JPS63310797A

JPS63310797A - 酸化物超電導素子ウェ−ハ

Info

Publication number: JPS63310797A
Application number: JP62145720A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Terajima; 一高寺嶋; Katsuyoshi Fukuda; 福田　勝義
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-12-19

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、多元系酸化物超電導結晶層を持つ超電導素子
ウェーハに関する。

（従来の技術）最近、液体窒素温度程度の高温で超電導を示す高温超電
導体材料として、ペロブスカイト構造の多元系酸化物超
電導体が注目されている。これまでに報告されている酸
化物超電導体の代表的なものは、　ＹＢａ　２　Ｃｕ　
３Ｏ７−ａや（Ｌａ　、　　Ｂａ　）　２　Ｃｕ　ｏ４
−Ｙ等である。これらの酸化物超電導材料は、焼結法、
蒸着法、スパッタ法等により得られている。

今後これらの酸化物超電導体を具体的な素子に応用する
に当たって、超電導転移温度を高く安定に保ち、また大
きい臨海電流を得、素子特性の均一性、信頼性を優れた
ものとするためには、ある程度大きい面積の単結晶基板
或いは単結晶層として実現することが強く望まれる。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように、多元系酸化物超電導材料の素子応用に当
たっては、均一性の優れ単結晶層が望まれるが、これま
でそのような酸化物単結晶層は得られていない。

本発明は上記した点に鑑み、多元系酸化物超電導体の結
晶層を持つ素子ウェーハを提供することを目的とする。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明の素子ウェーハは、所定の結晶基板上に多元系酸
化物超電導結晶層が形成されたものであって、結晶基板
として、この上の多元系酸化物超電導体結晶層の構成元
素のうち少な（とも二つの金属元素の酸化物からなる結
晶を用いたことを特徴とする。

例えば、Ｙ　Ｂａ　２　Ｃｕ　３Ｏ−ｒ−ａ結晶層の下
地基板には、Ｂａ　Ｃｕ　０２結晶やＹＣｕＯ結晶を用
いる。また、（Ｌａ　、　　Ｂａ　）　２　Ｃｕ　０４
−７結晶層の場合にはＢａＣｕ　Ｏ結晶やＬａ　Ｃｕ　
Ｏ結晶等を用いる。

（作用）本発明による素子ウェーハは、基板とこの上の超電導結
晶層の構成金属元素を二つ共有する。

このため、例えばキポラス法により酸化物超電導結晶層
をエピタキシャル成長させた時に格子整合がとり易く、
良質の超電導結晶層を持つエピタキシャル争ウェーハと
なる。そして本発明のウェーハを用いることにより、ジ
ョセフソン素子等の各種超電導素子を再現性よく作るこ
とが可能になる。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、一実施例の超電導素子ウェーハである。これ
は、少なくとも二つの金属元素の酸化物からなる結晶基
板２３に、その二つの金属元素を含む多元系酸化物超電
導結晶層２７がエピタキシャル成長して得られたもので
ある。このような超電導素子ウェーハの製造方法を以下
に説明する。

具体的にたとえば、結晶基板２３としてＢａ　Ｃｕ　０
２結晶を用い、この上に超電導結晶層２７としてＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏ□、結晶層を形成した場合を説明する。

第３図は、その結晶の引上げ装置を示す。第３図におい
て１は、アルミナシールド材であり、この中に白金ヒー
タ２が配置され、その中心部に白金ルツボ３が支持台４
上に配置されている。支持台４は炉外部とつながる支持
棒５と一体化され、回転＝Ｊ能になっている。６は熱電
対である。ルツボ３内には、Ｂａ　Ｃ０３Ｂ２０３　混
合液（８２０３が５０〜７０モル％）からなるフラック
スを形成し、これに、ＣｕＯを溶解した溶液７を形成す
る。

第４図は、Ｂａ　０−Ｂ２ｏ３系の相図であり、この系
で適当なモル比を選ぶことにより、９００℃程度で液相
状態が得られる。従ってこの系をフラックスとして用い
ることにより、比較的低温でＢａＣｕＯ２結品を引上げ
るための溶液を得ることが可能である。

このようにしてルツボ３内に所望の溶液７を形成し、こ
れを１２００〜１３Ｏ０℃で約１０時間放置した後、溶
液温度を下げて９００〜１０００℃に設定する。

そしてこの溶液７に引上げ軸８の先端に取付けられたＢ
ａ　ＣＬＩ　０２単結晶からなる種子結晶を浸し、十分
にこの種子結晶を馴染ませる。　その後、０．１〜０．
５℃／ｈという小さい冷却速度で結晶９を引上げる。こ
の引上げに際し、溶液７の表面にはガス導入バイブ１２
を介して酸素ガスを１００　ｍｉ／ｌｌ１ｎ程度供給す
る。１０は内部観察用光入射窓であり、１１は内部観察
窓である。

こうして、ＹＢａ　２　Ｃｕ　３Ｏ７−ａの構成金属元
素の一つであるＢａを含むフラックスを用いたキポラス
法によって、比較的低温で、Ｙ　Ｂａ　２　Ｃｕ　３Ｏ７−ａの構成元素のうち二つ
の金属元素を含むＢａ　Ｃｕ　０２結晶を引上げること
ができる。この場合、結晶引上げに際して酸素ガスを供
給することにより、溶液中および成長結晶中の酸素欠陥
の発生を防止することができる。

次にこのようにして得られたＢ３　Ｃｕ　０２結晶をス
ライス加工し、鏡面研磨した基板を形成して、これに更
にＹ　Ｂａ　２　Ｃｕ　３Ｏｒ−ａ結晶層を液相成長さ
せる。

第５図は、その実施例の液相成長装置の要部構成を示す
。２１は白金ルツボであり、この中にＢａ　Ｃ０３−Ｂ
２０３　　（２０〜５０ＩＩｌｏ１％）混合液をフラッ
クスとしてこれにＹ２Ｏ，およびＣｕＯ粉末を溶かした
溶液２２をつくる。Ｂａ　Ｃｕ　０２結晶基板２３を支
持棒２４の先端に設けた基板保持具２５で保持して溶液
２２に接触させ、これを５０〜１００　ｒｐａ＋の高速
て回転させながら、冷却速度０．１℃／ｈ以下て液相エ
ピタキシャル成長を行う。２６は熱電対である。

これにより第１図に示したようにＢａＣｕＯ２結晶基板
２３上に、２０〜３Ｏμｍの均一なＹ　Ｂａ　２　Ｃｕ
　３Ｏ−、−ａ単結晶層２７が形成されたエピタキシャ
ル争ウェーハか得られる。

第２図は、このようにして得られたウェーハ（２ｚΦ）
のＹ　Ｂａ　２　Ｃｕ　３Ｏ□−ａ結晶層の超電導転移
温度を、径方向に５点測定して示したものである。電気
抵抗が零による温度は５点とも３Ｏ〜３８にの範囲内に
収まり、均一性の優れた超電導エピタキシャル・ウェー
ハが得られていることが分かる。

上記実施例では、Ｂａ　ＣＯ３−Ｂ２０３混合液をフラ
ックスとして用いたが、ＢＨＯＢ２０３混合液、或いは
ＨＢａＯ−Ｂ２Ｏ２混合液を用いることができる。また
基板結晶として、所望の酸化物超電導体の構成元素のう
ち二つの金属元素を含む酸化物結晶を用いたが、これは
結晶成長に際しての格子整合が取り易いためである。従
って実、施例と同様の　Ｂａ　Ｃｕ　０２結晶基板に、
（Ｌａ　、　　Ｂａ　）　２　Ｃｕ　０４−７結晶をエ
ピタキシャル成長させたウェーハも有効である。また結
晶基板としてＹＣｕ　Ｏ結晶を用いてこの上にＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏ□−６結晶をエピタキシャル成長させたもの、
結晶基板としてＬａ　Ｃｕ　Ｏ結晶を用いてこの上に（
Ｌａ　、　　Ｂａ　）　２　Ｃｕ　０４−Ｆをエピタキ
シャル成長させたもの等も、上記実施例と同様の方法で
形成することができ、これらも優れた超電導素子ウェー
ハとなる。

本発明は、スパッタ法による薄膜を単結晶化した酸化物
超電導素子ウェーハをも含む。そのような実施例を、具
体的な素子工程まで含めて第６図（ａ）〜（ｆ）により
説明する。第６図（ａ）が実施例の酸化物超電導素子ウ
ェーハであり、基板３１はＹ２　Ｃｕ２０５単結晶であ
って、この上にＹ　Ｂａ　２　Ｃｕ　３Ｏ７−ａ結晶層
３２が形成されている。このウェーハを形成するにはま
ず、Ｙ　２０３とＣｕＯの粉末を１：１に混合し、１２
００℃に加熱溶融してＹ２　Ｃｕ　３Ｏ５結晶を引上げ
法により形成し、これを切断して基板３１を得る。そし
て基板温度７５０℃でＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０をターゲット
とするスパッタを酸素雰囲気中で行い、得られたスパッ
タ膜を１気圧の酸素雰囲気中で８５０〜９００℃、１時
間の熱処理を行って結晶化する。こうして得られたＹ　
Ｂａ　２　Ｃｕ　３Ｏ７−Ｊ結晶層３２を第６図（ｂ）
に示すように所定パターンに形成し、次いで第６図（ｃ
）に示すようにフォトレジスト３３１を形成してプラズ
マＣＶＤ法により約８０人の薄いシリコン窒化膜３４を
形成する。そしてフォトレジスト３３１を除去し、再度
第６図（ｄ）に示すようにフすトレジスト３３２をパタ
ーン形成してプラズマＣＶＤ法により約３Ｏ００人のシ
リコン窒化膜３５を堆積する。

そしてフォトレジスト３３２を除去し、全面に再度ＹＢ
ａ２Ｃｕ−０層をスパッタにより堆積し、先の工程と同
様にこれを熱処理により結晶化してＹ　Ｂａ　２　Ｃｕ
　３Ｏ７−ａ結晶層３６を得る。最後にこのＹ　Ｂａ　
２　Ｃｕ　３Ｏｔ−ａ結晶層３６をパターン形成して第
６図（【）に示すようにジョセフソン素子が完成する。

このようにして得られたジョセフソン接合素子は接合特
性が良好であり、臨海電流は１０１６Ａ／ｃ１１２を示
した。

［発明の効果］以上述べたように本発明のウェーハは、所望の酸化物超
電導体の構成元素のうち少なくとも二つの金属元素を含
む酸化物結晶基板に、その二つの金属元素を含む多元系
酸化物結晶層が形成されたものであり、基板との関係で
良質の酸化物超電導結晶層をエピタキシャル成長させた
優れた超電導素子ウェーハが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ□−６結晶層を持つエピタキシャル・
ウェーハを示す図、第２図はそのエピタキシャル・ウェ
ーハの超電導転移温度分布を測定した結果を示す図、第
３図はＹＣｕ　Ｏ結晶の引上げ装置を示す図、第４図は
ＢａＯ−８２０３系の相図、第５図は上記エピタキシャ
ル・ウェーハの製造法を説明するだめの図、第６図（ａ
）〜（ｆ）は他の実施例の酸化物超電導素子ウェーハと
その製造法、およびそのウェーハを用いた具体的な素子
の製造法を説明するための図である。１・・・アルミナシールド材、会・・・白金ヒータ、３
・・・白金ルツボ、４・・・支持台、５・・・支持棒、
６・・・熱電対、７・・・溶液、８・・・引上げ軸、９
・・・ＹＣｕ　Ｏ結晶、１０・・・内部観察用光照射窓
、１１・・・内部観察窓、１２・・・ガス導入パイプ、
２１・・・白金ルツボ、２・・・溶液、２３・・・ＹＣ
ｕ　Ｏ結晶基板、２４・・・支持棒、　２５・・・保持
具、　２６・・熱電対、２７・・・Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｃ
ｕ　３Ｏ７−ｓ結晶層。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１　図０　　　１０　　２０　　３Ｏ　　　ａ　　　５０　　
６０　　７０遍度　（に）帛２　図第３− ？？１４　図第５図１″：Ｓ　６図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも二つの金属元素の酸化物からなる結晶
基板上に、前記二つの金属元素を含む多元系酸化物超電
導結晶層を有することを特徴とする酸化物超電導素子ウ
ェーハ。
（２）前記結晶基板はＢａＣｕＯ＿２結晶であり、前記
多元系酸化物超電導体結晶層はＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δまたは（Ｌａ、Ｂａ）＿２ＣｕＯ＿４＿−＿ｙである特許請求
の範囲第１項記載の酸化物超電導素子ウェーハ。
（３）前記結晶基板はＹＣｕＯ結晶であり、前記多元系
酸化物超電導体結晶層はＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δである特許請求の範
囲第１項記載の酸化物超電導素子ウェーハ。
（４）前記結晶基板はＬａＣｕＯ結晶であり、前記多元
系酸化物超電導体結晶層は（Ｌａ、Ｂａ）＿２ＣｕＯ＿４＿−＿ｙである特許請求
の範囲第１項記載の酸化物超電導素子ウェーハ。