願発明の構成要件である超電導体薄膜
を構成する材料、強磁性体薄膜を構成する材料、絶縁体
薄膜を構成する材料、基板材料については、以下のよう
な条件を満たす材料より、適宜選択して用いることが好
ましい。
限定されるものではなく、特に素子の形状、製造方法を
適宜選択し、目的に応じて最適化することによって、同
様の効果を奏することができることは言うまでもない。
そして、特に、本願発明の構成要件である超電導体薄膜
を構成する材料、強磁性体薄膜を構成する材料、絶縁体
薄膜を構成する材料、基板材料については、以下のよう
な条件を満たす材料より、適宜選択して用いることが好
ましい。
【００４６】すなわち、超電導体薄膜を構成するその材
料についても、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Xに限られる訳でな
く、高温超電導体の範囲であれば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-X等１２３系、ＣｕＢａ2Ｃａ3Ｃｕ4ＯY等Ｃｕ系、Ｂ
ｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯY等Ｂｉ系、Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ
3ＯY等Ｔｌ系、ＨｇＢａ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯY等Ｈｇ系などを
適宜選択して用いることができる。特に、ギャップ端に
おける準粒子の再結合時間は、Ｔｃの３乗に反比例する
ためＴｃの高い材料が有効であって、Ｔｃが９０Ｋクラ
スのＬｎ−１２３系（Ｌｎ＝Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ）が好適に
使用できる。また、Ｔｃ＝１１７ＫクラスのＣｕ系超電
導体でも、Ｂｉ系超電導体を用いても好適に実施でき
る。上記、Ｔｌ系、Ｈｇ系の材料は、揮発性が高く良質
な薄膜をつくりにくといった問題点を残すものの、本願
発明に適用することは可能である。
料についても、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-Xに限られる訳でな
く、高温超電導体の範囲であれば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-X等１２３系、ＣｕＢａ2Ｃａ3Ｃｕ4ＯY等Ｃｕ系、Ｂ
ｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯY等Ｂｉ系、Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ
3ＯY等Ｔｌ系、ＨｇＢａ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯY等Ｈｇ系などを
適宜選択して用いることができる。特に、ギャップ端に
おける準粒子の再結合時間は、Ｔｃの３乗に反比例する
ためＴｃの高い材料が有効であって、Ｔｃが９０Ｋクラ
スのＬｎ−１２３系（Ｌｎ＝Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ）が好適に
使用できる。また、Ｔｃ＝１１７ＫクラスのＣｕ系超電
導体でも、Ｂｉ系超電導体を用いても好適に実施でき
る。上記、Ｔｌ系、Ｈｇ系の材料は、揮発性が高く良質
な薄膜をつくりにくといった問題点を残すものの、本願
発明に適用することは可能である。
【００４７】また、強磁性体薄膜を構成するその材料に
ついても、Ｎｄ1-XＳｒXＭｎＯ3、Ｌａ1-XＳｒXＭｎ
Ｏ3、Ｌａ1-XＣａXＭｎＯ3等に限られる訳でなく、強磁
性体の範囲であれば、（Ｒ，Ａ）ＭｎＯ3（Ｒ＝Ｌａ，
Ｎｄ，Ｓｍ：Ａ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）、Ｓｒ2Ｍ
ｏＦｅＯ6、Ｂａ2ＭｏＦｅＯ6、Ｃａ2ＭｏＦｅＯ6など
を適宜選択して用いることができる。
ついても、Ｎｄ1-XＳｒXＭｎＯ3、Ｌａ1-XＳｒXＭｎ
Ｏ3、Ｌａ1-XＣａXＭｎＯ3等に限られる訳でなく、強磁
性体の範囲であれば、（Ｒ，Ａ）ＭｎＯ3（Ｒ＝Ｌａ，
Ｎｄ，Ｓｍ：Ａ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）、Ｓｒ2Ｍ
ｏＦｅＯ6、Ｂａ2ＭｏＦｅＯ6、Ｃａ2ＭｏＦｅＯ6など
を適宜選択して用いることができる。
【００４８】ただし、全てをエピタキシャルで形成する
ことを考えると、ペロブスカイト型マンガン酸化物薄膜
が望ましく、これら材料は飽和磁化が比較的大きく、強
磁性体としても良好である。なによりも、超電導体と極
めて格子整合性がよい。また、エピタキシャル多層膜形
成にまだ多少の問題点を残すものの、フェライト系も良
好な磁性体として、本願発明が適用可能である。金属系
磁性体は、最上面に作製する場合はプロセス温度も低
く、有効であるが、その際光は裏面から照射しなければ
ならないといった条件付きで本願発明の適用は可能であ
る。
ことを考えると、ペロブスカイト型マンガン酸化物薄膜
が望ましく、これら材料は飽和磁化が比較的大きく、強
磁性体としても良好である。なによりも、超電導体と極
めて格子整合性がよい。また、エピタキシャル多層膜形
成にまだ多少の問題点を残すものの、フェライト系も良
好な磁性体として、本願発明が適用可能である。金属系
磁性体は、最上面に作製する場合はプロセス温度も低
く、有効であるが、その際光は裏面から照射しなければ
ならないといった条件付きで本願発明の適用は可能であ
る。
【００４９】さらに、絶縁体薄膜を構成するその材料に
ついても、ＳｒＴｉＯ3に限られる訳でなく、絶縁体の
範囲であれば、ＬａＡｌＯ3，ＭｇＯなどを適宜選択し
て用いることができる。特に、超電導体と磁性体間にリ
ークがないことが必要であり、磁性体から超電導膜にキ
ャリアが注入されず、また、トンネル電流も注入され
ず、近接効果も生じず、磁束のみが超電導体に侵入する
ような特性が望ましい。また、すべての層をエピタキシ
ャルでつくるという観点から、上記基板と同素材である
ＳｒＴｉＯ3などが好ましい。
ついても、ＳｒＴｉＯ3に限られる訳でなく、絶縁体の
範囲であれば、ＬａＡｌＯ3，ＭｇＯなどを適宜選択し
て用いることができる。特に、超電導体と磁性体間にリ
ークがないことが必要であり、磁性体から超電導膜にキ
ャリアが注入されず、また、トンネル電流も注入され
ず、近接効果も生じず、磁束のみが超電導体に侵入する
ような特性が望ましい。また、すべての層をエピタキシ
ャルでつくるという観点から、上記基板と同素材である
ＳｒＴｉＯ3などが好ましい。
【００５０】また、上記実施形態においては、基板材料
としてＬａＡｌＯ3を用いているが、本発明は、この材
料に限定されるものではなく、エピタキシャル成長させ
るのに適当な基板、即ち、格子定数と熱膨張係数が高温
超電導体やペロブスカイト型マンガン酸化物と適合する
ことが重要である。即ち、ペロブスカイト構造をもち、
格子定数が３．８６Å程度の基板が望ましい。すなわ
ち、ＳｒＴｉＯ3（a=3.905）、ＬＳＡＴ（ＬａＡｌＯ3-
Ｓｒ2ＡｌＴａＯ6、a=3.86）が好適である。また、少々
問題点が残るもののＬａＡｌＯ3（a=3.79）や、ＭｇＯ
を用いても良いことは言うまでもない。
としてＬａＡｌＯ3を用いているが、本発明は、この材
料に限定されるものではなく、エピタキシャル成長させ
るのに適当な基板、即ち、格子定数と熱膨張係数が高温
超電導体やペロブスカイト型マンガン酸化物と適合する
ことが重要である。即ち、ペロブスカイト構造をもち、
格子定数が３．８６Å程度の基板が望ましい。すなわ
ち、ＳｒＴｉＯ3（a=3.905）、ＬＳＡＴ（ＬａＡｌＯ3-
Ｓｒ2ＡｌＴａＯ6、a=3.86）が好適である。また、少々
問題点が残るもののＬａＡｌＯ3（a=3.79）や、ＭｇＯ
を用いても良いことは言うまでもない。
【００５１】最後に、すべての層とも入射光に対して透
明であることが望ましい。
明であることが望ましい。
【００５２】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明による
光検出素子は、高温超電導体薄膜と強磁性体薄膜とを、
絶縁体薄膜を介して積層した積層膜で、光検出部を形成
することにより、光の照射によって発生した超電導体の
準粒子の再結合時間を長くすることができるため、超電
導体の電圧感度が向上し、高感度、超高速で光を検出す
ることができる。
光検出素子は、高温超電導体薄膜と強磁性体薄膜とを、
絶縁体薄膜を介して積層した積層膜で、光検出部を形成
することにより、光の照射によって発生した超電導体の
準粒子の再結合時間を長くすることができるため、超電
導体の電圧感度が向上し、高感度、超高速で光を検出す
ることができる。
【００５３】すなわち、本発明によれば、光検出部とし
て、酸化物超電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜を酸化物
絶縁体薄膜を介して積層した薄膜を用いることにより、
高感度、超高速の光検出素子を得ることができる。さら
に、光通信と超高速スイッチを結合させることが可能に
なり、大容量の情報処理を高速に行うネットワークスイ
ッチが実現できる。
て、酸化物超電導体薄膜と酸化物強磁性体薄膜を酸化物
絶縁体薄膜を介して積層した薄膜を用いることにより、
高感度、超高速の光検出素子を得ることができる。さら
に、光通信と超高速スイッチを結合させることが可能に
なり、大容量の情報処理を高速に行うネットワークスイ
ッチが実現できる。
【図１】（ａ）は第１の実施形態における光検出素子の
構造図であり、（ｂ）は光検出素子の光検出部について
拡大した構造断面図である。
構造図であり、（ｂ）は光検出素子の光検出部について
拡大した構造断面図である。
【図２】本発明の光検出素子の電圧感度特性を示す図で
ある。
ある。
【図３】第２の実施形態における光検出素子の構造断面
図である。
図である。
【図４】第３の実施形態における光検出素子の構造平面
図及び断面図である。
図及び断面図である。
１１ 酸化物超電導体薄膜ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X １２ 酸化物強磁性体薄膜Ｎｄ1-XＳｒXＭｎＯ3 １３ 酸化物絶縁体薄膜ＳｒＴｉＯ3 １４ 単結晶基板ＬａＡｌＯ3 １５ Ａｇ電極 １６ 電流端子 １７ 電圧端子 １８ 光ファイバ ２１ 酸化物超電導体薄膜ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X ２２ 酸化物絶縁体薄膜ＳｒＴｉＯ3 ２３ 酸化物強磁性体薄膜Ｎｄ1-XＳｒXＭｎＯ3 ２４ 単結晶基板ＬａＡｌＯ3 ２５ 光ファイバー ２６ 酸化物超電導体薄膜ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X ２７ 酸化物超電導体薄膜ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X ２８ 酸化物強磁性体薄膜Ｎｄ1-XＳｒXＭｎＯ3 ２９ 単結晶基板ＬａＡｌＯ3
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に形成された強磁性体薄膜と高温
超電導体薄膜とが、絶縁体薄膜を介して、各々の層が少
なくとも１層以上、積層された光検出部と、該光検出部
に接続配置された電極とを具備することを特徴とする光
検出素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の光検出部において、前記
強磁性体薄膜の磁性が高温超電導体薄膜に作用し、高温
超電導体薄膜に光が入射することによるクーパーペアの
分離から再結合までの時間（緩和時間）を長くするよう
に、強磁性体薄膜と高温超電導体薄膜とが近接配置され
たことを特徴とする光検出素子。 - 【請求項３】 請求項1または２記載の光検出部におい
て、入射される光に対し透明となる膜厚の強磁性体薄膜
が積層されていることを特徴とする光検出素子。 - 【請求項４】 請求項1または２記載の光検出部におい
て、前記絶縁体薄膜上に形成された前記超電導体薄膜
が、ミアンダ構造であることを特徴とする光検出素子。 - 【請求項５】 前記高温超電導体薄膜が酸化物高温超電
導体薄膜であり、前記強磁性体薄膜が酸化物強磁性体薄
膜であり、前記絶縁体薄膜が酸化物絶縁体薄膜であるこ
とを特徴とする請求項１乃至４記載の光検出素子。 - 【請求項６】 前記酸化物超電導体薄膜が、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-X薄膜であり、前記酸化物強磁性体薄膜が、
（Ｒ,Ａ）ＭnＯ3（Ｒ＝Ｌａ,Ｎｄ，Ｓｍ：Ａ＝Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｐｂ）で表される複合ペロブスカイト型マン
ガン酸化物薄膜であり、前記絶縁体薄膜が、ＳｒＴｉＯ
3薄膜であることを特徴とする請求項５記載の光検出素
子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11052078A JPH11346010A (ja) | 1998-03-30 | 1999-03-01 | 光検出素子 |
| US09/276,303 US6229154B1 (en) | 1998-03-30 | 1999-03-25 | Photo detecting element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8308298 | 1998-03-30 | ||
| JP10-83082 | 1998-03-30 | ||
| JP11052078A JPH11346010A (ja) | 1998-03-30 | 1999-03-01 | 光検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11346010A true JPH11346010A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=26392688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11052078A Pending JPH11346010A (ja) | 1998-03-30 | 1999-03-01 | 光検出素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6229154B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11346010A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008010569A1 (fr) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Japan Science And Technology Agency | Jonction de josephson et dispositif de josephson |
| JP2008071908A (ja) * | 2006-09-13 | 2008-03-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導光検出素子 |
| JP2009055653A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 高周波電流制御型クライオトロン素子とそれを用いたインバータ |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3511098B2 (ja) * | 2001-09-14 | 2004-03-29 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 超高速光電気信号変換素子 |
| US8971977B2 (en) | 2011-01-17 | 2015-03-03 | Hypres, Inc. | Superconducting devices with ferromagnetic barrier junctions |
| CN107195721B (zh) * | 2017-06-07 | 2023-05-12 | 昆明理工大学 | 一种基于能斯特效应和原子层热电堆的复合光热探测器 |
| CN111129279B (zh) * | 2019-12-23 | 2023-07-18 | 中国科学院紫金山天文台 | 集成多层光学薄膜的超导tes单光子探测器和制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4843446A (en) * | 1986-02-27 | 1989-06-27 | Hitachi, Ltd. | Superconducting photodetector |
| JP2552371B2 (ja) * | 1988-12-23 | 1996-11-13 | 新日本製鐵株式会社 | 放射線検出素子およびジョセフソン素子 |
| DE69031501T2 (de) * | 1989-07-05 | 1998-03-05 | Canon Kk | Vorrichtung und Verfahren zur Lichtmessung unter Verwendung eines Supraleiters |
-
1999
- 1999-03-01 JP JP11052078A patent/JPH11346010A/ja active Pending
- 1999-03-25 US US09/276,303 patent/US6229154B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008010569A1 (fr) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Japan Science And Technology Agency | Jonction de josephson et dispositif de josephson |
| JP2008047852A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-28 | Japan Science & Technology Agency | ジョセフソン接合及びジョセフソンデバイス |
| US8200304B2 (en) | 2006-07-20 | 2012-06-12 | Japan Science And Technology Agency | Josephson junction and Josephson device |
| JP2008071908A (ja) * | 2006-09-13 | 2008-03-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導光検出素子 |
| JP2009055653A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 高周波電流制御型クライオトロン素子とそれを用いたインバータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6229154B1 (en) | 2001-05-08 |
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