JPS59103389A - 超伝導素子及びその製法 - Google Patents

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】 本発明は、半導体層と、その半導体層にオーミックに連
結された第１及び第２の超伝導体電極と、上記半導体層
の上記第１及び第２の超伝導体電極間の領域上に配され
た第３の超伝導体電極を有する超伝導素子、及びその製
法に関する。

上述した超伝導素子として、従来、第１図を伴なって次
に述べる構成を有するものが提案されている。

半絶縁性半導体基板１に、低キヤリア濃度を有するバッ
ファ層としての半導体層２と、例えばｎ形の活性層とし
ての半導体層３とが、それらの順にエピタキシャル成長
法によって形成されている。

然して、半導体層３上に超伝導体電極４及び５がＡ−ミ
ックに連結されている。

また、半導体層３の超伝導体電極４及び５間の領域に、
超伝導体電極６が、半導体層３との間でショットキ接合
７を形成するように、配列されている。

以上が、従来提案されている超伝導素子の構成である。

このような構成によれば、超伝導体電極４及び５間に負
荷を介して電源を接続することにより、負荷に、超伝導
体電極４及び５、及び半導体層３の超伝導体電極４及び
５間の領域を通って、超伝導電流を流すことができる。

また、超伝導体電極４及び５の一方と超伝導体電極６と
の間に制御電圧を印加させれば、半導体層３内に、ショ
ットキ接合７から、制御電圧の値に応じた拡がりで、空
乏層８が拡がる。

従って、上述した半導体層３の超伝導体電極４及び５間
の領域を通って負荷に流れる超伝導電流を、半導体層３
の超伝導体電極４及び５間の領域で制御することができ
る。

よって、第１図に示す従来の超伝導素子の構成によれば
、金属ショットキゲート形三端子ＦＥＴとしての機能を
得ることができる。

しかしながら、第１図に示す従来の超伝導素子の構成に
よる場合、利得が高々３程度しかとれず、従って高い利
得を得ることができない、という欠点を有していた。

また、第１図に示す従来の超伝導素子の構成による場合
、超伝導体電極４及び５間に接続する電源として１００
ｍＶという高い電圧のものを用意する必要がある、とい
う欠点を有していた。

さらに、第１図に示す従来の超伝導素子の構成による場
合、超伝導体電極４及び５の一方と超伝導体電極６との
間に印加する制御電圧が１００ｍＶ以上の高い電圧を有
している必要がある、などの欠点を有していた。

よって、本発明は、上述した欠点のな（１、新規な、上
述した超伝導素子、及びその製法を１是案ぜんとするも
のであり、以下詳述するところから明らかとなるであろ
う。

第２図は、本発明による超伝導素子の第１の実施例を示
し、次に述べる構成を有する。

第１図に示す従来の超伝導素子の半導体基板１に対応し
ている、例えばＱａ　Ａｓでなる半絶縁性半導体基板１
１上に、第１図に示ず従来の超伝導素子の半導体層２に
対応して０る、（氏キャリア濃度を有する（所謂ノンド
ープの）ノ＼ツファ層としての半導体層１２が形成され
て０る。

また、半導体層１２上に、ｎ形の高キャ１ノア濃度を有
する例えばＡ　ＬＸ　Ｇ　ａ＋−＊、、、Ａ　ｓ　　（
Ｏｊ＜　ｘ≦１）でなる半導体層１３と、低キヤリア濃
度を有する（所謂ノンドープの）例え＄ｆＧａＡＳでな
る半導体層１４と、ｎ形の高キャ１ノア濃度を有する例
えばＡＩ、Ｇａ、−ｘＡｓでなる半導体装置５とが、そ
れらの順に、それ自体は公知のエビタキシレル成長法に
よって積層して形成され、然して、半導体層１３．１４
及び１５による積層構成の半導体積層体１６が形成され
ている。

この場合、半導体層１３及び１５は、半導体層１４に比
し高いエネルギバンドギャップを有し、従って、半導体
層１３及び１４間、及び１４及び１５間にヘテロ接合２
５及び２６が形成されている。

また、半導体積層体１６の厚さは、超伝導電子対の減衰
距離と同程度またはそれ以下に選ばれている。

さらに、半導体積層体１６に、半導体層１３及び１４を
横切って半導体層１５に達づる除去部１８及び１９が形
成され、そしてそれら除去部１８及び１９内に、超伝導
体電極２０及び２１が、半導体層１３．１４及び１５に
オーミックに連結して配されている。

なおさらに、半導体積層体１６の超伝導体電極２０及び
２１間の領域に、超伝導体電極２２が、半導体積層体１
６の半導体層１５との間でショットキ接合２３を形成す
るように、配されている。

以上が、本発明による超伝導素子の一例構成である。

このような構成によれば、その半導体積層体１６が、第
１図に示す従来の超伝導素子の半導体層３に対応してい
るので、超伝導体電極２０及び２１間に負荷を介して電
源を接続することにより、負荷に、超伝導体電極４及び
５、及び半導体積層体１６の超伝導体電極２０及び２１
間の領域を通って、超伝導電流を流すことができる。

また、超伝導体電極３２が、第１図に示す従来の超伝導
素子の超伝導体電極６に対応しているので、超伝導体電
極２０及び２１の一１方と超伝導体電極゛２２との間に
制御電圧を印加させれば、単導体積層体１６内に、ショ
ットキ接合２３から、制御電圧の値に応じた拡がりで、
空乏層２４が拡がる。

従って、上述した半導体積層体１６の超伝導体電極２０
及び２１間の領域を通って負荷に流れる超伝導電流を、
半導体積層体１６間の領域で制御することができる。

よって、第２図に示す本発明による超伝導素子の構成に
よれば、第１図に示す従来の超伝導素子の場合と同様に
、金属ショットキ形三端子ＦＥＴとしての機能を得るこ
とができる。

しかしながら、第２図に示す本発明による超伝導素子の
構成によれば、第１図に示す従来の超伝導素子の半導体
ｍ３に対応しているものが、高キャリア濃度を有する半
導体層１３と、低キャリア′ｍ度を有する半導体層１４
と、高キャリア濃度を有する半導体層１５とが積層され
ている構成を有する半導体積層体１６である。従って、
半導体超格子格造を有している。

このため、上述したように半導体積層体１６を通って電
流が流れるとき、半導体積層体１６の半導体層１４に、
半導体層１３及び１４からキャリア電子が供給され、そ
してそのキャリア電子が移動するという機構を伴なって
、上述した電流が流れる。そしてこの場合、半導体層１
４に、半導体層１３及び１４から十分な（６）のキャリ
ア電子が供給される。

一方、半導体層１４は、低キ１１リア濃度を有するので
、その半導体層１４にお（プるキャリアの移動度が大で
ある。

従って、第２図に示す本発明による超伝導素子の構成に
よれば、第１図に示す従来の超伝導素子に比し高い利得
が得られる、という特徴を有する。

また、第２図に示す本発明による超伝導素子゛によれば
、超伝導体電極２０及び２１間に接続する電源が、第１
図に示ず従来の超伝導素子に比し十分低い電圧のものと
することができる、という特徴を有する。

ざら、に、第２図に示ず本発明による超伝導素子によれ
ば、制御Ｉ雷電圧第１図に示す従来の超伝導素子に比し
十分低くてづむ、という特徴を有する。

また、第２図に示す本発明による超伝導素子にＪこれば
、半導体積層体１６の半導体層１３及び１５が、半導体
層１４に比し高いエネルギバンドギャップを有している
ので、超伝導体電極２０及び２１の、半導体積層体１６
とのオーミックの連結が、一般に、半導体層１４におい
て、半導体層１３及び１５におけるよりも、良好になさ
れている。

このため、上述したＪ：うに半導体積層体１６を通って
電流が流れるとき、その電流が主として半導体積層体１
６の半導体層１４を通って流れる。

従って、第２図に示す本発明による超伝導素子よれば、
上述した本発明の特徴がさらに発揮される。

次に、第３図を伴なって本発明による超伝導素子の他の
例を述べにう。

第３図において、第２図との対応部分には同一符号をイ
」して示ず。

第３図に示す本発明による超伝導素子においては、第２
図に示す本発明による超伝導素子の構成において、次の
事項を除いて、第２図に示す本発明による超伝導素子と
同様の構成を有する。

半導体積層体１６の半導体層１３の、除去部１８及び１
９に臨む表面に、それぞれ半導体層１３の材料の酸化ｌ
！３１及び３２が形成され、また半導体積層体１６の半
導体層１５の除去部１８及び１９に臨む表面に、それぞ
れ半導体層１５の材料の酸化膜３３及び３４が形成され
ている。

以上が本発明による超伝導素子の他の例の構成である。

このような、第３図に示す本発明による超伝導素子の構
成によれば、それが上述した事項を除いて、第２図に示
す本発明による超伝導素子と同様であるので、第２図に
示す本発明による超伝導素子の場合と同様の優れた特徴
が得られる。

しかしながら、第３図に示す本発明による超伝導素子の
構成によれば、超伝導体電極２０及び２１が、半導体積
層体１６の半導体層１４のみにオーミックに連結されて
いるので、前述したように、半導体積層体１６を通って
電流が流れるとき、その電流が半導体層１４のみを通っ
て、効果的に流れる。

従って、第３図に示す本発明による超伝導素子によれば
、第２図に示す本発明による超伝導素子の、上述した特
徴が、さらに発揮される、という特徴を有する。

次に、第４図を伴なって本発明による超伝導素子のさら
に他の例を述べよう。

第４図において、第３図との対応部分には同一符号を付
して示ず。

第４図に示す本発明による超伝導素子においては、次の
事項を除いて、第３図に示ず本発明による超伝導素子ど
同様の構成を右する。

除去部１８及び１９が半導体積層体１６の半導体層１４
において、半導体層１３及び１５に比し内側にくい込ん
でいる。

以上が本発明による超伝導素子のさらに他の例の構成で
ある。

このような、第４図に示ず本発明による超伝導素子の構
成によれば、それが上述した事項を除いて、第３図に示
す本発明による超伝導素子と同様であるので、第３図に
示づ本発明による超伝導素子の場合と同様の優れた特徴
が得られる。

次に、第５図を伴なって本発明にＪ：る超伝導素子の他
の例を述べよう。

第５図において、第２図との対応部分には同一符号を付
して示す。

第５図に示ず本発明による超伝導素子にｉＪ３いては、
第２図に示す本発明による超伝導素子の構成において、
半導体ｆｉ層体１６の半導体層１３が省略させているこ
とを除いては、第２図に示す本発明による超伝導素子の
構成と同様である。

以上が本発明による超伝導素子の他の構成である。

このような、第５図に示す本発明による超伝導素子の構
成によれば、それが上）ホした事項を除いて、第２図に
示す本発明による超伝導素子と同様であるので、第２図
に示す本発明による超伝導素子の場合と同様の優れた特
徴が得られる。

次に第６図を伴なって、本発明による超伝導素子の他の
例を述べよう。

第６図において、第２図との対応部分には、同一符号を
付して示す。

第６図に示す本発明による超伝導素子においては、第２
図に示す本発明による超伝導素子の構成において、除去
部１８及び１９が、半導体層１２に達するまで延長して
いることを除いては、第２図に示す本発明による超伝導
素子の構成と同様である。

以上が本発明による超伝導素子の他の構成である。

このような、第６図に示す本発明にｊこる超伝導素子の
構成によれば、それが上述した事項を除いて、第２図に
示す本発明による超伝導素子と同様であるので、第２図
に示す本発明による超伝導素子の場合と同様の優れた特
徴が得られる。

次に、ｍ７図を伴なって、第３図に示す本発明による超
伝導素子の製法の実施例を述べよう。

第７図において、第３図との対応部分には同一符号を付
して示す。

第３図で上述したと同様のＧａＡＳでなる半絶縁性半導
体基板１１上を予め用意する（第７図Ａ）。

しかして、その半導体基板１１上に、第３図で上述した
と同様の低キヤリア濃度を有する（所謂ノンドープの）
バッファ層としての半導体層１２を形成する（第７図Ｂ
）。

次に、半導体ｍ１２上に、第３図で上述したと同様の、
ｎ形の高キャリア濃度を有し且つ高いエネルギバンドギ
ャップを有づる半導体層１３と、低キヤリア濃度を有し
且つ高いエネルギバンドギャップを有する（所謂ノンド
ープの）半導体層１４と、ｎ形の高キャリア濃度を有す
る半導体層１５とを、それらの順に、それ自体は公知の
エピタキシャル成長法によってｖ４層して形成し、然し
て、半導体層１３．１４及び１５によるＶ４層構成の半
導体積層体１６を形成する（第７図Ｃ）。

次に、半導体積層体１６に、半導体層１３及び１４を横
切って半導体Ｍ１５に達する除去部１８及び１つを、そ
れ自体は公知のエツチング法で形成する（第７図Ｄ）。

次に、熱酸化処理によって、半導体積層体１６の半導体
層１３及び１５の、除去部１８及び１９に臨む表面に、
酸化膜３１及び３２、及び３３及び３４を形成する（第
７図Ｅ）。

次に、上述した除去部１８及び１９内に、超伝導体電極
２０及び２１を、半導体層１３．１４及び１５にオーミ
ックに連結して配し、また、半導体積層体１６の半導体
層１５上に、超伝導体電極２２をショットキ接合２６を
形成するように形成する。

このようにして、第３図に示す本発明による超伝導素子
を製造する。

以上が、本発明による第３図に示す本発明による、超伝
導素子の製法の実施例である。

このような、本発明による、第３図に示す本発明による
超伝導素子の製法の実施例によれば、上述したところか
ら明らかなように、第３図に示す本発明による超伝導素
子を容易に製造することができる、という大なる特徴を
有する。

次に、第８図を伴なって、第６図に示す本発明による超
伝導素子の製法の実施例を述べよう。

第８図において、第６図との対応部分には同一符号を付
して示す。

第６図に示されていると同様のＱａ　Ａｓでなる半絶縁
性半導体基板１１上を予め用意する（第８図へ）。

しかして、その半導体基板１１上に、第６図に示されて
いると同様の低キヤリア濃度を有する（所謂ノンドープ
の）バッフ７層としての半導体層１２を形成する（第８
図Ｂ）。

次に、半導体層１２上に、爾後超伝導体電極２０及び２
１となる導体層４０を形成する（第８図Ｃ）。

次に、その導体層４０に対するエツチング処理により、
超伝導体電極２０及び２１を形成する（第８図Ｄ）。

次に、半導体層１２上に、超伝導体電極２０及び２１間
において、第６図に示されていると同様の、ｎ形の高キ
ャリア濃度を有し且つ高いエネルギバンドギャップを有
する半導体層１３と、低キヤリア濃度を有し且つ高いエ
ネルギバンドギャップを有づる（所謂ノンドープの）半
導体層１４と、ｎ形の高キャリア濃度を有する半導体層
１５とを、それらの順に、それ自体は公知のエピタキシ
ャル成長法によって積層して形成し、然して、半導体層
１３．１４及び１５による積層構成の半導体積層体１６
を形成する（第８図Ｅ）。

次に、半導体積層体１６の半導体層１５上に、するよう
に形成する。

このようにして、第６図に示す本発明による超伝導素子
を製造する。

以上が、本発明による第６図に示す本発明による、超伝
導素子の製法の実施例である。

このような、本発明による、第６図に示す本発明による
超伝導素子の製法の実施例によれば、上述したところか
ら明らかなように、第３図に示Ｊ“本発明による超伝導
素子を容易に製造することができる、という人なる特徴
を有する。

なお、上述においては、本発明の僅かな実施例を示した
に留まり、例えば、半導体層１１を省略することもでき
、また、第５図に示す本発明による超伝導素子の構成に
おいて、その半導体積層体１６の半導体層１５の除去部
１８及び１９に臨む表面に酸化膜を形成することもでき
、また、第６図に示す本発明による超伝導素子の構成に
おいて、その半導体積層体１６の半導体層１３及び１５
の除去部１８及び１９に臨む表面に酸化膜を形成するこ
ともできる。

また、超伝導体電極２２を、半導体積層体１６の半導体
層１５上に、絶縁膜を介して配し、所謂絶縁ゲート形に
構成することもできる。

その他、本発明の精神を脱することなしに、種々の変型
、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の超伝導素子を示す路線的断面図である
。 第２図、第３図、第４図、第５図及び第６図は、それぞ
れ本発明による超伝導素子の実施例を示す路線的断面図
である。 第７図及び第８図は、それぞれ第３図に示す本発明によ
る超伝導素子及び第６図に示す本発明による超伝導素子
の製法の実施例を示す、順次の工程おける路線的断面図
である。 １１・・・・・・・・・・・・・・・半絶縁性半導体基
板１２．１３，１４．１５ ・・・・・・・・・・・・・・・半導体層１６・・・・
・・・・・・・・・・・半導体積層体４５２ １８．１９川川除去部 ２０．２１’、２２ ・・・・・・・・・ｍ−超伝導体電極 ２６・・・・・・川・・・・・・ショットキ接合３１〜
３４・・・・・・酸化膜 出願人　　日本電信電話公社 第１　図 １１ 第２図 第４「イ 第６図 ６ 第７図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体層と、該半導体層にオーミックに連結された
   第１及び第２の超伝導体電極と、上記半導体層の上記第
   １及び第２の超伝導体電極間の領域上に配された第３の
   超伝導体電極とを有する超伝導体素子において、 上記半導体層が、低いキャリア濃度を有する第１の半導
   体層と、該第１の半導体層に比し高いキャリア濃度を有
   し且つ上記第１の半導体層に比し高いエネルギバンドギ
   ャップを有する第２の半導体層とがそれら間にヘテロ接
   合を形成するように積層されている構成を有する半導体
   積層体でなることを特徴とする超伝導素子。 ２、半導体層と、該半導体層にオーミックに連結された
   第１及び第２の超伝導体電極と、上記半導体層の上記第
   １及び第２の超伝導体電極間の領域上に配された第３の
   超伝導体電極とを有する超伝導体素子において、 上記半導体層が、低いキャリア濃度を有する第１の半導
   体層と、該第１の半導体層に比し高いキャリア濃度を有
   し且つ上記第１の半導体層に比し高いエネルギバンドギ
   ャップを有する第２の半導体層とがそれら間にヘテロ接
   合を形成するように積層されている構成を有する半導体
   積層体でなり、 上記第１及び第２の電極が、上記半導体積層体の第１の
   半導体層のみにオーミックに連結されていることを特徴
   とする超伝導素子。 ３、半導体基板上に、低キヤリア濃度を有する第１の半
   導体層と、該第１の半導体層に比し高いキャリア濃度を
   有し且つ上記第１の半導体層に比し広いエネルギバンド
   ギャップを有する第２の半導体層とがそれら間にヘテロ
   接合を形成するように積層されている構成を有する半導
   体積層体を形成する工程と、 上記半導体積層体に、上記第２の半導体層を横切って上
   記第１の半導体層に達する第１及び第２の除去部を形成
   する工程と、 上記第２の半導体層の第１及び第２の除去部に臨む第１
   及び第２の表面に、第１及び第２の酸化膜を形成する工
   程と、 上記第１及び第２の除去部内に、上記第１の半導体層に
   オーミックに連結している第１及び第２の超伝導体電極
   を形成する工程とを含むことを特徴とする超伝導素子の
   製法。