JP3149972B2

JP3149972B2 - 量子干渉素子及び実空間トランスファーを利用して電子波を処理する方法

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Publication number: JP3149972B2
Application number: JP26117291A
Authority: JP
Inventors: 和人藤井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH04363070A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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素子、及び実空間トランス
ファーを利用して電子波を処理する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１０に示す様な量子干渉素子が
知られており、それは以下の如く動作する。

【０００３】電極１０により注入された電子波は、２つ
の電子波導波路１１、１２間の距離が電子波のカップリ
ングする程度に短く構成されている部分（図１０の左端
の部分）によりデカップリング部（分岐部）１５に運ば
れる。このデカップリング部（図１０中左側の破線のリ
ングで示す部分）１５は上記左端部分のカップリング部
よりも２つの電子波導波路１１、１２間の距離が離れて
いるために電子波が２つに分離する。このカップリング
部分では、２つの電子波導波路１１、１２内のフェルミ
レベルは第１、第２量子準位ないしサブバンドの間にな
る様に（これによりフェルミレベル以下の第１準位にの
み電子波が集中してカップリングが起こる）Ｓｉをド−
プしてある。実際には、バリア層１３であるＡｌＡｓ層
の厚さを変えることでカップリング、デカップリングが
実現される。即ち、バリア層１３が両端で薄くされ、両
端で導波路井戸１１、１２間に相当のトンネリングが起
きるが、中央部ではトンネリングが殆ど起きないように
なっている。

【０００４】このデカップリング部１５で、図１０紙面
垂直方向に磁場を加えることで、いわゆるＡ−Ｂ効果
（正確には、マグネトスタチックなＡ−Ｂ効果）により
２つの電子波の間に位相差が生じる。この２つの電子波
を図１０右側の破線のリングで示す合流部１６でカップ
リングさせることで、エネルギの低いボンディング状態
かエネルギの高いアンチボンディング状態を作る。ここ
で、フェルミレベルがド−ピング量で調整され、低いエ
ネルギの電子波のみがドレイン１４に達する様になって
いる。すなわち、光における干渉効果と類似の効果をカ
ップリングする２つの電子波に生じさせ、検出側の電極
１４に電子波が到達する場合と到達しない場合とを生じ
させ、素子のｏｎ／ｏｆｆ制御を行なっている。

【０００５】このデカップリング部の長さは、電子波の
コヒ−レンスが保たれるものでなければならないので、
現状では液体ヘリウム（ＬＨｅ）温度で１μｍ以下であ
る。以上の素子は、S. Datta, et al., Appl. Phys. Le
tt. 48 (7), 17 February 1989, pp. 487-489 に開示さ
れている。

【０００６】また、トンネリング現象を利用しないリア
ルスペース（実空間）トランスファーを用いた図１１に
示す様な素子も提案されている。図１１の例は電子波を
扱ったものではないが、電流が流れている層２０を量子
井戸等に変えることにより、電子波を量子構造外に取り
出す素子になる。

【０００７】本素子は、ヘテロ接合部（層２０と層２１
の接合部）でのエネルギの不連続性がｋ空間におけるΓ
点とＸ点とで異なることを利用している。例えば、層２
０、２１のＡｌの混晶比ｘ、ｙの値をそれぞれ０．３３
と０．６にすると、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２０とｉ−Ａｌ
ＧａＡｓ層２１と間での接合点でのエネルギの不連続性
はΓ点で＋０．２３ｅＶ、Ｘ点では＋０．０３〜０．０
７５ｅＶとなり（ｎ−ＡｌＧａＡｓ２０を基準にして層
２１のエネルギが高い場合＋、低い場合−符号とな
る）、Γ点にいる電子は層２１によるエネルギ障壁のた
めに容易にｎ−ＡｌＧａＡｓ層２０の外に出ていけない
が、Ｘ点にある電子は容易に上記ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２
０１の外に出ていける。このため、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
２０の電子をΓ点からＸ点に遷移させることで、電流の
ｏｎ／ｏｆｆ制御などの所望の素子動作が得られること
がわかる。

【０００８】この動作を行なわせるために、素子の膜面
方向（図１１左右方向）に電圧を印加し（Ｖ_Sで示
す）、電子の波数ｋを増加させて上記の遷移を起こさせ
る。更に、膜厚方向（図１１上下方向）に電子が流れ出
す様に膜厚方向にも電圧が印加されている（Ｖ_Tで示す)
。これにより、Ｖ_S＝１Ｖ（電極間距離１μｍで）と０
Ｖの間で変化させて（７７Ｋにおいて）、Ｘ点に遷移す
ることで生じる膜厚方向の電流の比は１０⁵（Ｖ_S＝１Ｖ
の場合）：１（Ｖ_S＝０Ｖの場合）となり、膜面方向に
電圧を加えることで効率よく電子がΓ点からＸ点に遷移
することがわかる（図１１の例についてはJasprit Sing
h, Appl. Phys.Lett. 55(25), 18 December, 1989 pp.
2652-2654の論文参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図１０の
従来例では、ドレイン１４側の合流部で反射されたアン
チボンディング状態の電子波が、ソ−ス１０・ドレイン
１４間で熱を発生したり、ソ−ス１０から抜け出て別の
素子のノイズ源になる等の問題があった。また、２つの
電子波の位相差が２ｍπ（ｍは整数）のもののみ測定し
ていたために、信号のＳ／Ｎが悪かった。

【００１０】一方、図１１に示すリアルスペ−ストラン
スファーの方法として膜面方向に電界を印加するもので
は、量子干渉素子の様に伝導電子の持つ波数の広がりを
できるだけ小さくしたい（干渉をよりシャ−プに起こさ
せるのに必要）素子には適さないという問題がある。ま
た、上記Ｓ／Ｎの問題もある。

【００１１】よって、本発明の第１の目的は、上記の課
題に鑑み、反射電子波の問題もなく伝導電子の波数の広
がりの問題もなくした量子干渉素子を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の第２の目的は、上記の課題に鑑
み、反射電子波の問題もなく伝導電子の波数の広がりの
問題もなくした実空間トランスファーを利用する電子波
の処理方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の電子波
が量子構造の複数のパスを導波されてその後１つの電子
波に合流される量子干渉構造に関し、合流された電子波
はそのエネルギ状態に応じて実空間トランスファーによ
ってパスから外に取り出される。

【００１４】本発明による第１の形態の量子干渉素子は
以下のものを有する：ソース；ドレイン；夫々、量子構
造を有する複数の導波路、各導波路はソースとドレイン
の間を伸びている；複数の導波路内に閉じ込められたソ
ースからの１つの電子波を複数の電子波に分岐する為の
手段；分岐した複数の電子波を１つの電子波に合流する
為の手段；分岐した複数の電子波の間の位相差を制御す
る為の手段；及び合流した電子波のエネルギー状態に応
じて、実空間トランスファーを利用して、合流した電子
波をドレインに導くか或は複数の導波路の外に導くかす
る為の手段。

【００１５】本発明による第２の形態の量子干渉素子
は：ソース、ドレイン及び量子構造を有し且つ、複数の
パスを備える量子干渉素子であって、分岐部で分岐され
複数のパスを導波してきた該複数の電子波を１つの電子
波に合流する為の手段；及び合流した電子波のエネルギ
ー状態に応じて、実空間トランスファーを利用して、合
流した電子波を該ドレインに導くか或いは該複数のパス
の外に取り出す為の手段を有することを特徴とする。

【００１６】本発明による第１の形態の電子波の処理方
法は以下のステップを有する：電子波を導波する複数の
導波路に第１の電圧を印加して１つの電子波を作るステ
ップ；１つの電子波を２つの電子波に分岐するステッ
プ；分岐した複数の電子波の間の位相差を制御するステ
ップ；複数の導波路に第２の電圧を印加して分岐した複
数の電子波を１つの電子波に合流するステップ；及び合
流した電子波のエネルギー状態に応じて、実空間トラン
スファーを利用して、合流した電子波を複数の導波路の
外に導くステップ。

【００１７】本発明による第２の形態の電子波の処理方
法はソース、ドレイン及び量子構造を有する素子を用
い、以下のステップを有する：分岐部で分岐された電子
波を導波する複数のパスに電圧を印加して該複数のパス
を導波してきた複数の電子波を１つの電子波に合流する
ステップ；及び合流した電子波のエネルギー状態に応じ
て、実空間トランスファーを利用して、合流した電子波
を該ドレインに導くか或いは該複数のパスの外に取り出
すステップ。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の素子構成を示
す。同図において、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ−Ａ
ｌ_xＧａ_1-xＡｓ層３２、ｉ−ＡｌＡｓ層３３、ｉ−Ｇａ
Ａｓ３４、ｉ−ＡｌＡｓ３５、ｉ−ＧａＡｓ３６、ｉ−
ＡｌＡｓ３７、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ３８、ｎ−Ｇａ
Ａｓキャップ層（不図示）を分子線エピタキシ−（ＭＢ
Ｅ）法で堆積する。このキャップ層は、ソ−ス電極３
９、ドレイン電極４０でオ−ミックコンタクトを取るた
めの層であり、これらの電極３９、４０直下以外の部分
では除去しておく。

【００１９】直線状電子波導波路はｉ−ＡｌＡｓ層３
３、３５、３７に挟まれたｉ−ＧａＡｓ層３４、３６に
より構成され、基板３１に近いｉ−ＧａＡｓ層３４の幅
を例えば４５Å、もう一方のｉ−ＧａＡＳ層３６の幅を
４０Å、これら３４、３６の間のｉ−ＡｌＡｓ３５の厚
さを２２Åとする。即ち、下部のＧａＡｓ層３４の厚さ
は上部のＧａＡｓ層３６の厚さより大きくされ、電子波
が電極４２の下のデカップリング部で等しい比で２つに
分岐されるようになっている。こうして、非対称２重量
子井戸構造が形成されている。最下層のｉ−ＡｌＡｓ層
３３の厚さは、後述するトンネリングする電子のエネル
ギ選択性をよくするために、３０Å程度とする。

【００２０】ゲ−ト電極４１と４２の距離は、１：１の
分岐比の分岐部を形成するように、０．６μｍ程度とし
その間の電界は１００ＫＶ／ｃｍとし、図２に示す様に
フェルミレベルＥ_fとゲート４２の下での井戸３４、３
６の最低エネルギレベル５１との差を１５ｍｅＶになる
様に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３８のド−ピング量が調整さ
れている。この量はオ−ダ−的には１０¹⁷〜１０¹⁸ｃｍ
^-3位である。

【００２１】以上の条件により、電子波導波路である井
戸３４、３６内にコヒ−レントな電子波が１：１に分か
れて導波する。

【００２２】次に、ゲ−ト電極４３の下の合流部では、
ゲ−ト４２、４３間の距離を約０．６μｍとし電界を１
１５ＫＶ／ｃｍ程度にする。ゲ−ト電極４３の幅（図１
左右方向の長さ）は２〜３μｍとし、このゲ−ト電極４
３を通過する間に高エネルギ状態（図２の曲線５２で示
す）の電子波が基板３１側に十分にトンネリングする様
にしておく。このゲ−ト４３の下では２つの電子波の状
態（曲線５１、５２で示す）がフェルミエネルギＥ_f以
下になる様に、層３８とゲ−ト電極４３の間に層３８よ
り高ド−プのｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（不図示）を３００
Åほど堆積する（ただし、ｙ＜０．３である）。

【００２３】このように構成された井戸層３４、３６で
のエネルギレベル５１、５２の変化を、フェルミレベル
を基準に電子波の導波方向に沿って示したものが図２で
ある。図２の破線の曲線５３は、層３３と層３２の接合
部でのエネルギレベル（伝導帯のもの）の変化を電子波
導波方向に沿って示したものである。

【００２４】尚、図１において、４４は電源、４５、４
６は可変電源、４７、４７′はＡｕＧｅ拡散部である。

【００２５】以上の構成において、ゼロバイアス（ソ−
ス３９直後の部分の状態）でのサンプルの伝導帯のバン
ド図が図３に示され、点線はフェルミレベルＥ_fを表
わし、各井戸３４、３６のエネルギレベルのところに第
１、第２量子準位（波動関数が示され、斜線部は電子が
つまったレベルを示す）が示されている。

【００２６】図４は、ゲ−ト４３の直下における同様な
バンド図を示し、各井戸３４、３６内の第２準位は省略
され、ボンディング状態（下のレベルの斜線部の波動関
数で示す）とアンチボンディング状態（上のレベルの斜
線部の波動関数で示す）とのエネルギ差は２０ｍｅＶ程
である。ここでは、アンチボンディング状態の電子波は
トンネリングによりｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層３２に抜け
てくる（図４中矢印で示す）。これは、ｉ−ＡｌＡｓ層
３３の厚さが上記の如く設定され、バイアス時に上記ア
ンチボンディング状態のレベルがこのバリア層３３とｎ
−Ａｌ_XＧａ_1xＡｓ層３２の接合部ｃのレベルに等しい
かこれより高くなっているからである（図４の例では等
しくなっている）。しかし、十分なトンネリングが達成
されるなら、前者のレベルが後者のレベルより少し低く
てもよい。

【００２７】従って、位相差が（２ｍ＋１）πの２つの
電子波が合流してできた電子波はアンチボンディング状
態となって、基板３１方向に抜け出してしまいドレイン
電極４０には達しない。これら２つの電子波はゲート電
極４１と４２の間の分岐部ではフェルミレベルＥ_fより
下にある２つのレベルにある。

【００２８】一方、この位相差が２ｍπのものはボンデ
ィング状態（図４の下のレベルの斜線部の波動関数で示
す）になり、上記の基板３１方向への抜け出しは起こら
ずドレイン電極４０に達する。

【００２９】この例において、２つの電子波の位相差の
コントロ−ルは、電源４５、４６のいずれかの電圧（す
なわち、電極４１と４２間又は／及び電極４２と４３間
の電圧）を１％ほど変えるのみで行なわれ、素子のオフ
セット（電極４１と４２間の距離等の設定値からのず
れ）もこれらの電源４５、４６を僅かに調整するだけで
補償される。電圧源４５は、高いレベル５２をフェルミ
レベルＥ_fより高くし低いほうのレベル５１をフェルミ
レベルＥ_fより低くする為にも働き、こうして、電極４
１と４３の間の分岐部の上流において１つのカップルし
た電子波を作り出す。

【００３０】こうして、電極４１と４２間の電圧や電極
４２と４３間の電圧の少なくとも１つを僅かに制御する
ことでドレイン４０に達する電流が変調される量子干渉
素子が実現される。この量子干渉素子は電界効果型トラ
ンジスタなどとして利用できる。

【００３１】図５は上記実施例の全体を示す。分岐部で
の位相差を変調するには、他の方法も可能である。

【００３２】１つは以下の通りである。図６に示すよう
に、第２実施例では、ゲート電極４１、４２、４３間の
電圧は一定に保って、分岐部の２つの電子波の間の部分
に印加された磁場が変調される。２つの電子波間の位相
差θは次の式で表わされる。 θ＝２πｅ／ｃｈ・Φ ここで、Φは２つの電子波間の部分を通過する磁束であ
り、ｅは電子の電荷であり、ｃは光速度であり、ｈはプ
ランク定数である。第２実施例では、ドレイン４０への
電流は、位相差がπの偶数倍か奇数倍かによってオン・
オフ制御される。この場合、電磁石５５への電流がオン
のとき、デバイスの信号電流がオン状態となる。磁場の
方向と積層構造との関係は、図１０の従来のデバイスと
同じである。

【００３３】次に、もう１つの方法は、素子の分岐部に
光を当てるものである。この第３実施例では、図７に示
すように、リッジ型の光導波路５６が形成されている。
井戸層のサブバンドレベルは導波されてくる光により光
シュタルク効果で変化させられる。こうして、位相差が
変調され、ドレインへの電流が変調される。導波光は積
層面に垂直な方向に偏光したものであるのが好ましい。

【００３４】また、上記実施例ではアンチボンディング
状態の電子波を電子波導波路の外に抜き出していたが、
ボンディング状態の電子波を導波路外に遷移させる様に
しても一般的な量子干渉素子と同等の機能が得られる。
この場合、図４において、バリア層３３とｎ−Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＡｓ層３２の接合部の価電子帯のエネルギレベル
がボンディング状態の電子波のレベルに等しいかこれよ
り高くなる様にする。或は、このエネルギレベルは、十
分なトンネリングが達成される限り、後者のレベルより
少し低くてもよい。

【００３５】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。

【００３６】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８は、図７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８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５８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。

【００３７】図９は、本発明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９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６９₁，６９₂，・・・，６９_nが接続
されている。

【００３８】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。前記光検出器８０として、図７で
説明した様な本発明の電子波干渉デバイスを好適に用い
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、あ
る設定値のエネルギレベルにある電子波をトンネリング
させて基板側の電極に抜く等のリアルスペ−ストランス
ファ−を用いて電子波導波路外に抜く為に、従来例（こ
こでは、通常、フェルミレベルを調整し、２つの電子波
の位相差が（２ｍ＋１）πの電子波のエネルギがそれよ
り高い状態にし、これによりこうした合流電子波が反射
されてドレイン電極に達しない様にしている）の如く反
射電子波を生じず、回路等に悪影響を及ぼさない。

【００４０】また、膜面方向に印加する電界が小さくて
も、設定したエネルギレベルにある電子波（ボンディン
グ状態かアンチボンディング状態のいずれか）を電子波
導波路外に遷移させられて、伝導電子の持つ波数の広が
りをできるだけ小さくするという要求をも満足させられ
る。

【００４１】更に、基板側電極に抜ける電子波を測定す
ることで、ドレインに達する電子波の状態（例えば、ソ
−スから全く電子が供給されないから電子波が達しない
のか、基板側電極に電子波が抜けているからドレインに
電子波が達しないかが区別できる）が明確に確定できて
Ｓ／Ｎも良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す断面図。

【図２】図１の第１実施例の電子波導波方向における導
波路のサブバンドのエネルギレベルの変化を示す図。

【図３】図１におけるソ−ス直後の素子の部分のバンド
構造と波動関数を示す図。

【図４】図１におけるゲ−ト４３直下での素子の部分の
バンド構造とカップリングした電子波の波動関数を示す
図。

【図５】図１の第１実施例の全体構造を示す斜視図。

【図６】本発明の第２実施例の構成を示す斜視図。

【図７】本発明の第３実施例の構成を示す斜視図。

【図８】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９】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１０】量子干渉素子の第１の従来例を示す断面図。

【図１１】ｋ空間のキャリアトランスファーを利用した
他の従来例を示す図。

【符号の説明】

３１：ＧａＡｓ基板３２：ｎ−ＡｌＧａＡｓ３３、３５、３７：ｉ−ＡｌＡｓバリア３４、３６：ｉ−ＧａＡｓ井戸（電子波導波路）３８：ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層３９：ソ−ス電極４０：ドレイン電極４１、４２、４３：ゲ−ト電極４４：電源４５、４６：可変電源４７、４７′：ＡｕＧｅ拡散部５１：第１準位５２：第２準位５３：層３３と層３２の接合部ｃのエネルギレベル５５：電磁石５６：リッジ型光導波路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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/337 H01L 21/338 H01L 27/065 H01L 29/778 H01L 29/80 - 29/812

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
子干渉素子：ソース；ドレイン；夫々、量子構造を有す
る複数の導波路、各導波路はソースとドレインの間を伸
びている；複数の導波路内に閉じ込められたソースから
の１つの電子波を複数の電子波に分岐する為の手段；分
岐した複数の電子波を１つの電子波に合流する為の手
段；分岐した複数の電子波の間の位相差を制御する為の
手段；及び合流した電子波のエネルギー状態に応じて、
実空間トランスファーを利用して、合流した電子波をド
レインに導くか或は複数の導波路の外に導くかする為の
手段。
【請求項２】上記実空間トランスファ−は、前記複数
の導波路の１つに隣接して形成されたバリア層を、所定
のエネルギー状態にある合流された電子波がトンネリン
グすることで行なわれる請求項１記載の量子干渉素子。
【請求項３】上記トンネリングは、前記バリア層とこ
れに接する基板側の層との接合部の伝導帯のエネルギー
レベルが上記所定のエネルギー状態のレベルに等しいか
これより低い様に設定されることで行なわれる請求項２
記載の量子干渉素子。
【請求項４】上記トンネリングは、前記バリア層とこ
れに接する基板側の層との接合部の価電子帯のエネルギ
ーレベルが上記所定のエネルギー状態のレベルに等しい
かこれより高い様に設定されることで行なわれる請求項
２記載の量子干渉素子。
【請求項５】前記合流手段のところでの前記複数の導
波路の第１及び第２サブバンドがフェルミレベルより下
のレベルに設定されている請求項１記載の量子干渉素
子。
【請求項６】前記分岐手段は、前記複数の導波路の第
１及び第２サブバンドをフェルミレベル以下に設定する
ことで電子波を分岐している請求項１記載の量子干渉素
子。
【請求項７】前記制御手段は、前記複数の導波路に印
加される電圧を変調することで位相差を制御している請
求項１記載の量子干渉素子。
【請求項８】前記制御手段は、前記複数の導波路に導
かれる光を変調することで位相差を制御している請求項
１記載の量子干渉素子。
【請求項９】前記制御手段は、前記複数の導波路に印
加される磁場を変調することで位相差を制御している請
求項１記載の量子干渉素子。
【請求項１０】前記ソースとドレインの間を伸びる前記
複数の導波路は、実質的に直線状である請求項１記載の
量子干渉素子。
【請求項１１】当該素子は光検出器として構成されてい
る請求項１記載の量子干渉素子。
【請求項１２】当該素子は光ゲートトランジスタとして
構成されている請求項１記載の量子干渉素子。
【請求項１３】ソース、ドレイン及び量子構造を有し且
つ、複数のパスを備える量子干渉素子であって、分岐部で分岐され複数のパスを導波してきた該複数の電
子波を１つの電子波に合流する為の手段；及び合流した
電子波のエネルギー状態に応じて、実空間トランスファ
ーを利用して、合流した電子波を該ドレインに導くか或
いは該複数のパスの外に取り出す為の手段を有すること
を特徴とする量子干渉素子。
【請求項１４】以下のステップを有することを特徴とす
る電子波を処理する方法：電子波を導波する複数の導波
路に第１の電圧を印加して１つの電子波を作るステッ
プ；１つの電子波を２つの電子波に分岐するステップ；
分岐した複数の電子波の間の位相差を制御するステッ
プ；複数の導波路に第２の電圧を印加して分岐した複数
の電子波を１つの電子波に合流するステップ；及び合流
した電子波のエネルギー状態に応じて、実空間トランス
ファーを利用して、合流した電子波を複数の導波路の外
に導くステップ。
【請求項１５】上記実空間トランスファ−は、前記複数
の導波路の１つに隣接して形成されたバリア層を、所定
のエネルギー状態にある合流された電子波がトンネリン
グすることで行なわれる請求項１４記載の電子波処理方
法。
【請求項１６】上記トンネリングは、前記バリア層とこ
れに接する基板側の層との接合部の伝導帯のエネルギー
レベルが上記所定のエネルギー状態のレベルに等しいか
これより低い様に設定されることで行なわれる請求項１
５記載の電子波処理方法。
【請求項１７】上記トンネリングは、前記バリア層とこ
れに接する基板側の層との接合部の価電子帯のエネルギ
ーレベルが上記所定のエネルギー状態のレベルに等しい
かこれより高い様に設定されることで行なわれる請求項
１５記載の電子波処理方法。
【請求項１８】前記分岐ステップは、前記複数の導波路
の第１及び第２サブバンドがフェルミレベルより下のレ
ベルに設定されることで行なわれる請求項１４記載の電
子波処理方法。
【請求項１９】前記制御ステップは、前記複数の導波路
に印加される電圧を変調することで行なわれる請求項１
４記載の電子波処理方法。
【請求項２０】前記制御ステップは、前記複数の導波路
に導かれる光を変調することで行なわれる請求項１４記
載の電子波処理方法。
【請求項２１】前記制御ステップは、前記複数の導波路
に印加される磁場を変調することで行なわれる請求項１
４記載の電子波処理方法。
【請求項２２】ソース、ドレイン及び量子構造を有する
素子を用い、以下のステップを有することを特徴とする
電子波を処理する方法：分岐部で分岐された電子波を導波する複数のパスに電圧
を印加して該複数のパスを導波してきた複数の電子波を
１つの電子波に合流するステップ；及び合流した電子波
のエネルギー状態に応じて、実空間トランスファーを利
用して、合流した電子波を該ドレインに導くか或いは該
複数のパスの外に取り出すステップ。