JP3245907B2 - Quantum dot coupling device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電子を空間的に閉じ込
めた量子ドットを2次元的に配列させ、その量子ドット
間のトンネル遷移によって所要の情報処理を行う量子ド
ット結合素子及びこの量子ドット結合素子を用いた情報
処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum dot coupling device in which quantum dots in which electrons are spatially confined are two-dimensionally arranged and required information processing is performed by tunnel transition between the quantum dots. The present invention relates to an information processing method using a coupling element.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在のVLSIやULSI技術では、配
線技術が不可欠であり、高集積化に従って回路全体に対
する配線の占有率が高くなる。金属膜や導電膜を用いて
配線を形成した場合では、その配線自体の抵抗による処
理速度の制限や、伝送ロス、配線間の干渉などが問題と
なる。2. Description of the Related Art Wiring technology is indispensable in the current VLSI and ULSI technologies, and as the degree of integration increases, the occupancy of wiring in the entire circuit increases. In the case where a wiring is formed using a metal film or a conductive film, there are problems such as limitations on processing speed due to resistance of the wiring itself, transmission loss, interference between wirings, and the like.
【0003】また、金属膜や導電膜を用いない信号伝送
方法として光伝送がある。例えば3次元化した光電子集
積回路装置(OEIC)として、光によって3次元化さ
れた基板間の信号伝送を行う装置も知られる。There is optical transmission as a signal transmission method without using a metal film or a conductive film. For example, as a three-dimensional optoelectronic integrated circuit device (OEIC), there is also known a device for transmitting a signal between substrates three-dimensionally by light.
【0004】しかしながら、例え光電子集積回路を用い
る場合であっても、その処理速度には限界が有り、ます
ます高速化や複雑化が要求される近未来の情報処理に対
して、十分にその機能を果たし得るとは言い難い。However, even when an opto-electronic integrated circuit is used, its processing speed is limited, and its function is sufficiently sufficient for the near future information processing which is required to be faster and more complicated. It is hard to say that it can fulfill.
【0005】そこで、本件出願人は、先に革新的な情報
処理の処理速度と正確度を有する素子として、特願平3
−150446号の明細書及び図面に記載した量子ドッ
ト結合素子を提案している。この量子ドット結合素子
は、電子を閉じ込める電子波長程度のサイズの量子ドッ
トを配列させるものであって、その配列方法が処理すべ
き情報処理に対応する。量子ドット間の結合すなわち電
子の空間的な移動は、電子の波動関数によって決定され
たトンネル遷移確率によって支配され、情報処理結果が
電子の空間的分布によって示される素子である。[0005] The applicant of the present application has previously proposed a device having the processing speed and accuracy of innovative information processing as disclosed in Japanese Patent Application No. Hei.
The quantum dot coupling device described in the specification and the drawing of -150446 is proposed. The quantum dot coupling element arranges quantum dots having a size of about an electron wavelength for confining electrons, and the arrangement method corresponds to information processing to be processed. The coupling between quantum dots, that is, the spatial movement of electrons is governed by the tunnel transition probability determined by the wave function of the electrons, and is an element whose information processing result is indicated by the spatial distribution of electrons.
【0006】そして、このような量子ドット結合素子を
用いることで、超高速な演算を高精度に行うことが可能
となる。[0006] The use of such a quantum dot coupling element makes it possible to perform an ultra-high-speed operation with high accuracy.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この量子ド
ット結合素子に対してのデータ入力は、部分的に外部か
ら光を照射することで行われる。この外部からの光を照
射した際には、電子−ホールのペアが発生する。The data input to the quantum dot coupling device is performed by partially irradiating light from outside. When this external light is applied, electron-hole pairs are generated.
【0008】ところが、その発生した電子やホールが再
結合したり、或いは量子ドット間をトンネル遷移してい
った場合には、十分なデータ入力ができないことにな
る。また、一度他の量子ドットに伝導した電子やホール
であっても、他の励起された電子やホールと再結合する
こともある。結局、データ入力時の電子分布をある程度
の一定の配置に固定しなければ、トンネル遷移確率に基
づく超高速な演算が利用できないことになる。However, when the generated electrons and holes are recombined or undergo a tunnel transition between quantum dots, sufficient data cannot be input. Also, even an electron or hole once conducted to another quantum dot may recombine with another excited electron or hole. After all, unless the electron distribution at the time of data input is fixed to a certain fixed arrangement, an ultra-high-speed operation based on the tunnel transition probability cannot be used.
【0009】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、確実なデータ入力が可能なように改善された量子ド
ット結合素子及びこの量子ドット結合素子を用いた情報
処理方法の提供を目的とする。In view of the above technical problems, an object of the present invention is to provide a quantum dot coupling element improved so as to enable reliable data input and an information processing method using the quantum dot coupling element. I do.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上述の技術的な課題を解
決するために、本発明の量子ドット結合素子は、各量子
ドット間の電子のトンネル遷移確率が所要の情報処理の
アルゴリズムに対応するように各量子ドット間の距離を
設定して配列させてなる複数の量子ドットを有し、該量
子ドットの電子の空間的な分布により前記情報処理を行
う量子ドット結合素子において、各量子ドットを2段積
層構造とし、第1段の量子ドット間のトンネル遷移確率
を、第2段の量子ドット間のトンネル遷移確率よりも低
いトンネル遷移確率としたものである。In order to solve the above-mentioned technical problems, a quantum dot coupling device according to the present invention has a tunnel transition probability of electrons between quantum dots corresponding to a required information processing algorithm. A plurality of quantum dots arranged and arranged with the distance between the quantum dots as described above, in the quantum dot coupling element that performs the information processing by the spatial distribution of electrons of the quantum dots, each quantum dot, It has a two-stage stacked structure, in which the tunnel transition probability between the first-stage quantum dots is lower than the tunnel transition probability between the second-stage quantum dots.
【0011】ここで、量子ドットは電子を空間的に閉じ
込められるサイズの領域であり、また量子ドット間のト
ンネル遷移確率は、両者の位置や形状に従って決められ
る。電子を閉じ込めるため及びトンネル遷移確率に差異
を設けるために、禁制帯幅の異なる層を用いることがで
きる。特に、トンネル遷移確率に差異を設ける場合にお
いて、広い禁制帯幅の材料の方が狭い禁制帯幅の材料よ
りもトンネル遷移確率を低くでき、例えば広い禁制帯幅
の材料を第1段側の量子ドット間の材料に用いれば良
い。Here, the quantum dot is a region having a size capable of spatially confining electrons, and the tunnel transition probability between the quantum dots is determined according to the position and shape of both. Layers with different forbidden bandwidths can be used to confine electrons and to provide different tunnel transition probabilities. In particular, when providing a difference in the tunnel transition probability, a material having a wide bandgap can have a lower tunnel transition probability than a material having a narrow bandgap. What is necessary is just to use for the material between dots.
【0012】また、本発明の量子ドット結合素子では、
前記第1段の量子ドットから第2段の量子ドットには電
子が転写されるが、電界を与えることで転写されるよう
にすることができる。さらに、本発明は、2段積層構造
を有する各量子ドット間の電子のトンネル遷移確率が所
用の情報処理のアルゴリズムに対応するように各量子ド
ット間の距離を設定して配列させてなる複数の量子ドッ
トを用いる情報処理方法であって、複数の量子ドットの
うちの少なくとも一部のトンネル遷移確率の低い第1段
の量子ドットに電子を発生させる工程と、2段積層構造
の量子ドットに転写バイアスを印加し、発生した前記電
子を、トンネル遷移確率の低い第1段の量子ドットか
ら、それぞれ対応するトンネル遷移確率の高い第2段の
量子ドットへ移動させる工程と、トンネル遷移確率の高
い第2段の量子ドット間の電子のトンネル遷移により、
量子ドットの結合関係を利用した演算処理を行う工程と
を有するようにしたものである。Further, in the quantum dot coupling device of the present invention,
Electrons are transferred from the first stage quantum dots to the second stage quantum dots, but can be transferred by applying an electric field. Furthermore, the present invention provides a plurality of quantum dots arranged and arranged with the distance between the quantum dots such that the tunnel transition probability of electrons between the quantum dots having the two-stage stacked structure corresponds to the required information processing algorithm. an information processing method using a quantum dot, a step of generating electrons to at least a portion of the quantum dots of the first stage low tunnel transition probability of the plurality of quantum dots, a two-stage stacked structure
Transfer bias is applied to the quantum dots of
Is the first stage quantum dot with low tunnel transition probability
From the second stage with a high tunnel transition probability
Transfer to quantum dots and high tunnel transition probability
Tunneling of electrons between quantum dots in the second stage
And a step of performing an arithmetic process using the coupling relationship of the quantum dots .
【0013】[0013]
【作用】量子ドットをトンネル遷移確率の異なる2段構
造とすることで、トンネル遷移確率の低い第1段の量子
ドット側にデータ入力を行って電子を発生させ、十分な
データ入力の後、トンネル遷移確率の高い第2段の量子
ドットへ転写することができる。すなわち、トンネル遷
移確率の低い第1段の量子ドットでは、電子やホールの
空間的な部分が抑制されることになり、データの入力を
十分に行い得る。トンネル遷移確率の高い第2段の量子
ドットでは、十分に入力されたデータに基づく電子の空
間的な分布が転写され、その高いトンネル遷移確率に従
って高速な演算がなされることになる。The quantum dot has a two-stage structure with different tunnel transition probabilities, so that data is input to the first stage quantum dot having a lower tunnel transition probability to generate electrons. It can be transferred to the second stage quantum dot having a high transition probability. That is, in the first-stage quantum dot having a low tunnel transition probability, the spatial portion of electrons and holes is suppressed, and data can be sufficiently input. In the second stage quantum dot having a high tunnel transition probability, a spatial distribution of electrons based on sufficiently input data is transferred, and a high-speed operation is performed according to the high tunnel transition probability.
【0014】[0014]
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0015】図1は本実施例の量子ドット結合素子1の
模式的な斜視図である。各量子ドットは、それぞれ第1
段の量子ドットQD11,QD12,…,QD17と、第2段
の量子ドットQD21,QD22,…,QD27とからなり、
上段側が第1段の量子ドットであり、下段側が第2段の
量子ドットである。上段側の第1段の量子ドットと下段
側の第2段の量子ドットは、その位置が2次元的には一
致して、薄膜を介した積層関係にある。各量子ドットQ
D11〜QD27は、それぞれ電子の波長程度のサイズであ
り、電子を閉じ込めることができる。また、各量子ドッ
トQD11〜QD27は、それぞれ円筒形状であるが、他の
矩形状や他の形状であっても良い。なお、図1中7個の
量子ドットで素子を構成しているが、その数や配置及び
寸法等については、処理すべき情報処理システムに応じ
て決められるものである。FIG. 1 is a schematic perspective view of a quantum dot coupling device 1 of the present embodiment. Each quantum dot has its first
Stage quantum dot QD 11, QD 12 of, ..., and QD 17, the quantum dots QD 21 of the second stage, QD 22, ..., consists QD 27 Prefecture,
The upper side is the first quantum dot, and the lower side is the second quantum dot. The positions of the upper-stage first-stage quantum dots and the lower-stage second-stage quantum dots are two-dimensionally coincident with each other, and are in a stacked relationship via a thin film. Each quantum dot Q
D 11 to QD 27 each have a size about the wavelength of an electron, and can confine electrons. Moreover, each quantum dot QD 11 ~QD 27 is respectively a cylindrical shape, but may be another rectangular shape or other shapes. Although the device is composed of seven quantum dots in FIG. 1, the number, arrangement, dimensions and the like are determined according to the information processing system to be processed.
【0016】各量子ドットは化合物半導体により構成さ
れ、各量子ドット間の領域も化合物半導体により構成さ
れる。具体的には、第1段の量子ドットQD11,Q
D12,…,QD17はGaAsからなり、第2段の量子ド
ットQD21,QD22,…,QD27もGaAsから構成さ
れる。そして、第1段の量子ドット間の領域は、平板状
のAlAs基板2からなり、第2段の量子ドット間の領
域は、そのAlAs基板2の裏面に接合したAlGaA
s基板3からなる。各第1段の量子ドットQD11,QD
12,…,QD17は、AlAs基板2中に埋め込まれてお
り、AlAs基板2の表面2aと裏面4には、第1段の
量子ドットは臨まない。各第2段の量子ドットQD21,
QD22,…,QD27は、2次元的にはそれぞれ第1段に
対応した位置に配され、AlGaAs基板3のAlAs
基板2との界面であるAlAs基板2の裏面4に臨んで
形成されている。Each quantum dot is made of a compound semiconductor, and a region between the quantum dots is also made of a compound semiconductor. Specifically, the first-stage quantum dots QD 11 , QD
D 12, ..., QD 17 consists GaAs, the quantum dots QD 21 of the second stage, QD 22, ..., QD 27 also consists of GaAs. The region between the first-stage quantum dots is made of a flat AlAs substrate 2, and the region between the second-stage quantum dots is an AlGaAs substrate bonded to the back surface of the AlAs substrate 2.
s substrate 3. Each first stage quantum dot QD 11 , QD
12, ..., QD 17 is embedded in the AlAs substrate 2, the surface 2a and the back 4 of the AlAs substrate 2 is not face the quantum dots of the first stage. Each second stage quantum dot QD 21 ,
QD 22, ..., QD 27 is the two-dimensional disposed at a position corresponding to the first stage respectively, AlAs of AlGaAs substrate 3
It is formed facing the back surface 4 of the AlAs substrate 2 which is the interface with the substrate 2.
【0017】各量子ドットは、それぞれ単数若しくは複
数の他の量子ドットに近接して配置される。これら量子
ドットの近接配置される距離は、波動関数が重なるよう
な距離であり、トンネル遷移確率が存在する距離であ
る。例えば、或る量子ドットは複数の他の量子ドットに
近接配置されるが、他の或る量子ドットは1つの他の量
子ドットにしか近接配置されないと言うようなアレイを
全体では構成する。そして、量子ドット間の距離がトン
ネル遷移確率に従うため、情報処理のためのシステムの
アルゴリズムに則して量子ドット間の結合すなわちトン
ネル遷移確率を設定すれば、所要の情報処理が当該量子
ドット結合素子において進められることになる。Each quantum dot is arranged in proximity to one or more other quantum dots. The distance at which these quantum dots are closely arranged is a distance at which the wave functions overlap, and is a distance at which a tunnel transition probability exists. For example, an entire array may be configured such that one quantum dot is located in close proximity to a plurality of other quantum dots, while another certain quantum dot is located only in close proximity to one other quantum dot. Since the distance between the quantum dots follows the tunnel transition probability, if the coupling between the quantum dots, that is, the tunnel transition probability is set in accordance with the algorithm of the information processing system, the required information processing can be performed by the quantum dot coupling device. Will be advanced.
【0018】図2は本実施例の量子ドット結合素子の一
部の断面図である。AlGaAs基板3上にAlAs基
板2が積層されており、AlAs基板2内に複数の第1
段の量子ドットQD1 が形成され、AlGaAs基板3
の表面に臨み且つ第1段の量子ドットQD1 の位置を反
映して複数の第2段の量子ドットQD2 が形成されてい
る。FIG. 2 is a sectional view of a part of the quantum dot coupling device of the present embodiment. An AlAs substrate 2 is laminated on an AlGaAs substrate 3 and a plurality of first
Step quantum dots QD 1 are formed, and the AlGaAs substrate 3
Reflecting the position of the quantum dots QD 1 and the first stage faces the surface of which the quantum dots QD 2 of the plurality of second stage are formed.
【0019】この構造において、各量子ドットQD1 ,
QD2 は、それぞれGaAsから構成されるためにポテ
ンシャル井戸として機能し、また、その周囲のAlAs
基板2やAlGaAs基板3はポテンシャル障壁として
機能する。In this structure, each quantum dot QD 1 ,
QD 2 functions as a potential well because it is composed of GaAs, and its surrounding AlAs
The substrate 2 and the AlGaAs substrate 3 function as a potential barrier.
【0020】図3は図2におけるIII−III線に沿
ったポテンシャル図である。このIII−III線上で
は、量子ドットのGaAsがポテンシャル井戸となり、
その周囲はAlAsからなるポテンシャル障壁となる。
AlAsは広い禁制帯幅を有し、そのポテンシャル障壁
が高くなるため、電子のトンネル遷移確率は次のAlG
aAsのものに比較して低くなる。FIG. 3 is a potential diagram along the line III-III in FIG. On this III-III line, GaAs of quantum dots becomes a potential well,
The surrounding area becomes a potential barrier made of AlAs.
Since AlAs has a wide band gap and a high potential barrier, the tunneling transition probability of electrons is as follows.
It is lower than that of aAs.
【0021】図4は図2におけるIV−IV線に沿った
ポテンシャル図である。このIV−IV線上では、量子
ドットのGaAsがポテンシャル井戸となり、その周囲
はAlGaAsからなるポテンシャル障壁となる。Al
GaAsはAlAsに比較して狭い禁制帯幅を有するた
め、ポテンシャル障壁がAlAs基板2側ほど高くなら
ない。従って、電子のトンネル遷移確率はAlAsのも
のに比較して高くなり、容易に電子の高速な伝導による
空間的な分布が実現される。FIG. 4 is a potential diagram along the line IV-IV in FIG. On this IV-IV line, the GaAs of the quantum dot becomes a potential well, and the periphery thereof becomes a potential barrier made of AlGaAs. Al
Since GaAs has a narrower forbidden band width than AlAs, the potential barrier does not increase as much as the AlAs substrate 2 side. Therefore, the tunnel transition probability of electrons is higher than that of AlAs, and a spatial distribution by high-speed conduction of electrons can be easily realized.
【0022】図5は図2におけるV−V線に沿ったポテ
ンシャル図である。この図5に示すように、GaAsか
らなる量子ドットは、第1段でも第2段でも同じ禁制帯
幅を有するため、同じ伝導帯の底を有するが、その周囲
のポテンシャル障壁の高さが異なるため、第2段の量子
ドットQD2 の方がトンネル遷移確率が高くなる。FIG. 5 is a potential diagram along the line VV in FIG. As shown in FIG. 5, the quantum dots made of GaAs have the same conduction band bottom at the first stage and the second stage because they have the same forbidden band width, but the height of the potential barrier around the conduction band is different. Therefore, towards the quantum dot QD 2 of the second stage is higher tunnel transition probability.
【0023】次に、図1及び図6〜図9を参照して本実
施例の量子ドット結合素子1へのデータ入力方法につい
て説明する。Next, a method of inputting data to the quantum dot coupling device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
【0024】まず、AlAs基板2の表面2a側がマイ
ナス側とされ、AlGaAs基板3の裏面5側がプラス
側となるような初期バイアスViを印加することで、図
6に示すようなポテンシャルが得られることになる。な
お、この図6は図2のV−V線に沿ったポテンシャルを
示す。First, a potential as shown in FIG. 6 is obtained by applying an initial bias Vi such that the front surface 2a of the AlAs substrate 2 is on the minus side and the back surface 5 of the AlGaAs substrate 3 is on the plus side. become. FIG. 6 shows the potential along the line VV in FIG.
【0025】この初期バイアスViを印加した状態で、
図1に示すレーザーや電子ビーム等の光照射手段6から
光(hν)を照射する。この照射された光は、AlAs
基板2中の第1段の量子ドットQD11〜QD17に吸収さ
れる。光の照射は、必ずしも全部の第1段の量子ドット
QD11〜QD17に対して行う必要はなく、入力すべきデ
ータに応じて決められる。With the initial bias Vi applied,
Light (hv) is irradiated from a light irradiation means 6 such as a laser or an electron beam shown in FIG. The irradiated light is AlAs
The quantum dots QD 11 to QD 17 in the first stage in the substrate 2 absorb the light. Irradiation of light is not necessarily performed for the first stage of the quantum dot QD 11 ~QD 17 total, it is determined according to be the input data.
【0026】その第1段の量子ドットにおける光エネル
ギーの吸収によって、電子−ホールのペアが生成され
る。図7に示すように、電子は初期バイアスViによっ
て傾いた第1段の量子ドットのポテンシャル井戸W1 に
蓄積され、同時にホールも第1段の量子ドットのポテン
シャル井戸w1 に蓄積される。このポテンシャル井戸W
1 は、その周囲を禁制帯幅の広いAlAs基板2に囲ま
れるため、量子ドット間のトンネル遷移確率が低くさ
れ、容易に他の量子ドットへのトンネル遷移できない。
このため確実にポテンシャル井戸W1 に電子が蓄積され
て光照射によるデータ入力が有効に行われる。また、こ
の量子ドットに与えられる初期バイアスViによって、
ポテンシャル井戸W1 ,w1 はそれぞれが傾いたものと
なる。このためホールは第1段の量子ドットの表面側に
蓄積され、電子は第1段の量子ドットの裏面側に蓄積さ
れることになる。従って、電子とホールが同じ第1段の
量子ドット内で空間的に分離されることになり、電子と
ホールの再結合の確率も十分に抑えることが可能であ
る。Electron-hole pairs are generated by the absorption of light energy in the first stage quantum dots. As shown in FIG. 7, the electrons are stored in the initial bias Vi potential well W 1 of the quantum dots of the first stage which is inclined by, accumulated holes in the potential well w 1 of the quantum dots of the first stage at the same time. This potential well W
1 is surrounded by the AlAs substrate 2 having a wide forbidden band, so that the probability of tunnel transition between quantum dots is reduced, and tunnel transition to other quantum dots cannot be easily performed.
Thus electrons are accumulated reliably in the potential well W 1 data input by light irradiation are effectively performed. Also, by the initial bias Vi applied to the quantum dot,
Each of the potential wells W 1 and w 1 is inclined. Therefore, holes are accumulated on the front side of the first stage quantum dots, and electrons are accumulated on the rear surface side of the first stage quantum dots. Therefore, electrons and holes are spatially separated in the same first-stage quantum dot, and the probability of recombination of electrons and holes can be sufficiently suppressed.
【0027】全体的なデータ入力が終了した時点で、今
度は印加させるバイアスを増加させ転写バイアスVtと
する。この転写バイアスVtを印加した時には、図8に
示すように急峻なポテンシャルの傾きが当該量子ドット
結合素子1内に形成される。そして、光照射により量子
ドット内に蓄積した電子は、その急峻なポテンシャルに
従って第1段の量子ドットのポテンシャル井戸W1 から
第2段の量子ドットのポテンシャル井戸W2 に移動す
る。At the point of time when the entire data input is completed, the bias to be applied is increased to the transfer bias Vt. When the transfer bias Vt is applied, a steep potential gradient is formed in the quantum dot coupling device 1 as shown in FIG. The electrons accumulated in the quantum dots by light irradiation is moved from the potential well W 1 of the quantum dots of the first stage in accordance with the steep potential in the potential well W 2 of the quantum dots of the second stage.
【0028】最終的には、図9に示すような電子とホー
ルの分布となる。すなわち、第2段の量子ドットQD21
〜QD27に電子が移動し、その移動後、第2段の量子ド
ット同士では、ポテンシャル障壁の低いAlGaAs基
板3を介した量子ドット間のトンネル遷移がなされ、そ
のトンネル遷移確率が高いため、量子ドットQD21〜Q
D27の結合関係を利用した高速な演算処理が動作が行わ
れる。この時、ホールは第1段の量子ドットQD11〜Q
D17のポテンシャル井戸w1 に閉じ込められているため
に、電子−ホールの間の再結合は抑制されることにな
る。Finally, the distribution of electrons and holes is as shown in FIG. That is, the second-stage quantum dot QD 21
QQD 27, and after the movement, the quantum dots in the second stage undergo tunnel transition between the quantum dots via the AlGaAs substrate 3 having a low potential barrier, and the tunnel transition probability is high. Dot QD 21- Q
High-speed operation processing using the binding relationship between D 27 operation is performed. At this time, holes are quantum dots QD 11 to Q of the first stage
For trapped in the potential well w 1 of D 17, electron - recombination between the holes is suppressed.
【0029】なお、上述のバイアスの印加は、例えば外
部電極間に空間電場を形成し、その空間電場を利用して
も良く、各基板の表面2aや裏面5に電極の代わりにな
る領域を形成し、そこに電圧を印加するようにしても良
い。また、本実施例では、当該量子ドット結合素子を構
成する材料を、AlAs,AlGaAs,GaAsで構
成したが、これに限定されず、エピタキシャル成長がで
き、異なる3種の禁制帯幅が実現されるような半導体の
組合せであれば良い。For the application of the above-mentioned bias, for example, a spatial electric field may be formed between the external electrodes, and the spatial electric field may be used, and a region serving as an electrode may be formed on the front surface 2a or the back surface 5 of each substrate. Then, a voltage may be applied thereto. Further, in this embodiment, the material constituting the quantum dot coupling device is made of AlAs, AlGaAs, and GaAs. However, the material is not limited to this, and epitaxial growth can be performed and three different band gaps can be realized. Any combination of semiconductors may be used.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明の量子ドット結合素子は、量子ド
ットをトンネル遷移確率の異なる2段積層構造とする。
このため遷移確率の低い第1段の量子ドット側にデータ
入力を行って電子を発生させ、十分なデータ入力の後、
トンネル遷移確率の高い第2段の量子ドットへ転写する
ことができる。従って、確実なデータ入力が実現され、
超高速な情報処理が行われると共に、電界によって入力
時の電子とホールの再結合も防止されることになる。According to the quantum dot coupling device of the present invention, the quantum dots have a two-stage laminated structure having different tunnel transition probabilities.
For this reason, data is input to the first stage quantum dot side with a low transition probability to generate electrons, and after sufficient data input,
It can be transferred to the second-stage quantum dot having a high tunnel transition probability. Therefore, reliable data input is realized,
Ultra-high-speed information processing is performed, and recombination of electrons and holes at the time of input is also prevented by the electric field.
【図1】本発明の量子ドット結合素子の一例の概略的な
斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an example of a quantum dot coupling device of the present invention.
【図2】本発明の量子ドット結合素子の一例の部分断面
図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an example of the quantum dot coupling device of the present invention.
【図3】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のIII−III線に沿ったポテンシャルエネルギー
図である。FIG. 3 is a potential energy diagram along an III-III line in FIG. 2 in one example of the quantum dot coupling device of the present invention.
【図4】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のIV−IV線に沿ったポテンシャルエネルギー図で
ある。FIG. 4 is a potential energy diagram along an IV-IV line of FIG. 2 in one example of the quantum dot coupling device of the present invention.
【図5】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のV−V線に沿ったポテンシャルエネルギー図であ
る。FIG. 5 is a potential energy diagram taken along the line VV in FIG. 2 in an example of the quantum dot coupling device of the present invention.
【図6】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のV−V線に沿ったポテンシャルエネルギー図であっ
て、初期バイアス状態のポテンシャルを示す図である。FIG. 6 is a potential energy diagram along the line VV of FIG. 2 in one example of the quantum dot coupling device of the present invention, showing potential in an initial bias state.
【図7】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のV−V線に沿ったポテンシャルエネルギー図であっ
て、光照射時の状態を示す図である。FIG. 7 is a potential energy diagram along the line VV of FIG. 2 in one example of the quantum dot coupling device of the present invention, showing a state at the time of light irradiation.
【図8】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のV−V線に沿ったポテンシャルエネルギー図であっ
て、第1段の量子ドットから第2段の量子ドットへの転
写状態を示す図である。FIG. 8 is a potential energy diagram along the line VV of FIG. 2 in one example of the quantum dot coupling device of the present invention, showing a transfer state from the first stage quantum dots to the second stage quantum dots. FIG.
【図9】本発明の量子ドット結合素子の一例における図
2のV−V線に沿ったポテンシャルエネルギー図であっ
て、所要の情報処理状態を示す図である。FIG. 9 is a potential energy diagram along the line VV of FIG. 2 in one example of the quantum dot coupling device of the present invention, showing a required information processing state.
QD11〜QD17…第1段の量子ドット QD21〜QD27…第2段の量子ドット 1…量子ドット結合素子 2…AlAs基板 3…AlGaAs基板 6…光照射手段QD 11 ~QD 17 ... first stage of quantum dots QD 21 ~QD 27 ... second stage of the quantum dots 1 ... quantum dot coupling element 2 ... AlAs substrate 3 ... AlGaAs substrate 6 ... light irradiation means
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/66 H01L 29/06 G06G 7/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/66 H01L 29/06 G06G 7/00
Claims (3)
率が所要の情報処理のアルゴリズムに対応するように各
量子ドット間の距離を設定して配列させてなる複数の量
子ドットを有し、該量子ドットの電子の空間的な分布に
より前記情報処理を行う量子ドット結合素子において、 各量子ドットを2段積層構造とし、第1段の量子ドット
間のトンネル遷移確率は、第2段の量子ドット間のトン
ネル遷移確率よりも低いトンネル遷移確率とされること
を特徴とする量子ドット結合素子。A plurality of quantum dots arranged and arranged at a distance between the quantum dots such that a tunnel transition probability of electrons between the quantum dots corresponds to a required information processing algorithm; In the quantum dot coupling device that performs the information processing by the spatial distribution of the electrons of the quantum dots, each quantum dot has a two-stage stacked structure, and the tunnel transition probability between the first stage quantum dots is the second stage quantum dot. A quantum dot coupling device characterized by a tunnel transition probability lower than a tunnel transition probability between the quantum dots.
って、第1段の量子ドットから第2段の量子ドットには
電子が電界により転写されることを特徴とする量子ドッ
ト結合素子。2. The quantum dot coupling device according to claim 1, wherein electrons are transferred from the first stage quantum dots to the second stage quantum dots by an electric field.
電子のトンネル遷移確率が所用の情報処理のアルゴリズ
ムに対応するように各量子ドット間の距離を設定して配
列させてなる複数の量子ドットを用いる情報処理方法で
あって、 複数の量子ドットのうちの少なくとも一部のトンネル遷
移確率の低い第1段の量子ドットに電子を発生させる工
程と、2段積層構造の量子ドットに転写バイアスを印加し、発
生した前記電子を、トンネル遷移確率の低い第1段の量
子ドットから、それぞれ対応するトンネル遷移確率の高
い第2段の量子ドットへ移動させる工程と 、トンネル遷移確率の高い第2段の量子ドット間の電子の
トンネル遷移により、量子ドットの結合関係を利用した
演算処理を行う工程と を有することを特徴とする情報処
理方法。3. A plurality of quantum dots arranged and arranged with a distance between the quantum dots such that the electron tunnel transition probability between the quantum dots having the two-stage stacked structure corresponds to a required information processing algorithm. an information processing method using a dot, at least part of the step of generating electrons in the quantum dots of the first stage low tunnel transition probability, the transfer bias to the quantum dot two-stage stacked structure of a plurality of quantum dots And apply
The generated electrons are transferred to the first stage having a low tunnel transition probability.
From the child dot, the corresponding high tunnel transition probability
Transferring the electrons to the second stage quantum dots, and transferring electrons between the second stage quantum dots having a high tunnel transition probability.
Tunnel transitions use quantum dot coupling
Performing an arithmetic process .
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JP26551191A JP3245907B2 (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Quantum dot coupling device |
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JPH0582773A JPH0582773A (en) | 1993-04-02 |
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