JPS62232978A

JPS62232978A - 半導体素子

Info

Publication number: JPS62232978A
Application number: JP61077039A
Authority: JP
Inventors: Goji Kawakami; 剛司川上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1987-10-13

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】産業上の利用分野本発明は、半導体基板乃至半導体層と、それに対する電
極とを有する半導体素子に関し、とくに、電極が超伝導
体電極なり、そして、その超伝導体電極を通じて、半導
体基板乃至半導体層に、超伝導体電極による超伝導体近
接効果によって、超伝導電流を通ずるように構成されて
いる、という半導体素子に適用して好適なものである。

従来の技術従来、半導体基板乃至半導体層に超伝導電流を通ずるよ
うに構成されている半導体素子として、第９図に示すよ
うな、半導体基板１上に、２個の超伝導体電極２及び３
が、所要の間隔を区ってイ］され、しかして、超伝導体
電極２及び３による超伝導体近接効果によって、それら
超伝導体電極２及び３を介して、半導体基板１に、超伝
導電流を通ずるように構成されている、という半導体素
子が提案されている。

この場合、半導体基板１は、超伝導体電極２及び３のそ
れぞれとの間で雪または負、例えば零の高さを右する電
子障壁を形成するように、例えばｌ　ｎＡｓで構成され
ている。

発明が解決しようとする問題第９図に示す従来の半導体素子の場合、半導体基板１が
、超伝導体電極２及び３との間で零または負の高さの電
子障壁を形成するように構成されているので、超伝導体
電極２及び３から、超伝導電子が、半導体基板１内に容
易に遷移し、そして、半導体基板１内に容易に拡散する
。従って、半導体基板１に通ずる超伝導電子を効果的に
得ることかできる。

しかしながら、半導体基板１を、超伝導体電極２及び３
との間で、零または負の高さの電子障壁を形成するよう
に構成するだには、半導体基板１の材料、超伝導体電極
２及び３の材料によって制限されるところから、半導体
基板１のキャリアｍ度を十分高くすることを予価なくさ
れていた。

このため、半導体基板１において、それに通ずる超伝導
電子を、種々の手段によって、制御するにつき、その制
御を、υ制御性よく行なうことができない、という欠点
を有していた。

間　１を解　するための丁よって、本発明は、上述した欠点のない新規な半導体素
子を提案せんとするものである。

本発明による半導体素子は、第９図で上述した従来の半
導体素子の場合と同様に、半導体基板乃至半導体層と、
それに対する電極とを有する。

しかしながら、本発明による半導体素子は、そのような
構成を有する半導体素子において、その電極が、それと
の間で電子障壁を零または負の高さに形成している他の
半導体層を介して、半導体基板乃至半導体層に付されて
いる、という構成を有する。

作用・効果このような構成を有する本発明による半導体素子によれ
ば、電極が、直接的には、半導体旦板乃至半導体層とは
別の他の半導体層に付され、そして、その半導体層が電
極との間で零または負の高さの電子障壁を形成している
ので、電極から、電子が、半導体層内に容易に遷移し、
そして、その半導体層内に容易に拡散する。一方、半導
体基板乃至半導体層は、電極の付される半導体層との間
で、高い電子障壁を形成してないものとすることができ
る。このため、半導体層内に拡散している電子が、半導
体基板乃至半導体層内に、容易に遷移し、そして、その
半導体基板乃至半導体層内に容易に拡散する。

本発明による半導体素子によれば、第９図で上述した従
来の半導体素子の場合と同様に、することができる。

しかしながら、本発明にる派によれば、半導・体基板乃
至半導体層を高いキャリア濃度を有するものとしても、
半導体基板乃至半導体層に通ずる電流を効果的に１９る
ことができるので、半導体基板乃至半導体層において、
それに通ずる電流を、種々の手段によって制御するにつ
き、その制御を、第９図で上述した従来の半導体素子の
場合に比し、制御性よく、行うことができる。

宸ＪＪＬユ次に、第１図を伴なって、超伝導電流を半導体基板に通
ずるように構成された半導体素子に適用された、本発明
による半導体素子の第１の実施例を述べよう。

第１図において、第９図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明は省略する。

第１図に示す本発明による半導体素子の第１の実施例は
、第９図で上述した従来の半導体素子の半導体基板１に
対応している半導体基板１１と、それに対する、第９図
で上述した従来の半導体素子の場合と同様の超伝導体電
極２及び３とを右する。

しかしながら、第１図に示す本発明による半導体素子は
、超伝導体電極２及び３が、それらとの間で零または負
の高さを有する電子Ｐ５壁を形成している他の半導体層
４を介して、半導体基板１１に付されている。

この場合、半導体基板１１及び半導体層４は、半導体層
４が超伝導体電極２及び３のそれぞれとの間で零または
負の高さを有する電子障壁を形成している範囲（この場
合、半導体層４は高いキャリア濃度を有している）で、
半導体基板１１と半導体層４との間で、ハンドギ１シッ
プでみて、ノツチや、ジャンプや、スパイクなどを形成
しないか、形成をするとしても、第２図に示すように、
低いノツチや、ジ１１ンブや、スパイクしか形成しない
、すなわち、両者間の電子親和力の差ができるだけ小さ
な材料で構成されている。例えば、半導体基板１が、ｎ
型の（ｎｓｂで構成されている場合、半導体層４が、超
伝導電極２及び３のそれぞれとの間で零の高さを有する
電子障壁を形成するｎ型のｒｎＡｓ、Ｉｎ５ｂＡｓで構
成されている。また、半導体層４は、例えば、エピタキ
シャル成長法によって、半導体基板１上に形成されてい
る。

以上が、本発明による半導体素子の第１の実施例の構成
である。

このような構成を有する本発明による半導体素子によれ
ば、半導体層４が、超伝導体電極２及び３のそれぞれと
の間で、零または負の高さを有する電子障壁しか形成し
ていないので、超伝導体電極２及び３から、超伝導電子
が、半導体層４に、容易に遷移し、そして、その超伝導
電子が、半導体層４内に、容易に、拡散する。

一方、半導体基板１１が、半導体基板１との間で、ノツ
チや、ジャンプや、スパイクを形成していないか、形成
しているとしても無視し得る高さにしか形成されていな
い材料で構成されているので、半導体層４に拡散した超
伝導電子が、半導体基板１１が高いキャリア濃度を有し
なくても、半導体基板１内に容易に遷移し、そして、そ
の半導体基板内に容易に拡散する。

従って、半導体基板１に、電極２及び３を介して、効果
的に、超伝導電流を通ぜしめることができる。

しかしながら、この場合、半導体基板１のキャリア濃度
を高くしなくてもよいので、半導体基板１内において、
半導体基板１に通ずる超伝導電流を、制御性よく、それ
自体公知の種々の方法によって、効果的に制御させるこ
とができる。

実施例２次に、第３図を伴なって、本発明による半導体素子の第
２の実施例を述べよう。

第３図において、第１図との対応部分には、同一符号を
付して詳細説明を省略する。

第３図に示す本発明による半導体素子は、次の事項を除
いて、第１図で上述した本発明による半導体素子と同様
の構成を有する。

すなわち、半導体層４が、その全厚さを通じて、はぼ同
じ］直の電子親和力を有するように材料の組成分布を有
している半導体層であるのに代え、半導体基板１側にお
ける半導体基板１とほぼ等しい値から、超伝導電流２及
び３側に至るに従い半導体基板１との電子親和力の差が
徐々に大となる値となる電子親和力を有するように材料
の組成分布を有する半導体層１４に置換されている。実
際上、半導体層４は、半導体基板１がＩｎＳｂの組成を
有している場合、一般にＩｎＳｂ　　Ａｓ　　　の組成
を有し、しかじなｘ　　　１−ｘがら、そのＩｎＳｂ　　Ａｓ　　　におけるＸが、×１
−× 超伝導電流２及び３側のほぼ零の値から半導体基板１側
に至るに従い、徐々に大となり、半導体基板側で１の値
をとる組成を有している。

以上が、本発明による半導体素子の第２の実施例の構成
である。

このような構成を有する本発明による半導体素子によれ
ば、第１図で上述した本発明による半導体素子の場合と
同様の作用効果が、第１図の場合に比しより効果的に得
られることは明らかである。

実施例３次に、第４図を伴なって本発明による半導体素子の第３
の実施例を述べよう。

第４図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳ｍ説明を省略する。

第４図に示す本発明による半導体素子は、第１図で上述
した本発明による半導体素子において、その半導体Ｗｊ
４が、超伝導体電極２及び３上間の領域に有さず、従っ
て、超伝導体Ｔ１極２及び３下における半導体層４Ａ及
び４Ｂに置換されていることを除いて、第１図で上述し
た本発明による半導体素子と同様の構成を有ツる。

以上が、本発明による半導体素子の第３の実施例の構成
である。

このような構成を有する本発明による半導体素子によれ
ば、それが、上述した事項を除いて、第１図で上述した
本発明による半導体素子と同様の構成を有するので、詳
ｍ説明は省略するが、第１図で上述した本発明による半
導体素子と同様の作用効果が得られる。

実施例４次に、第５図を伴なって本発明による半導体素子の第４
の実施例を述べよう。

第５図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。

第５図に示す本発明による半導体素子は、次の事項を除
いて、第１図で上述した本発明による半導体素子と同様
の構成を有する。

すなわち、半導体基板１１が、−その全域に回り平らな
上面を有し、これに応じて、半導体層４ｔ５、その全域
に亘って平らな上面を有しているのに代え、半導体基板
１１が、その上面側から、電極２及び３下の領域におい
て形成され凹所１５Ａ及び１５Ｂを有し、これに応じて
、半導体［４が、凹所１５Ａ及び１５Ｂの内面に沿って
延長している半導体Ｊｉ４Ａ及び４Ｂに分割され、そし
て、それら半導体１４Ａ及び４Ｂ上に、超伝導電流２及
び３がそれぞれ付されている。

このような構成を有する本発明による半導体素子によれ
ば、それが上）ホした事項を除いて、第１図で上述した
本発明による半導体素子と同様の構成を有し、そして、
超伝導電流２及び３が、半導体層４Ａ及び４Ｂをそれぞ
れ介して、半導体基板１１の凹所１５Ａ及び１５８間に
挟まれた領域１６に対向しているので、その領域１６に
、超伝導電流２及び３による超伝導体効果が効果的に作
用し、よって、第１図で上述した本発明による半導体素
子の場合と同様の作用効果が、第１図の場合に比し、よ
り効果的に１９られることは明らかである。

実施例５次に、第６図を伴なって、本発明による半導体素子の第
５の実施例を述べよう。

第６図において、第５図との対応部分を付して詳ｍ説明
を省略する。

第６図に示す本発明による半導体素子は、次の事項を除
いて、第５図で上述した本発明による半導体素子と同様
の構成を有する。

すなわち、半導体基板１１が、ｐ型の半導体基板１７に
置換され、また、半導体基板１１の超伝導電流２及び３
によって半導体層４Ａ及び４Ｂを介して挟まれている領
域１６の上面側が、チャンネル層として作用する第５図
の場合の半導体基板１１と同様の組成を有するｎ型の半
導体層１８と、ｐ型の半導体層１９とがそれらの順に積
層されている構成に買換されている構成を有する。

以上が、本発明による半導体素子の第５の実施例の構成
である。

このような構成を有する本発明による半導体素子によれ
ば、それが上述した事項を除いて、第５図で上述した本
発明による半導体素子と同様の構成を有するので、詳細
説明を省略するが、超伝導電流を、チャンネル領域とし
て作用する半導体層１８に通ずるという態様を以て、第
５図で上述した本発明による半導体素子と同様の作用効
果が得られる。

実施１９１１６次に、第７図を伴なって、本発明による半導体素子の第
６の実施例を述べよう。

第７図に示す本発明にょる半導体素子は、半導体基板２
０上に、第１図で上述した本発明による半導体素子の半
導体層４と同様の組成を有する半導体層１４Ａと、第１
図の場合の半導体基板１と同様の組成を有する半導体Ｋ
Ａ２１と、半導体層４と同様の半導体ｆｉ１４Ｂとがそ
れらの順に形成され、しかして、半導体１１１４Ｂに、
半導体層２１側とは反対側にＪ３いて、超伝導体電極３
が付され、また、半導体基板２ｏに、半導体層１４Ａを
外部に臨まぜる溝２２が形成され、そして、半導体層１
４Ａに、半導体基板２０の半導体ｆｆ１１４Ａ側とは反
対側の面上から、溝２０の内面を通って延長している超
伝導体電極２が付されている構成を有する。

このような構成を右する本発明による半導体素子によれ
ば、半導体層２１に、超伝導体電極２及び３を介して、
超伝導電流を通ずる態様で、第１図で上述した本発明に
よる半導体素子の場合と同様の作用効果が得られること
は明らかである。

実施例７次に、第８を伴なって、本発明による半導体素子の第７
の実施例を述べよう。

第８図において、第５図との対応部分には同一符号を何
して詳細説明を省略する。

第８図に示す本発明による半導体素子は、第５図で上述
した本発明による半導体素子の構成において、その半導
体基板１１の超伝導体電極２及び３によって挟まれた領
域１６上に、絶縁膜３１を介して伯の超伝導体電極３２
が形成されている構成を有する。

このような構成布する本発明による半導体素子は、超伝
導体電極２及び３をそれぞれソース超伝導体電極及びド
レイン超伝導体電極、超伝導体電極３２をゲート超伝導
体電極、絶縁膜３１をグー１−絶縁膜とするゲート絶縁
型電界効果トランジスタとしての機能が、第５図で上述
した本発明による半導体素子で上述した作用効果を伴な
って（りられることは明らかである。

むお、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、半導体基板乃至半導体層に超伝導電流を通ず
るように構成された半導体素子に適用する場合ばかりで
なく、常伝導状態で半導体基板乃至半導体層に電流を通
ずるように構成された半導体素子にも適用することを含
んで、本発明の緒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、本発明による半導体素子の第１の実施例を示
す路線的断面図である。第２図は、第１図に示す本発明による半導体素子の第１
の実施例をエネルギバンド構造で示す図である。第３図は、本発明による半導体素子の第２の実施例をエ
ネルギバンド構造で示す図である。第４図、第５図、第６図及び′Ｍ７図は、それぞれ本発
明による半導体素子のｆｆ１３、第４、第５及び第６の
実施例を示す路線的断面図である。第８図は、本発明による半導体素子の第７の実施例を示
す路線的断面図である。第９図は、従来の半導体素子を示す路線的断面図である
。１．１１．１７．２０・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板２．３・・
・・・・・・・・・・・・・超伝導電流４．１４．４Ａ
、４８．１４Ａ、１４Ｂ。・・・・・・・・・・・・・・・半導体層１５Δ、１５
Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・凹所１８．１９．２１・・・・・・・・・・・・・・・半導体層２２・・・・
・・・・・・・・・・・・・・溝３１・・・・・・・・
・・・・・・・・・・絶縁膜３２・・・・・・・・・・
・・・・・・・・電極出願人　　日本電信電話株式会社第１図Ｎ２図第３図第４図第５図第６抱

Claims

【特許請求の範囲】半導体基板乃至半導体層と、それに対する電極とを有す
る半導体素子において、上記電極が、それとの間で零または負の高さの電子障壁
を形成している他の半導体層を介して、上記半導体基板
乃至半導体層に付されていることを特徴とする半導体素
子。