JP3104806B2

JP3104806B2 - 量子干渉デバイス及び干渉電流の処理方法

Info

Publication number: JP3104806B2
Application number: JP03263263A
Authority: JP
Inventors: 明清水; 昌宏奥田; 和人藤井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH0541528A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子波の干渉及び干渉電
流の処理に関し、より詳細には、それを利用した、すな
わち、磁場、電場、光（強度、波長）などにより伝えら
れる信号をアハロノフ−ボ−ム効果（Ａ−Ｂ効果）や光
シュタルク効果などにより電気信号に変換する量子干渉
デバイス（ＱｕａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
Ｄｅｖｉｃｅ，ＱＩＤ）及び干渉電流の処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１１（ａ）に示す様なＱＩＤの
一種である「光吸収のない光検出器」が提案されてお
り、それは以下の如く動作する。

【０００３】図１１の左側のソ−ス電極１１０から注入
された電子は、波動関数ｅｘｐ（ｉｋｘ）φ_s（ｚ）Ｙ（ｙ）・・・（１）エネルギ− Ｅ＝（（ｈ／２π）²／２ｍ_e）ｋ²＋Ｅ_s＋Ｅ_Y・・・（２）をもってパス１１１、１１２、１１３（量子井戸構造
（ＱＬＳ）、量子細線構造（ＱＬＳ）などで形成され
る）を介して右側のドレイン電極１１４に向かって走り
始める。ここで、ｍ_eはｘ方向の運動の電子の有効質
量、ｋはｘ方向の運動の角波数、Ｅ_sとφ_s（ｚ）は、
それぞれ、ｚ方向に関する、電子のサブバンドの基底準
位のエネルギ−と波動関数、Ｅ_YとＹ（ｙ）は、それぞ
れ、ｙ方向に関する、電子のサブバンドの基底準位のエ
ネルギ−と波動関数である。

【０００４】図１１（ｂ）−（ｄ）のバンド構造図のと
ころで示す様に、電子の波動関数は、ｚ方向に関して、
中央部では２つに分かれて、上側のＱＬＳ１１２（狭い
ほう）では、波動関数ｅｘｐ（ｉｋ_Nｘ）φ_Na（ｚ）Ｙ（ｙ）・・・（３）エネルギ− Ｅ＝（（ｈ／２π）²／２ｍ_e）ｋ_N＋Ｅ_Na＋Ｅ_Y・・・（４）を持ち、下側のＱＬＳ１１３（広いほう）では、波動関数ｅｘｐ（ｉｋ_Wｘ）φ_Wa（ｚ）Ｙ（ｙ）・・・（５）エネルギ− Ｅ＝（（ｈ／２π）²／２ｍ_e）ｋ_W＋Ｅ_Wa＋Ｅ_Y・・・（６）を持つ様になる。ただし（３）、（５）式では規格化定
数は省略している。ここで、Ｅ_Naとφ_Na（ｚ）は上側の
ＱＬＳ１１２での、ｚ方向に関する、サブバンドの電子
の基底準位のエネルギ−と波動関数、Ｅ_Waとφ_Wa（ｚ）
は下側のＱＬＳ１１３での、ｚ方向に関する、サブバン
ドの電子の基底準位のエネルギ−と波動関数、ｋ_Nとｋ_W
は上側と下側のＱＬＳ１１２、１１３でのｘ方向の運動
の角波数である。

【０００５】一般に、Ｅ_Na≠Ｅ_sであるので（２）と
（４）式よりｋ_N≠ｋであり、下側のＱＬＳ１１３につ
いても同様にｋ_W≠ｋである。しかし、この例では、光
が中央部に当たっていない時にはＥ_Na＝Ｅ_Waとなる様に
してあるので（上下のＱＬＳ１１２、１１３に電子を均
等に分配する為）、ｋ_W＝ｋ_Nは成立している。

【０００６】ここで、このデバイスの中央部に光を通過
させると、次の如き光シュタルクシフトが起こる。Ｅ_Na→Ｅ_Na−（ｅμ_Nε）²／δ_N ・・・（７）Ｅ_Wa→Ｅ_Wa−（ｅμ_Wε）²／δ_W ・・・（８）ここで、（ｈ／２π）ω＝Ｅ_Nb−Ｅ_Na−δ_N（｜δ_N｜＜＜（ｈ／２π）ω）＝Ｅ_Wb−Ｅ_Wa−δ_W（｜δ_W｜＜＜（ｈ／２π）ω）・・・（９）である。ただしＥ_Nb、Ｅ_Wbは、それぞれ、上側と下側の
ＱＬＳ１１２、１１３でのｚ方向に関する２番目の準位
のエネルギ−であり、μ_N、μ_Wは、それぞれ、上側と下
側のＱＬＳ１１２、１１３での基底準位から２番目の準
位への遷移の双極子の長さである。

【０００７】この時、特に、Ｅ_WB−Ｅ_Wa＜（ｈ／２π）ω＜Ｅ_Nb−Ｅ_Na ・・・（１０）を満たす様に設定すると（図１１（ｃ）のバンド図のと
ころ参照）と効果的で、こうすればδ_N＞０、δ_W＜０に
なるので式（７）、（８）より上側のパス１１２のＥ_Na
は低い方に、下側のパス１１３のＥ_Waは高い方にシフト
する（図１１（ｃ）のバンド図のハッチングの矢印参
照）。すると、式（４）、（６）より上側のパス１１２
のｋ_Nは増加し、下側のパス１１３のｋ_Wは減少する。

【０００８】このように、上、下側のＱＬＳ１１２、１
１３で波数が異なると、ｘ方向に同じ距離だけ電子が各
パス１１２、１１３中を走行した時に、上側のＱＬＳ１
１２を走った電子と下側のＱＬＳ１１３を走った電子と
で位相差が生じる。光が当たっているのが０≦ｘ≦Ｌの
範囲だとすると、この位相差Δθは、 Δθ＝∫^L ₀（ｋ _N−ｋ_W）ｄｘ・・・（１１）で与えられる。

【０００９】例えば、この位相差Δθが丁度πになる
と、図１１（ａ）の右側のパス１１１で電子の波動関数
が再び１つになる時に、その形は１つになった時の基底
状態であるφ_sではなく、２番目の状態φ_Aになる。とこ
ろが、エネルギ−としては、φ_sに対応するエネルギし
か持っていない為に、反射されてしまうことになる。す
なわち、右側のドレイン電極１１４まで電子は到達でき
ず、ソ−ス電極１１０とドレイン電極１１４との間で電
流は流れない。実際には、式（７）、（８）、（１１）
などから分かる様に、位相差Δθは光の強度Ｉ（ε²に
関する）に応じて変化し、右側のドレイン電極１１４へ
の透過率がｃｏｓ²（Δθ／２）に比例することから、
電流Ｊは、Ｊ＝Ｊ₀ｃｏｓ²（Δθ／２）・・・（１２）となる（Ｊ₀は定数）。

【００１０】従って、Ｊの読み取り値から、（１２）式
を用いて、Δθが分かり、Δθと光強度Ｉの関係、例え
ば、 Δθ＝ｇＩ＋Δθ₀ ・・・（１３）からＩが分かるのである（ｇ、Δθ₀は定数）。

【００１１】上記の技術については、同一出願人による
特願平２−４５０８５号の明細書に記載がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、電流値Ｊから光強度Ｉを推定する時に誤差が伴う。
換言すれば、同じ光強度Ｉに対して、Ｊの測定値が測定
毎にバラつくのである。この原因は、電流の流れがいく
ら制御したつもりでも揺らいでしまって（ミクロなレベ
ルでの電子の衝突、或るエネルギレベルへの電子の捕獲
などによる）、（１２）式のＪ₀が時間的に変動するか
らである。また、ドレイン電極１１４側で電流が検出さ
れない場合、これが本当に電流がないことによるのか、
電流が反射されてしまったので電流がないのかの区別が
つかない。

【００１３】こうしてＪ₀が不確定な為に測定電流値Ｊ
から位相差Δθを推定するところで誤差が出てしまう。

【００１４】よって、本発明の第１の目的は、上記の課
題に鑑み、上記誤差を最小限にすることができる構成を
持つ量子干渉デバイスを提供することにある。

【００１５】本発明の第２の目的は、上記の課題に鑑
み、量子干渉電流が測定ないし検出されるときの上記誤
差を最小限にすることができる干渉電流処理方法を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決する為の手段】本発明は、先ず、量子構造
の複数のパスを伝搬してくる１つの電子波を量子構造の
複数のパスに閉じ込められた複数の電子波に分岐するこ
とで干渉電流を処理することに係わる。分岐電子電流は
合流され、それらの間の位相差に応じて異なるエネルギ
ーレベルを持つ複数種類の電子波が作られる。複数種類
の電子波の電流は検出されて、揺らぎ無しの電流が作成
される。

【００１７】本発明による１つの形態の量子干渉素子は
以下のものを有する：電子波を伝搬させる為の量子構造
を有する複数のパス；電子波を複数の量子構造パスに閉
じ込められた複数の電子波に分岐する為の手段；分岐さ
れている複数の電子波を合流して、分岐電子波間の位相
差に応じて夫々異なるエネルギレベルと異なる大きさを
持つ複数種類の電子波を作り出す為の手段；複数種類の
電子波の電流を夫々検出する為の手段；及び電子波の電
流の揺らぎに影響されない揺らぎ無し電流を、検出され
た電流から作成する為の演算手段。

【００１８】本発明による１つの形態の干渉電流処理方
法は以下のステップを有する：量子構造を有する複数の
パスを伝搬してくる１つの電子波を複数の量子構造パス
に閉じ込められた複数の電子波に分岐するステップ；分
岐されている複数の電子波を合流して、分岐電子波間の
位相差に応じて夫々異なるエネルギレベルと異なる大き
さを持つ複数種類の電子波を作り出すステップ；複数種
類の電子波の電流を夫々検出するステップ；及び電子波
の電流の揺らぎに影響されない揺らぎ無し電流を、検出
された電流から作成するステップ。

【００１９】本発明の原理は次の如きものである。例に
沿って説明する。

【００２０】例えば、電子波のモ−ド変換器であるで上
記合成ないし合流手段と測定手段を用いて、上記（１
２）のＪの代わりにＪ₊＝Ｊ₀ｃｏｓ²（Δθ／２）・・・（１４ａ）Ｊ_-＝Ｊ₀ｓｉｎ²（Δθ／２）・・・（１４ｂ）という２種の電流を測定する。そして、その測定値
Ｊ₊、Ｊ_-から、Ｍ≡（Ｊ₊−Ｊ_-）／（Ｊ₊＋Ｊ_-）・・・（１５）という「規格化された電流Ｍ」をオペアンプなどの演算
手段で演算ないし計算して求める。

【００２１】すると、（１４ａ）、（１４ｂ）、（１
５）式からＭ＝ｃｏｓ（Δθ）・・・（１６）となるので、Ｊ₀が揺らいでも、Ｊ₊とＪ_-の測定値→Ｍ
の値→Δθの値→Ｉの値（上記（１３）式参照）という
一連の推定のプロセスにＪ₀の揺らぎが効いてこなくな
る。よって、本発明のデバイスのＳＮ比が格段によくな
る。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す。同図にお
いて、１、２、３は電子の通り道ないしパス（ｐａｔ
ｈ）、４はバリア層、５はソ−ス領域、６は２つのドレ
イン領域、７はモ−ド変換器、８は定電流源、９は電流
計、１０は演算器である。図１１１（ａ）の提案例との
主な違いは、図１右側の部分に電子波のモ−ド変換器７
を付加したことと、それに応じて電流計９がＪ₊用、Ｊ_-
用の２つに増えたことである。また、図１では、定電流
源８で駆動する様になっているが、ここは、図１１
（ａ）のように定電圧駆動しても本質的には変わらな
い。ただ、図１の構造では中間部への光の照射状態で電
子電流に対する抵抗が大きく変化し、従って定電圧駆動
とすると電流が大きく変化するので都合が良くない。

【００２３】上記モ−ド変換器７は、例えばＱＬＳ２、
３を図１に示す様に薄いバリア層４を介して交差させた
構造で実現できる。バリア層４の厚さと組成を調整して
透過率が５０％になる様にすることは容易にできる（例
えば、江崎、榊編著「超格子ヘテロ構造デバイス」、工
業調査会参照）。

【００２４】２つの電流計９はオペアンプ等でも良いこ
とは勿論である。

【００２５】図２（ａ）はこの実施例の積層構造を示
し、図２（ｂ）はこれのバンド構造を示す。図２（ａ）
において、ＧａＡｓ基板１１上に、ｉ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１２（厚さ５０００Å）、ｉ−ＧａＡｓ層１３（厚
さほぼ１０００Å）、ｉ−ＡｌＡｓ層１３（厚さほぼ２
０Å）、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１５（厚さほぼ５０Å）、
ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１６（厚さほぼ１０００Å、不純物
濃度１×１０¹⁸）、ｎ−ＧａＡｓ層１７（厚さほぼ２０
０Å、不純物濃度１×１０¹⁸）がこの順序で形成され
る。図２（ｂ）に示すように、２次元電子ガス２ＤＥＧ
がｉ−ＧａＡｓ層１３とｉ−ＡｌＡｓ層１４との間に形
成され、電子が層１２〜１７で画成される面に対して垂
直な方向に閉じ込められる。図２（ｂ）で、Ｅ_fはフェ
ルミエネルギーを示す。更に、図２（ａ）において、ｉ
−ＧａＡｓ層１３は２重ヘテロ構造を構成するが、これ
は量子井戸構造で置き換えられてもよい。この場合、井
戸の厚さはほぼ１００Åである。ｉ−ＡｌＡｓ層１４
は、Ａｌ混晶比が０．３〜０．４のｉ−ＡｌＧａＡｓ
（例えば、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ）で置き換えられてもよ
い。

【００２６】ＱＬＳまたは電子パスを形成する為の横方
向の閉じ込めは、例えば、ＲＩＢＥ（反応性イオンビー
ムエッチング）で形成されるリッジ構造で行なわれる。
図３（ａ）のＡ−Ａ′断面図である図３（ｂ）にこの構
造が示される。デバイスの斜視図である図３（ａ）にお
いて、ｚ方向の閉じ込めは２重ヘテロ構造または量子井
戸構造で達成され、ｘ方向の閉じ込めは図３（ｂ）のリ
ッジ構造で達成される。

【００２７】図３（ｂ）において、エッチングによる空
乏層の幅は、ドーピング量にも依るが、約１０００Åで
ある。従って、広いほうのリッジの幅Ｄ₁はほぼ０．２
１μｍと見積もられ、ｘ方向の電子の閉じ込めはほぼ１
００Åとなる。ここで、２つのリッジの幅Ｄ₁、Ｄ₂は異
なるように設定され（Ｄ₁≠Ｄ₂）、これにより電場ベク
トルＥがｘ方向に振動する光が２つのパス２、３に当て
られるときに、光シュタルク効果ないし光ＱＣＳＥ（ｑ
ｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔＳｔａｒｋ
ｅｆｆｅｃｔ）により位相差Δθが生じる。

【００２８】この構造では、パス１とモード変換器７の
バリアもまた、エッチングに依り形成される空乏層で構
成される。

【００２９】デバイス作製の技術については、「Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄＳｅｍｉｍｅｔａｌｓ，
Ｖｏｌ．２４，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，Ｉｎ
ｃ．１９８７」などに書かれている。

【００３０】本実施例のモ−ド変換器７の動作は以下の
如く行なわれる。

【００３１】図１に示す様に、上側のＱＬＳ２からｅｘ
ｐ（ｉθ_N）φ_Nという波動関数、下側のＱＬＳ３からｅ
ｘｐ（ｉθ_W）φ_Wという波動関数で電子波が入射する
と、合成されて１／√２・（ｅｘｐ（ｉθ_N）＋ｅｘｐ
（ｉθ_W））φ₊、１／√２・（ｅｘｐ（ｉθ_N）−ｅｘ
ｐ（ｉθ_W））φ_-の波動関数が出射される（ハ−フミラ
−の両側から光が入射して、出射される場合と同じであ
る）。

【００３２】従って、Ｊ₊∝｜ｅｘｐ（ｉθ_N）＋ｅｘｐ
（ｉθ_W）｜²∝ｃｏｓ²（Δθ／２）、Ｊ_-∝｜（ｅｘｐ
（ｉθ_N）−ｅｘｐ（ｉθ_W））｜²∝ｓｉｎ²（Δθ／
２）となり、上記（１４ａ）、（１４ｂ）式に示した通
りとなる（ただし、Δθ＝θ_N−θ_W）。

【００３３】上記実施例では、パスの電子波分岐部や合
流部はエッチングで形成されていたが、これらは直線状
に形成された２重量子井戸構造と複数のゲート電極によ
っても形成される。

【００３４】図４は第２実施例を示し、ここでは、２つ
の井戸２１、２２を有する直線状２重量子井戸構造（Ｄ
ＱＷＳ）が基板２０上に形成されている。ｚ方向の電子
の閉じ込めは井戸２１、２２で行なわれるが、ｘ方向の
閉じ込めはエッチングで形成されたリッジ２３で行なわ
れる。リッジ２３は、図４に示すように、ソース２４と
１対のドレイン２５、２６の間でｙ字状に形成されてい
る。更に、複数のゲート電極２８、２９、３０、３１、
３２も設けられている。第１のゲート２８は、順バイア
ス電圧を印加することで、ソース２４から伝搬されてき
た電子波を２つの電子波に分岐する働きをする。この分
岐は、ＤＱＷＳの第１および第２サブバンドより上にフ
ェルミレベルを設定することで行なわれる。第２および
第３ゲート２９、３０もまた、第１と第２サブバンドを
フェルミレベルより下に持ってくることで、電子波の分
岐状態を維持する。しかし、ゲート電極３０の下では、
第１と第２のサブバンドはフェルミレベルに近付き、分
岐電子波の波動関数の合成ないし結合を起こさせる。層
で画成される面に垂直な方向に電場ベクトルＥが振動す
る光が、電子波が分岐されている部分に当てられる。

【００３５】井戸２１、２２の厚さは、上部井戸２１が
比較的厚く、下部量子井戸２２が比較的薄くなってい
る。これで、ゲート電極２８、２９によって１：１の分
配比で電子波が分岐されることになる。ゲート３０の下
では、図５に示すように、位相差Δθに応じて、電子波
は低いエネルギーのボンディング状態か高いエネルギ
ーのアンチボンディング状態かを占める。状態と
の波動関数の偏り程度は、中間部に当てられる光で生じ
させられる（光ＱＣＳＥ）位相差の大きさ２πｍおよび
（２ｍ＋１）πによって、異なる。

【００３６】ゲート３１（Ｇ₁で示す）では、厚い量子
井戸２１の第１状態を薄い量子井戸２２の第１状態より
下に持ってくるような電圧が印加され、反対に、ゲート
３２（Ｇ₂で示す）では、薄い量子井戸２２の第１状態
を厚い量子井戸２１の第１状態より下に持ってくるよう
な電圧が印加される。その結果、ドレイン２５（Ｄ₁で
示す）では、位相差２ｍπの成分が検出され、ドレイン
２６（Ｄ₂で示す）では、位相差（２ｍ＋１）πの成分
が検出される。これは、前者の電子波成分はゲート３０
の下で再結合しゲート３１の下の部分を通って伝搬され
るが、後者の電子波はゲート３０の下で再結合されゲー
ト３２の下の部分を通って伝搬されるからである。

【００３７】即ち、図６の斜線部では、バンド構造を示
す図７（ａ）に示すように、フェルミレベルがアンチボ
ンディング状態のレベルより上にある。そして、ゲー
ト３１の下の部分では、順電圧が印加されて、図７
（ｂ）に示すように厚い量子井戸２１の第１状態が低く
なり、反対に、ゲート３２の下の部分では、逆電圧が印
加されて、図７（ｃ）に示すように薄い量子井戸２２の
第１状態が低くなる。

【００３８】第２実施例の他の動作は第１実施例と同じ
である。

【００３９】このようにして２つの電流の測定値から電
子電流の揺らぎ（Ｊ₀の揺らぎ）が効かなくなる組み合
わせが演算され、被検出光の強度が良いＳＮ比で検出さ
れる。

【００４０】上記実施例では、ＱＩＤとして「光吸収の
ない光検出器」の場合を考えたが、上述した様に他のＱ
ＩＤとしても構成できる。この場合でも、位相差を持っ
た２つの電子波を合成する部分を上述の「電子波のモ−
ド変換器」に置き換えて、その後段に２つの電流計を設
ければよい。

【００４１】更に、上記実施例では、２種類の電流の和
と差や揺らぎのない適当な組み合わせを作り出している
が、２種類の電流を他の方法で処理することも出来る。
例えば、２種類の電流にＯＲ演算処理を施し、このＯＲ
演算の出力と２種類の電流の１つとにＡＮＤ演算処理を
行なって、揺らぎのない組み合わせを得ることも出来
る。

【００４２】上記実施例では、光シュタルク効果を用い
たが、マグネトスタティックなＡ−Ｂ効果やエレクトロ
スタティックなＡ−Ｂ効果なども利用できる。これらの
場合、電子波が分岐されている部分に当てられる入力は
光ではなく、磁束や静電ポテンシャルやゲート電圧であ
る。

【００４３】第２実施例ではゲート電極２８、２９で印
加される電圧は一定に保たれていたが、入力がゲート電
圧である場合は、少なくとも１つの電圧が変調されて上
記位相差を変調する。

【００４４】図８は、ゲート電圧が一定に保たれ、磁界
Ｈが干渉電流を変調するように変調される実施例を示
す。この場合、２つの電子波の間の位相差は上記のデバ
イス４３の層２１、２２を横切って磁界Ｈを印加するこ
とで制御される。これは、電磁石４２により図８の矢印
の方向に磁界を印加することで行なわれる。位相差Δθ
は次式で表わされる。Δθ＝２πｅ／ｃｈ・Φここで、
Φは電子波が２つに分岐されてところの層２１、２２の
部分を透過する磁束であり、ｅは電子の電荷であり、ｃ
は光の速度であり、ｈはプランク定数である。

【００４５】動作は上記実施例と実質的に同じである。

【００４６】上記実施例ではＧａＡｓなどの材料を用い
たが、ＩＩＩ−Ｖ族の他の材料やＩＩ−ＶＩ族の材料
（ＣｄＴｅなど）も同様に用いられる。

【００４７】上記量子干渉素子は高速電流変調器として
用いられる。図９は、図１または図４の実施例を光ゲー
トトランジスタに適用した例を示すブロック図である。
図９において、符号５８はこのようなデバイスである。
このデバイス５８の電極間には、電源５９によって電圧
が印加されている。このデバイス５８には半導体レーザ
などのレーザ光源６１よりゲート光Ｌ_Gが照射される。
この光Ｌ_Gをレーザ駆動回路６０からレーザ光源６１に
供給する電流ｉ_Gで変調することによって、デバイス５
８のドレイン電流ｉ_Dが変調される。ゲート光Ｌ_Gをパル
ス幅１ｐｓ以下のパルス光とすると、ドレイン電流ｉ_D
をこの速度で変調することができ、高速な電流変調器を
実現することができる。

【００４８】図１０は、本発明の図１または図４の実施
例の半導体装置を光通信システムの光検出器として用い
た例を説明するブロック図である。図１０において、符
号６６は光信号を伝送する光ファイバーである。この光
ファイバー６６には、光ノード６７₁，６７₂，・・・，
６７_nを夫々介して、複数のターミナル６８₁，６８₂，
・・・，６８_nが接続されている。夫々のターミナルに
は、キーボード、表示素子などを有する端末装置６
９₁，６９₂，・・・，６９_nが接続されている。

【００４９】各ターミナルは、変調回路６３及びレーザ
光源６２から成る光信号送信機を有している。また、各
ターミナルは、光検出器８０及び復調回路８１から成る
光信号受信機を有している。これら送信機及び受信機
は、端末装置６９₁からの指令に基づいて制御回路６４
によって制御される。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、複
数の電流の測定値から、電子電流の揺らぎが効かなくな
る組み合わせを求めて検出するので、被検出量のＳＮ比
が格段に良くなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構造を示す図。

【図２】（ａ）は第１実施例の積層構造を示す図、
（ｂ）は第１実施例のバンド構造を示す図。

【図３】（ａ）は第１実施例の概略を示す斜視図、
（ｂ）は線Ａ−Ａ′に沿った図３（ａ）の断面図。

【図４】本発明の第２実施例の構造を示す斜視図。

【図５】第２実施例のゲート電極３０の下の波動関数を
示す図。

【図６】第２実施例の部分図。

【図７】（ａ）は図６の斜線部分のバンド構造と波動関
数とサブバンドを示す図、（ｂ）と（ｃ）は夫々ゲート
電極３１、３２の下のバンド構造を示す図。

【図８】本発明の第３実施例の構造を示す斜視図。

【図９】本発明の量子干渉素子が光ゲートトランジスタ
として使用される例を示すブロック図。

【図１０】本発明の量子干渉素子が光検出器として使用
される光通信システムの例を示すブロック図。

【図１１】（ａ）は関係する量子干渉素子の構造を示す
図、（ｂ）−（ｄ）は図１１（ａ）のデバイスの各部分
のバンド構造と波動関数を示す図。

【符号の説明】

１、２、３、２１、２２：パス４：バリア層５、２４：ソ−ス６、２５、２６：ドレイン７：モ−ド変換器８：定電流源９：電流計１０：演算器２８、２９、３０、３１、３２：ゲート電極４２：電磁石６０：レーザ駆動回路６１、６２：レーザ光源６３：変調回路６４：制御回路６６：光ファイバ６８_n：ターミナル６７_n：光ノード６９_n：端末８０：光検出器８１：復調回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−129477（ＪＰ，Ａ) 特開平３−129881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/80 H01L 29/06 H01L 29/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】以下のものを有することを特徴とする量
子干渉デバイス：電子波を伝搬させる為の量子構造を有
する複数のパス；電子波を複数の量子構造パスに閉じ込
められた複数の電子波に分岐する為の手段；分岐されて
いる複数の電子波を合流して、分岐電子波間の位相差に
応じて夫々異なるエネルギレベルと異なる大きさを持つ
複数種類の電子波を作り出す為の手段；複数種類の電子
波の電流を夫々検出する為の手段；及び電子波の電流の
揺らぎに影響されない揺らぎ無し電流を、検出された電
流から作成する為の演算手段。
【請求項２】更に、分岐電子波間の位相差を変化させ
る為の手段を有する請求項１記載の量子干渉デバイス。
【請求項３】前記位相差変化手段は、光を前記分岐手
段に導く請求項２記載の量子干渉デバイス。
【請求項４】前記位相差変化手段は、磁界を前記分岐
手段に印加する請求項２記載の量子干渉デバイス。
【請求項５】前記位相差変化手段は、電界を前記分岐
手段に印加する請求項２記載の量子干渉デバイス。
【請求項６】前記分岐手段は、前記パス間の距離を大
きくすることで電子波を分岐する請求項１記載の量子干
渉デバイス。
【請求項７】前記パスは直線状に形成され、前記分岐
手段はパスのサブバンドをフェルミレベルより下にする
ことで電子波を分岐する請求項１記載の量子干渉デバイ
ス。
【請求項８】前記合流手段は分岐電子波の和と差を合
成し、前記演算手段は該和と差から揺らぎ無し電流を作
成する請求項１記載の量子干渉素子。
【請求項９】前記合流手段は分岐電子波からボンディ
ング状態の電流とアンチボンディング状態の電流を合成
し、前記演算手段は該ボンディング状態とアンチボンデ
ィング状態の電流から揺らぎ無し電流を作成する請求項
１記載の量子干渉素子。
【請求項１０】前記演算手段は前記複数種類の電子波に
ＯＲ演算を施すと共にＯＲ演算の出力と複数種類の電子
波の１つとにＡＮＤ演算を施し、揺らぎ無し電流を得る
請求項１記載の量子干渉素子。
【請求項１１】前記演算手段は前記複数種類の電子波の
和と差の商を作成して、揺らぎ無し電流を得る請求項１
記載の量子干渉素子。
【請求項１２】以下のステップを有することを特徴とす
る干渉電流の処理方法：量子構造を有する複数のパスを
伝搬してくる１つの電子波を複数の量子構造パスに閉じ
込められた複数の電子波に分岐するステップ；分岐され
ている複数の電子波を合流して、分岐電子波間の位相差
に応じて夫々異なるエネルギレベルと異なる大きさを持
つ複数種類の電子波を作り出すステップ；複数種類の電
子波の電流を夫々検出するステップ；及び電子波の電流
の揺らぎに影響されない揺らぎ無し電流を、検出された
電流から作成するステップ。
【請求項１３】更に、分岐電子波間の位相差を変化させ
るステップを有する請求項１２記載の干渉電流の処理方
法。