(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された、ジョセフソン接合をなす第１および第２の酸化物超電導層と、
前記第１および第２の酸化物超電導層の配線部分間に形成された、下記化学式
Ｃｅ1-xＮｄxＯy、Ｙ1-xＬａxＯy、Ｐｒ1-xＹxＯy、またはＧｄ1-xＬａxＯy
（０．１≦ｘ≦０．６、１．４≦ｙ≦２．１）
で表される絶縁層と
を有することを特徴とする超電導素子。
【請求項２】
さらに、基板と第１の酸化物超電導層との間に、前記化学式で表される絶縁層を有することを特徴とする請求項１に記載の超電導素子。
【請求項３】
前記絶縁層と、基板または超電導層とが、少なくとも１種の共通の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の超電導素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導体により形成されるＳＦＱ回路（Single Flux Quantum：単一磁束量子素子）は、１００ＧＨｚを超える周波数領域において動作可能な特性を持つことから、近未来の超高速論理回路作製に向けた要素技術として期待されている。ＳＦＱ回路の応用分野としては、インターネットルータに代表される次世代モバイル通信のインフラ構築、超高速性を生かした超ハイスループットコンピュータ用演算回路構築、ソフトウェア無線対応の論理回路構築などが考えられている。
【０００３】
ＳＦＱ回路を構築するにあたっては、低温超電導体よりも高温酸化物超電導体を用いることが有利なのは明らかである。すなわち、Ｎｂ系に代表される従来の低温超電導体を用いたＳＦＱ回路は液体ヘリウムなどの冷媒を要し、４．２Ｋでしか動作できなかった。これに対して、高温酸化物超電導体を用いたＳＦＱ回路は３０〜４０Ｋにおいて動作し、ＧＭクーラーなどのクライオクーラーにより冷却可能であるため冷却コストが極めて安価であるうえに、動作周波数５００ＧＨｚ程度のパフォーマンスが期待できる。
【０００４】
高温酸化物超電導体を用いたＳＦＱ回路の構成要素の１つであるジョセフソン接合の形態には、積層型、ランプエッジ型、粒界接合型、ステップエッジ型などがある。以下、代表例として、ランプエッジ型のジョセフソン接合を有する素子の製造方法を簡単に説明する。まず、絶縁基板上に第１の超電導層および絶縁層を積層する。次に、絶縁層および第１の超電導層を斜め方向にエッチング加工してランプエッジを形成する。このエッチング加工により第１の超電導層の表面には変質層が形成される。次いで、第２の超電導層を成膜して、第１および第２の超電導層間にジョセフソン結合を形成した後、第２の超電導層をパターニングする。その後、アニーリングなどを行う。
【０００５】
高温超電導体を用いたＳＦＱ回路において１００ＧＨｚオーダーの高速動作を実現するためには、回路構成要素の１つであるジョセフソン接合においてＩｃＲｎ値に代表される電気特性を最適化するのみならず、回路構成要素の１つである配線部分の配線インダクタンス（Ｌ）および配線容量（Ｃ）を所望の範囲内に設定し、配線長、配線幅、配線層厚み、などにおける回路設計マージンを向上させることが重要である。これらのうち配線容量は配線長などの設計マージンに直接影響を与えるため、極力低い値に抑えることが重要である。このためには、動作条件下での絶縁層の比誘電率（εr）を極力低下させることが重要である。また、薄膜成長の観点から、絶縁層には、超電導層との格子整合が良好で、格子対称性が類似しており、超電導層とのエピタキシャル成長に適していることが要求される。
【０００６】
高温超電導ＳＦＱの動作温度として期待されている約４０Ｋ以下の温度領域において、膜厚約３００ｎｍの絶縁層は４０以下のεrを持つことが望ましいとされる。従来、２層の超電導層間の絶縁層には、格子整合などの観点から、ＳｒＴｉＯ3（チタン酸ストロンチウム）が多用されてきた。しかし、ＳｒＴｉＯ3は、ＧＨｚ帯周波数領域において比誘電率が高く（εr：１００〜１０００）、特に高周波数帯域において用いられるデジタルデバイスに対しては不適切であった。
【０００７】
また、薄膜成長の観点から、従来用いられてきた絶縁層には以下に述べるような種々の問題があった。
【０００８】
ＭｇＯは比誘電率の低い物質であるが、ＭｇＯには以下のような問題がある。ＭｇＯを特にランプエッジ型超電導素子の絶縁層として使用した場合には、ＭｇＯ層の傾斜面上に成長する超電導層の（００１）方向が傾斜面の法線方向と平行になり、傾斜面端部の超電導層中に発生した粒界により粒界接合が形成される現象が見られる。このため、特にランプエッジ接合を基本とする回路のように、絶縁層の傾斜面上に超電導層をエピタキシャル成長させる場合にＭｇＯを用いるのは適していない。また、ＭｇＯは水分により分解する性質が強く、プロセス中における大気、有機溶剤などから吸湿することによって、分解反応や表面のアモルファス化を起こしやすく、この点でもＭｇＯは絶縁層として適していない。
【０００９】
ＣｅＯ2は比誘電率が２０〜２５程度であるが、ＣｅＯ2にも以下のような問題がある。ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7などの超電導薄膜とＣｅＯ2とのエピタキシャル成長は、傾斜面上においてもＭｇＯに比較して良好である。しかし、ＣｅＯ2層上にＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7を成長させた場合、成長初期過程において界面で反応が起こり、斜方晶ペロブスカイト型のＢａＣｅＯ3が生成される。この反応生成物は、超電導接合部の一部やグランドプレーンと下部電極層との界面付近に存在するため、接合特性およびグランドプレーンと下部電極層とのコンタクトなどの電気特性に著しく悪影響を及ぼす。しかも、この反応生成物は、薄膜中の析出物密度を高め、配線部の断線の原因となり、接合特性の再現性やバラツキに大きな影響を与える。また、ＣｅＯ2を基板上およびＹＢＣＯ上に（００１）配向させた場合、ＣｅＯ2は（１１１）面をエネルギー的に安定な面として成長するため、表面には（００１）面に加えて（００１）面に対して傾斜した（１１１）面をファセットとして持つ部分が多数混入し、非常に凹凸の激しい島状成長のような成長様式を示す。これらの理由により、ＣｅＯ2は超電導層とのエピタキシャル成長には不適である。
【００１０】
上記のように、従来の超電導素子の絶縁層として用いられてきた物質には様々な問題点があり、これら問題点を総合的に解決する絶縁層の開発が求められていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、膜厚が約３００ｎｍ以上で酸化物超電導層との平坦なエピタキシャル成長が可能であり、かつ約４０Ｋ以下の動作温度においてεrが４０以下である絶縁層を有し、良好な特性を示す超電導素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る超伝導素子は、基板と、前記基板上に形成された、ジョセフソン接合をなす第１および第２の酸化物超電導層と、前記第１および第２の酸化物超電導層の配線部分間に形成された、下記化学式
Ｃｅ1-xＮｄxＯy、Ｙ1-xＬａxＯy、Ｐｒ1-xＹxＯy、またはＧｄ1-xＬａxＯy
（０．１≦ｘ≦０．６、１．４≦ｙ≦２．１）
で表される絶縁層とを有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態における超電導素子についてより詳細に説明する。
基板としては、ＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ、Ｌａ−Ｓｒ−Ａｌ−Ｔａ−Ｏ系酸化物（ＬＳＡＴ基板）、ＮｄＧａＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）などが用いられる。
【００１６】
ジョセフソン接合を形成する第１および第２の酸化物超電導層の材料としては、Ｌｎ−ＡＥ−Ｃｕ−Ｏ系（ＬｎはＹおよび希土類金属を表し、ＡＥはアルカリ土類金属を表す）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、（Ｂａ，Ｋ）ＢｉＯ3系などが用いられる。より具体的には、ＳＦＱ回路に一般的に用いられている銅系酸化物超電導体ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏz（ここで、ＬｎはＹおよび希土類金属からなる群より選択される少なくとも１種であり、６．０≦ｚ≦８．０）、いわゆる１２３系超電導体が挙げられる。代表的な銅系酸化物超電導体としてはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7（ＹＢＣＯ）およびＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7（ＮＢＣＯ）が知られている。これらの格子定数は、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7で０．３８６ｎｍ、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7で０．３９０ｎｍである。
【００１７】
第１および第２の酸化物超電導層は、スパッタ法、レーザーアブレーション法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜される。
【００１８】
ジョセフソン接合の形態としては、積層型、ランプエッジ型、粒界接合型、ステップエッジ型などが挙げられる。
【００１９】
本発明の実施形態に係る超電導素子においては、第１および第２の酸化物超電導層の配線部分間に形成される絶縁層として、イットリウムおよびランタノイドから選択される少なくとも２種の金属元素を含有し、主に立方晶構造を持つ固溶系酸化物を用いる。
【００２０】
具体的には、下記化学式（１）
（Ｌ１1-xＬ２x）Ｏy          （１）
（ここで、Ｌ１はＹ、Ｃｅ、ＰｒおよびＧｄからなる群より選択される少なくとも１種の元素、Ｌ２はＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍおよびＹｂからなる群より選択される、Ｌ１とは異なる少なくとも１種の元素、０＜ｘ＜１、好ましくは０．１≦ｘ≦０．６、１．４≦ｙ≦２．１）
で表される絶縁層が用いられる。
【００２１】
これらの絶縁層は、母材であるＹ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3またはＧｄ2Ｏ3と、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍおよびＹｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むその他の酸化物との固溶系酸化物である。
【００２２】
これらの絶縁体は、いずれも比誘電率が１０〜２５程度と低いので、ＳｒＴｉＯ3などに比較して配線容量を著しく低下させることが可能となる。
【００２３】
また、これらの絶縁層は、酸化物超電導体とのエピタキシャル成長に適した格子対称性及び格子整合性を持つ。このため、複数の製造工程を経ても、超電導体の結晶性、配向性などの構造的性質を良好に保つことができ、また超電導転移温度（Ｔｃ）、配線部の巨視的臨界電流密度（Ｊｃ）などの電気特性を良好に保つことができる。
【００２４】
なお、これらの絶縁層の格子定数は０．３８２〜０．３９０ｎｍが好ましく、特に代表的な銅系酸化物超電導体として既述したＹＢＣＯまたはＮＢＣＯの格子定数０．３８６ｎｍまたは０．３９０ｎｍに近似していることが最も好ましい。一方、上述した固溶系酸化物の母材であるＹ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3またはＧｄ2Ｏ3の格子定数は、目標とするＹＢＣＯまたはＮＢＣＯの格子定数０．３８６ｎｍまたは０．３９０ｎｍよりも小さいかまたは大きい。このため、上述した母材酸化物に固溶させる酸化物としては、母材酸化物の格子定数が小さい場合には格子定数を大きくするような酸化物、母材酸化物の格子定数が大きい場合には格子定数を小さくするような酸化物が選択される。
【００２５】
特に、下記化学式（２）
（Ｃｅ1-xＬ２x）Ｏy          （２）
（ここで、Ｌ２はＹ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍおよびＹｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素、０＜ｘ＜１、好ましくは０．１≦ｘ≦０．６、１．４≦ｙ≦２．１）
で表される絶縁層が好適に用いられる。
【００２６】
（Ｃｅ1-xＬ２x）Ｏyで表される絶縁層の結晶構造は、ＳｒＴｉＯ3（１００）基板またはＬａ−Ｓｒ−Ａｌ−Ｔａ−ＯすなわちＬＳＡＴ（１００）基板などの４回対称を持つ基板面上での平坦成長に適したホタル石型となり、かつ約７００〜８００℃での成長温度においてＹＢＣＯとの格子不整合値がほぼゼロとなるためエピタキシャル成長の観点から理想的な性質を示す。したがって、各超電導層の（００１）配向が促進され、極めて構造的、電気特性的に優れたエピタキシャル積層膜が作製可能となる。
【００２７】
図１〜図５に各種絶縁層の格子定数を示す。
図１はＣｅ1-xＬａxＯyについてｘ（Ｌａ組成）と格子定数との関係を示す。
図２はＣｅ1-xＮｄxＯyについてｘ（Ｎｄ組成）と格子定数との関係を示す。
図３はＹ1-xＬａxＯyについてｘ（Ｌａ組成）と格子定数との関係を示す。
図４はＰｒ1-xＹxＯyについてｘ（Ｙ組成）と格子定数との関係を示す。
図５はＧｄ1-xＬａxＯyについてｘ（Ｌａ組成）と格子定数との関係を示す。
これらの図には、好ましい格子定数の下限値０．３８２ｎｍと上限値０．３９０ｎｍを破線で示している。
【００２８】
本発明の他の実施形態においては、特にランプエッジ型接合の超電導素子で、第１および第２の酸化物超電導層の配線部分間に設けられる層間絶縁層としてだけでなく、基板と第１層目の酸化物超電導層との間に化学式（１）または化学式（２）で表される絶縁層をバッファ層として有していてもよい。
【００２９】
このような超電導素子では、ランプエッジ型接合の各種製造工程を経ても、高品質な積層膜を形成することができるとともに、配線部の容量を著しく低下させることができる。
【００３０】
本発明の他の実施形態においては、絶縁層と、基板または超電導層とが、少なくとも１種の共通の元素を含有することが好ましい。
【００３１】
このような超電導素子では、各層の成長工程において、成長相の化学ポテンシャル（自由エネルギー）が低下するため熱的に安定化し、成長相の成長速度が促進される。これにより、積層膜のそれぞれの層において、結晶性、表面性、臨界温度などが著しく良好になる。
【００３２】
【実施例】
［実施例１］
本実施例においては、基板としてＬａ0.3Ｓｒ0.7Ａｌ0.65Ｔａ0.35Ｏ3（ＬＳＡＴ）、下部超電導層および上部超電導層としてＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、絶縁層として（Ｙ0.7Ｌａ0.3）Ｏyを用い、積層型超電導素子を作製し、電気特性を評価した。図６に、（Ｙ0.7Ｌａ0.3）ＯyとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7との格子対称性を示す。
【００３３】
図７（Ａ）〜（Ｃ）に積層型超電導素子の製造工程を示す。表１に各層の成膜条件またはエッチング条件を示す。
【００３４】
【表１】
0004037666.tif 000002
【００３５】
図７（Ａ）に示すように、ＬＳＡＴ基板１１上に、厚さ約２００ｎｍのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7からなる下部電極層１２をスパッタリングにより成膜した。下部電極層１２上に、厚さ約６００ｎｍの（Ｙ0.7Ｌａ0.3）Ｏyからなる層間絶縁層１３をスパッタリングにより成膜した。層間絶縁層１３上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターン１４を形成した。
【００３６】
図７（Ｂ）に示すように、レジストパターン１４をマスクとして層間絶縁層１３のイオンエッチングを行った。その後、レジストパターンの残渣を除去した。このイオンエッチングにより下部電極の表面には変質層が形成されているものと推定される。
【００３７】
図７（Ｃ）に示すように、全面に厚さ約３００ｎｍのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7からなる上部電極層１５を成膜した。この結果、下部電極層１２と上部電極層１５との間に積層型のジョセフソン結合が形成される。上部電極層１５上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターン（図示せず）を形成した。レジストパターンをマスクとして上部電極層１５をイオンエッチングすることにより上部電極のパターンを形成した。その後、レジストパターンの残渣を除去した。さらに、金電極１６を形成した後、Ｏ2流量１０００ｓｃｃｍ、１気圧の雰囲気において４００℃でアニールした。
【００３８】
図８に作製された積層型超電導素子の電気特性を示す。単一チップ内における１００個の素子についてジョセフソン接合の電気特性を評価した。Ｉｃの平均値は０．７３ｍＡ、Ｒｎの平均値は３．０Ω、Ｉｃの標準偏差は７．７％であった。上部電極および下部電極について、Ｔｃはそれぞれ８０Ｋ、８２Ｋ、Ｊｃはそれぞれ５．８×１０7Ａ／ｃｍ2、１×１０7Ａ／ｃｍ2であった。
【００３９】
［実施例２］
本実施例においては、基板としてＬＳＡＴ、下部超電導層および上部超電導層としてＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、絶縁層として（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyを用い、実施例１と同様な方法で積層型超電導素子を作製し、電気特性を評価した。図９に、ホタル石構造の（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）ＯyとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7との格子対称性を示す。
【００４０】
（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏy層上のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7は格子対称性が四回対称であり、基板、絶縁層、超電導層のいずれも共通の対称性を示した。
【００４１】
また、バルク試料の高温でのＸ線回折結果より、積層膜作製温度である７００〜８００℃を経た後の格子不整合値はほぼゼロであり、（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）ＯyはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7とのエピタキシャル成長に適していることがわかった。
【００４２】
さらに、積層膜の室温でのＸ線回折結果より、（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏy層上のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7層は完全な（００１）配向を示し、（１１０）配向の混入および界面でのＢａＣｅＯ3相の生成も認められなかった。
【００４３】
図１０に作製された積層型超電導素子の電気特性を示す。単一チップ内における１００個の素子についてジョセフソン接合の電気特性を評価した。Ｉｃの平均値は１．００ｍＡ、Ｒｎの平均値は２．１Ω、Ｉｃの標準偏差は６．３％であった。上部電極および下部電極について、Ｔｃはそれぞれ８０Ｋ、８３Ｋ、Ｊｃはそれぞれ２．５×１０7Ａ／ｃｍ2、２．１×１０7Ａ／ｃｍ2であった。
【００４４】
［実施例３］
本実施例においては、基板としてＬＳＡＴ、下部超電導層および上部超電導層としてＹＢａ1.9Ｌａ0.1Ｃｕ3Ｏw（６．０≦ｗ≦８．０）、絶縁層として（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyを用い、ランプエッジ型超電導素子を作製し、電気特性を評価した。
【００４５】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）にランプエッジ型超電導素子の製造工程を示す。表２に各層の成膜条件またはエッチング条件を示す。
【００４６】
【表２】
0004037666.tif 000003
【００４７】
図１１（Ａ）に示すように、ＬＳＡＴ基板２１上に、厚さ約２００ｎｍのＹＢａ1.9Ｌａ0.1Ｃｕ3Ｏwからなる下部電極層２２をスパッタリングにより成膜した。下部電極層２２上に、厚さ約６００ｎｍの（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyからなる層間絶縁層２３をスパッタリングにより成膜した。層間絶縁層２３上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターン２４を形成した。
【００４８】
図１１（Ｂ）に示すように、レジストパターン２４をマスクとして層間絶縁層２３に対して第１段のイオンエッチングを行った。レジストパターンの残渣を除去した後、下部電極層２２に対して第２段のイオンエッチングを行った。これらのイオンエッチングにより、ランプエッジをなす層間絶縁層および下部電極のパターンを形成した。イオンエッチングにより下部電極の表面には変質層が形成されているものと推定される。
【００４９】
図１１（Ｃ）に示すように、全面に厚さ約３００ｎｍのＹＢａ1.9Ｌａ0.1Ｃｕ3Ｏwからなる上部電極層２５を成膜した。この結果、下部電極層２２と上部電極層２５との間にランプエッジ型のジョセフソン結合が形成される。上部電極層２５上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターン（図示せず）を形成した。レジストパターンをマスクとして上部電極層２５をイオンエッチングすることにより上部電極のパターンを形成した。その後、レジストパターンの残渣を除去した。さらに、金電極２６を形成した後、Ｏ2流量１０００ｓｃｃｍ、１気圧の雰囲気において４００℃でアニールした。
【００５０】
図１２に作製されたランプエッジ型超電導素子の電気特性を示す。単一チップ内における１００個の素子についてジョセフソン接合の電気特性を評価した。Ｉｃの平均値は１．１０ｍＡ、Ｒｎの平均値は２．０Ω、Ｉｃの標準偏差は５．５％であった。上部電極および下部電極について、Ｔｃはそれぞれ８５Ｋ、８６Ｋ、Ｊｃはそれぞれ６．５×１０7Ａ／ｃｍ2、２．５×１０7Ａ／ｃｍ2であった。
【００５１】
本実施例のランプエッジ型超電導素子は、基板、下部超電導層、絶縁層および上部超電導層がＬａを共通元素として持つため、各層の成長工程において、成長相の化学ポテンシャル（自由エネルギー）が低下するため熱的に安定化し、成長相の成長速度が促進される。これにより、積層膜のそれぞれの層において、結晶性、表面性、臨界温度などが著しく良好になる。
【００５２】
［実施例４］
本実施例においては、基板としてＬＳＡＴ、下部超電導層および上部超電導層としてＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7、バッファ層および絶縁層として（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyを用い、ランプエッジ型超電導素子を作製し、電気特性を評価した。
【００５３】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）にランプエッジ型超電導素子の製造工程を示す。
図１３（Ａ）に示すように、ＬＳＡＴ基板３１上に、厚さ約２００ｎｍの（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyからなるバッファ層３２、厚さ約２００ｎｍのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7からなる下部電極層３３をスパッタリングにより成膜した。下部電極層３３上に、厚さ約６００ｎｍの（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyからなる層間絶縁層３４をスパッタリングにより成膜した。層間絶縁層３４上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターン３５を形成した。
【００５４】
図１３（Ｂ）に示すように、レジストパターン３５をマスクとして層間絶縁層３４に対して第１段のイオンエッチングを行った。レジストパターンの残渣を除去した後、下部電極層３３に対して第２段のイオンエッチングを行った。これらのイオンエッチングにより、ランプエッジをなす層間絶縁層および下部電極のパターンを形成した。イオンエッチングにより下部電極の表面には変質層が形成されているものと推定される。
【００５５】
図１３（Ｃ）に示すように、全面に厚さ約３００ｎｍのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7からなる上部電極層３６を成膜した。この結果、下部電極層３３と上部電極層３６との間にランプエッジ型のジョセフソン結合が形成される。上部電極層３６上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターン（図示せず）を形成した。レジストパターンをマスクとして上部電極層３６をイオンエッチングすることにより上部電極のパターンを形成した。その後、レジストパターンの残渣を除去した。さらに、金電極３７を形成した後、Ｏ2流量１０００ｓｃｃｍ、１気圧の雰囲気において４００℃でアニールした。
【００５６】
図１４に作製されたランプエッジ型超電導素子の電気特性を示す。単一チップ内における１００個の素子についてジョセフソン接合の電気特性を評価した。Ｉｃの平均値は０．９０ｍＡ、Ｒｎの平均値は２．２Ω、Ｉｃの標準偏差は５．０％であった。上部電極および下部電極について、Ｔｃはそれぞれ８３Ｋ、８５Ｋ、Ｊｃはそれぞれ５．５×１０7Ａ／ｃｍ2、２．６×１０7Ａ／ｃｍ2であった。
【００５７】
［実施例５］
下部超電導層および上部超電導層としてＹＢａ1.9Ｌａ0.1Ｃｕ3Ｏwを用いた以外は実施例４と同様にしてランプエッジ型超電導素子を作製した。
【００５８】
単一チップ内における１００個の素子についてジョセフソン接合の電気特性を評価した。Ｉｃの平均値は０．８２ｍＡ、Ｒｎの平均値は２．５Ω、Ｉｃの標準偏差は４．５％であった。
【００５９】
実施例４と比較して、各層の配向性、表面性、Ｔｃ、ＩｃＲｎなどの電気特性が改善され、良好な特性をもつランプエッジ型超電導素子が得られていることが判明した。これは、本実施例のランプエッジ型超電導素子は、基板、下部超電導層、絶縁層および上部超電導層がＬａを共通元素として持つためであると考えられる。
【００６０】
なお、絶縁層として（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）Ｏyや（Ｙ0.7Ｌａ0.3）Ｏyに限らず、図１〜図５に示される範囲のその他の固溶系酸化物を用いた場合にも各実施例と同様の良好な電気特性が得られることが確認されている。
【００６１】
また、酸化物超電導体としてＹＢＣＯに限らず、（Ｂａ，Ｋ）ＢｉＯ3系、Ｂｉ系、Ｔｌ系、Ｌａ２１４系など、結晶構造が１２３系と類似した他の酸化物超電導体を用いた場合にもと同様の良好な電気特性が得られることが確認されている。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、膜厚が約３００ｎｍ以上で酸化物超電導層との平坦なエピタキシャル成長が可能であり、かつ約４０Ｋ以下の動作温度においてεrが４０以下である絶縁層を有し、良好な特性を示す超電導素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｅ1-xＬａxＯyについてｘと格子定数との関係を示す図。
【図２】Ｃｅ1-xＮｄxＯyについてｘと格子定数との関係を示す図。
【図３】Ｙ1-xＬａxＯyについてｘと格子定数との関係を示す図。
【図４】Ｐｒ1-xＹxＯyについてｘと格子定数との関係を示す図。
【図５】Ｇｄ1-xＬａxＯyについてｘ（Ｌａ組成）と格子定数との関係を示す図。
【図６】（Ｙ0.7Ｌａ0.3）ＯyとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7との格子対称性を示す図。
【図７】実施例１における積層型超電導素子の製造方法を示す断面図。
【図８】実施例１における積層型超電導素子の電気特性評価結果を示す図。
【図９】（Ｃｅ0.8Ｌａ0.2）ＯyとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7との格子対称性を示す図。
【図１０】実施例２におけるランプエッジ型超電導素子の電気特性評価結果を示す図。
【図１１】実施例３におけるランプエッジ型超電導素子の製造方法を示す断面図。
【図１２】実施例３におけるランプエッジ型超電導素子の電気特性評価結果を示す図。
【図１３】実施例４におけるランプエッジ型超電導素子の製造方法を示す断面図。
【図１４】実施例４におけるランプエッジ型超電導素子の電気特性評価結果を示す図。
【符号の説明】
１１…ＬＳＡＴ基板
１２…下部電極層
１３…層間絶縁層
１４…レジストパターン
１５…上部電極層
１６…金電極
２１…ＬＳＡＴ基板
２２…下部電極層
２３…層間絶縁層
２４…レジストパターン
２５…上部電極層
２６…金電極
３１…ＬＳＡＴ基板
３２…バッファ層
３３…下部電極層
３４…層間絶縁層
３５…レジストパターン
３６…上部電極層
３７…金電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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