JP3297758B2 - Quantum element and method of manufacturing the same - Google Patents

Quantum element and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP3297758B2
JP3297758B2 JP28534192A JP28534192A JP3297758B2 JP 3297758 B2 JP3297758 B2 JP 3297758B2 JP 28534192 A JP28534192 A JP 28534192A JP 28534192 A JP28534192 A JP 28534192A JP 3297758 B2 JP3297758 B2 JP 3297758B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quantum
boxes
wires
layer
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP28534192A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06120482A (en
Inventor
隆一 宇賀神
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP28534192A priority Critical patent/JP3297758B2/en
Priority to EP93112890A priority patent/EP0588062B1/en
Priority to DE69301885T priority patent/DE69301885T2/en
Publication of JPH06120482A publication Critical patent/JPH06120482A/en
Priority to US08/574,785 priority patent/US5643828A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3297758B2 publication Critical patent/JP3297758B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、量子素子及びその製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、量子波エレクトロニクスにおいて
は、電子のド・ブロイ波長と同程度の断面寸法を有する
極微箱構造、すなわちいわゆる量子箱が注目されてお
り、この量子箱内に閉じ込められた0次元電子が示す量
子効果に大きな関心がもたれている。
2. Description of the Related Art In recent years, in quantum wave electronics, a micro-box structure having a cross-sectional dimension comparable to the de Broglie wavelength of electrons, that is, a so-called quantum box, has been attracting attention. There is great interest in the quantum effects exhibited by two-dimensional electrons.

【0003】このような量子箱を用いた量子素子の一つ
として、量子箱結合素子(量子箱集合素子とも呼ばれ
る)が考えられており、その実現に向けて研究が開始さ
れている。この量子箱結合素子は、量子箱を複数配列
し、これらの量子箱間で量子力学的トンネリングやその
他の機構により電子(e- )の遷移を起こさせて電子分
布を変化させることにより情報処理を行おうとするもの
である。
[0003] As one of the quantum devices using such a quantum box, a quantum box coupling device (also referred to as a quantum box assembly device) has been considered, and research has been started for realizing the same. This quantum box coupling device arranges a plurality of quantum boxes and causes a transition of electrons (e ) by quantum mechanical tunneling or other mechanism between the quantum boxes to change information distribution, thereby performing information processing. It is what we are going to do.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に、
量子箱間での電子のトンネリングを利用する量子箱結合
素子を実現するためには、量子箱を10nm程度以下の
間隔に近接して形成する必要がある。
However, in particular,
In order to realize a quantum box coupling device using tunneling of electrons between quantum boxes, it is necessary to form quantum boxes close to each other at intervals of about 10 nm or less.

【0005】一方、電子ビームリソグラフィー技術によ
り、10nm程度のサイズの量子箱の形成が可能となっ
ているが、露光時の近接効果や電子の散乱などにより、
これらの量子箱間の間隔は50nm程度が限界である。
ところが、量子箱間の間隔がこのように50nm程度で
ある場合には、量子箱間の結合が非常に弱くなることか
ら、量子箱結合素子の動作速度が遅くなってしまうとい
う問題がある。
On the other hand, a quantum box having a size of about 10 nm can be formed by the electron beam lithography technique. However, due to the proximity effect at the time of exposure and scattering of electrons, etc.
The distance between these quantum boxes is limited to about 50 nm.
However, when the interval between the quantum boxes is about 50 nm, the coupling between the quantum boxes becomes very weak, and thus there is a problem that the operation speed of the quantum box coupling element is reduced.

【0006】この問題は、量子箱の代わりに量子細線を
用いた量子素子、すなわち量子細線結合素子においても
同様に生じるものである。
This problem also occurs in a quantum device using a quantum wire instead of a quantum box, that is, a quantum wire coupling device.

【0007】従って、この発明の目的は、高速動作が可
能な量子箱結合素子または量子細線結合素子を実現する
ことができる量子素子及びその製造方法を提供すること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a quantum device capable of realizing a quantum box coupling device or a quantum wire coupling device capable of operating at high speed, and a method of manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第1の発明は、互いに隣接して配置され
た複数の量子箱(2)または量子細線と、複数の量子箱
(2)または量子細線を覆うように形成された障壁層と
を有する量子素子であって、複数の量子箱(2)または
量子細線の全部または一部の側壁にその量子箱(2)ま
たは量子細線の一部であるエピタキシャル成長層(3)
を設けることにより複数の量子箱(2)または量子細線
の間の結合の強さを高めるようにしたことを特徴とする
ものである。この発明の第2の発明は、互いに隣接して
配置された複数の量子箱(2)または量子細線と、複数
の量子箱(2)または量子細線を覆うように形成された
障壁層とを有する量子素子であって、複数の量子箱
(2)または量子細線の全部または一部の側壁に量子箱
(2)または量子細線と同一の材料から成るエピタキシ
ャル成長層(3)を設けることにより複数の量子箱
(2)または量子細線の間の結合の強さを高めるように
したことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a first invention of the present invention provides a plurality of quantum boxes (2) or quantum wires arranged adjacent to each other and a plurality of quantum boxes (2). ) or a quantum device having a formed barrier layer to cover the quantum wires, a plurality of quantum boxes (2) or a quantum box to all or part of the side wall of the quantum wire (2) or
Or an epitaxially grown layer that is part of a quantum wire (3)
Is provided to increase the strength of coupling between a plurality of quantum boxes (2) or quantum wires. The second invention of the present invention
A plurality of quantum boxes (2) or quantum wires arranged and
Formed to cover the quantum box (2) or quantum wire of
A quantum device having a barrier layer and a plurality of quantum boxes.
(2) Or quantum box on all or part of the side wall of quantum wire
(2) or epitaxy made of the same material as the quantum wire
Providing multiple growth chambers (3) allows multiple quantum boxes
(2) or to increase the strength of coupling between quantum wires
It is characterized by having done.

【0009】この発明の第の発明は、互いに隣接して
配置された複数の量子箱(2)または量子細線と、複数
の量子箱(2)または量子細線を覆うように形成された
障壁層とを有する量子素子であって、複数の量子箱
(2)または量子細線の全部または一部の間にこれらを
接続するようにチャネル層(7)を設けることにより複
数の量子箱(2)または量子細線の間の結合の強さを高
めるようにしたことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, a plurality of quantum boxes (2) or quantum wires arranged adjacent to each other and a barrier layer formed to cover the plurality of quantum boxes (2) or quantum wires. a quantum device having bets, these between a plurality of quantum boxes (2) or the whole quantum wire or a portion
It is characterized in that so as to increase the strength of the bond between the plurality of quantum boxes (2) or quantum wires by providing a channel layer (7) to connect.

【0010】この発明の第の発明は、第の発明によ
る量子素子において、チャネル層(7)はエピタキシャ
ル成長により形成されたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the quantum device according to the third aspect , the channel layer (7) is formed by epitaxial growth.

【0011】この発明の第の発明は、互いに隣接して
配置された複数の量子箱(2)または量子細線と、複数
の量子箱(2)または量子細線を覆うように形成された
障壁層とを有する量子素子の製造方法であって、複数の
量子箱(2)または量子細線の形成用の化合物半導体層
(4)を基板(1)上に形成する工程と、化合物半導体
層(4)をパターニングすることにより複数の量子箱
(2)または量子細線を形成する工程と、基板(1)の
全面に、量子箱(2)または量子細線の一部となるエピ
タキシャル成長層(3または7)を形成する工程と、障
壁層を形成する工程とを有するものである。この発明の
第6の発明は、互いに隣接して配置された複数の量子箱
(2)または量子細線と、複数の量子箱(2)または量
子細線を覆うように形成された障壁層とを有する量子素
子の製造方法であって、複数の量子箱(2)または量子
細線の形成用の化合物半導体層(4)を基板(1)上に
形成する工程と、化合物半導体層(4)をパターニング
することにより複数の量子箱(2)または量子細線を形
成する工程と、基板(1)の全面に、量子箱(2)また
は量子細線と同一の材料から成るエピタキシャル成長層
(3または7)を形成する工程と、障壁層を形成する工
程とを有するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of quantum boxes (2) or quantum wires arranged adjacent to each other and a barrier layer formed so as to cover the plurality of quantum boxes (2) or quantum wires. Forming a compound semiconductor layer (4) for forming a plurality of quantum boxes (2) or quantum wires on a substrate (1); and a compound semiconductor layer (4). Forming a plurality of quantum boxes (2) or quantum wires by patterning, and forming an epitaxial growth layer on a whole surface of the substrate (1) to be a part of the quantum boxes (2) or quantum wires. (3) or (7) and a step of forming a barrier layer. Of the present invention
A sixth invention is directed to a plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other.
(2) or quantum wires and multiple quantum boxes (2) or quantities
Having a barrier layer formed over the fine wire
A method for manufacturing a quantum device, comprising a plurality of quantum boxes (2) or quantum
A compound semiconductor layer (4) for forming a fine wire is formed on a substrate (1).
Forming and patterning the compound semiconductor layer (4)
To form multiple quantum boxes (2) or quantum wires
The quantum box (2) or the entire surface of the substrate (1).
Is an epitaxially grown layer made of the same material as the quantum wires
A step of forming (3 or 7) and a step of forming a barrier layer
It has a process.

【0012】[0012]

【作用】第1及び第2の発明による量子素子によれば、
あらかじめ形成された量子箱(2)または量子細線の側
壁にその量子箱(2)または量子細線の一部であるか、
量子箱(2)または量子細線と同一の材料から成るエピ
タキシャル成長層(3)を形成することにより、量子箱
(2)または量子細線の間の間隔をこのエピタキシャル
成長層(3)の厚さの2倍に相当する距離分だけ縮小す
ることができる。これによって、その分だけ量子箱
(2)または量子細線の間の結合の強さを高めることが
できる。特に、あらかじめ量子箱(2)または量子細線
を可能な限り近接させて形成するとともに、量子箱
(2)または量子細線の側壁に形成するエピタキシャル
成長層(3)の厚さを十分に大きくすることにより、量
子箱(2)または量子細線の間の間隔を実効的に10n
m程度にすることが可能であり、それによって量子箱
(2)または量子細線の間の結合の強さを十分に高める
ことができる。
According to the quantum devices of the first and second aspects,
A part of the quantum box (2) or the quantum wire on the side wall of the previously formed quantum box (2) or the quantum wire;
Epi-box made of the same material as quantum box (2) or quantum wire
By forming the epitaxially grown layer (3), the interval between the quantum boxes (2) or quantum wires can be reduced by a distance corresponding to twice the thickness of the epitaxially grown layer (3). Thereby, the strength of the coupling between the quantum box (2) or the quantum wire can be increased accordingly. In particular, by forming the quantum box (2) or the quantum wire in advance as close as possible and making the thickness of the epitaxial growth layer (3) formed on the side wall of the quantum box (2) or the quantum wire sufficiently large. , The spacing between quantum boxes (2) or quantum wires is effectively 10n
m, so that the coupling strength between the quantum box (2) or the quantum wire can be sufficiently increased.

【0013】以上により、高速動作が可能な量子箱結合
素子または量子細線結合素子を実現することができる。
As described above, a quantum box coupling element or a quantum wire coupling element that can operate at high speed can be realized.

【0014】第の発明及び第の発明による量子素子
によれば、複数の量子箱(2)または量子細線の全部ま
たは一部の間にこれらを接続するようにチャネル層
(7)を形成することにより、このチャネル層(7)を
通って電子が量子箱(2)または量子細線の間を遷移す
ることが可能となることから、量子箱(2)または量子
細線の間の結合の強さを高めることができる。そして、
これによって、高速動作が可能な量子箱結合素子または
量子細線結合素子を実現することができる。
According to the quantum devices of the third and fourth inventions, all of the plurality of quantum boxes (2) or quantum wires are provided.
By forming the channel layer (7) so as to connect them or between them, electrons can transition between the quantum box (2) or the quantum wire through the channel layer (7). Because it is possible, the strength of the coupling between the quantum box (2) or the quantum wire can be increased. And
Thereby, a quantum box coupling element or a quantum wire coupling element that can operate at high speed can be realized.

【0015】また、第の発明による量子素子によれ
ば、チャネル層(7)をエピタキシャル成長により形成
していることから、チャネル層(7)を容易に、しかも
高い厚さ制御性で形成することができる。
Further, according to the quantum element of the fourth aspect , since the channel layer (7) is formed by epitaxial growth, the channel layer (7) can be easily formed with high thickness controllability. Can be.

【0016】第5及び第6の発明による量子素子の製造
方法によれば、基板(1)の全面に形成されるエピタキ
シャル成長層(7)をそのまま量子箱(2)または量子
細線の間を接続するチャネル層(7)として用いること
により、このチャネル層(7)により量子箱(2)また
は量子細線の間の結合の強さが高められた高速動作が可
能な量子箱結合素子または量子細線結合素子を製造する
ことができる。また、エピタキシャル成長層(3)を基
板表面に対して垂直な方向にエッチングし、量子箱
(2)または量子細線の側壁にのみこのエピタキシャル
成長層(3)を残すようにすることにより、この量子箱
(2)または量子細線の側壁に形成されたエピタキシャ
ル成長層(3)の厚さの2倍に相当する距離分だけ量子
箱(2)または量子細線の間の間隔を縮小することがで
き、それによって量子箱(2)または量子細線の間の結
合の強さが高く、高速動作が可能な量子箱結合素子また
は量子細線結合素子を製造することができる。
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, the epitaxial growth layer (7) formed on the entire surface of the substrate (1) is directly connected between the quantum boxes (2) or the quantum wires. When used as the channel layer (7), the coupling strength between the quantum box (2) or the quantum wire is enhanced by the channel layer (7), and the quantum box coupling element or the quantum wire coupling element capable of high-speed operation is provided. Can be manufactured. Further, by etching the epitaxially grown layer (3) in a direction perpendicular to the substrate surface and leaving the epitaxially grown layer (3) only on the side wall of the quantum box (2) or the quantum wire, the quantum box ( 2) or the distance between quantum boxes (2) or quantum wires can be reduced by a distance corresponding to twice the thickness of the epitaxially grown layer (3) formed on the side walls of the quantum wires, whereby the quantum It is possible to manufacture a quantum box-coupled device or a quantum-wire-coupled device having a high coupling strength between the box (2) or the quantum wires and capable of high-speed operation.

【0017】[0017]

【実施例】この発明の実施例を説明する前に、量子箱間
での電子のトンネリングを利用する量子箱結合素子にお
いて、量子箱間の間隔が大きいと動作速度が低下する理
由について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the embodiments of the present invention, the reason why the operation speed is reduced when the interval between quantum boxes is large in a quantum box coupling device utilizing tunneling of electrons between quantum boxes will be described in detail. I do.

【0018】なお、ここでは、一般に1個以上の電子を
収容可能な量子箱のうち電子を1個だけ収容可能なもの
を特に量子ドットと呼び、この量子ドットを複数組み合
わせることにより構成された素子を量子ドット結合素子
と呼ぶ。そして、以下の説明はこの量子ドット結合素子
について行う。
Here, a quantum box capable of accommodating only one electron of a quantum box capable of accommodating one or more electrons is particularly referred to as a quantum dot, and an element constituted by combining a plurality of such quantum dots. Is called a quantum dot coupling element. The following description is made with respect to this quantum dot coupling device.

【0019】この量子ドットはドット状の井戸部の周囲
を障壁層により三次元的に取り囲んだものであり、単一
量子ドットのポテンシャル井戸及びこのポテンシャル井
戸内の電子の基底状態の波動関数は概念的に図8のよう
に表される。
The quantum dot is formed by three-dimensionally surrounding a dot-shaped well portion by a barrier layer. The wave function of the potential well of a single quantum dot and the ground state of electrons in the potential well are conceptually defined. It is expressed as shown in FIG.

【0020】今、図9に示すような二つの量子ドットか
ら成る量子ドット結合系を考える。そして、この量子ド
ット結合系における電子のダイナミックスを、孤立した
水素原子の電子状態の厳密解から水素分子イオン(H2
+ )の電子状態を考える場合の有効な近似法として知ら
れているLCAO(Linear Combination of Atomic Orb
itals)近似に基づいて考察する。
Now, consider a quantum dot coupling system composed of two quantum dots as shown in FIG. Then, the dynamics of electrons in this quantum dot coupled system is calculated from the exact solution of the electronic state of an isolated hydrogen atom to a hydrogen molecule ion (H 2
+ ) LCAO (Linear Combination of Atomic Orb) known as an effective approximation method when considering the electronic state of
itals).

【0021】このLCAO近似で考えると、最初は孤立
していた量子ドット1及び量子ドット2が互いに接近し
たときには、量子ドット1の電子の基底状態|1〉及び
量子ドット2の電子の基底状態|2〉のエネルギー準位
0 に幅2ΔEの分裂が起こり、結合状態と反結合状態
との二状態が得られる。これらの結合状態及び反結合状
態のエネルギー及び波動関数は次のように表される。
Considering this LCAO approximation, when the initially isolated quantum dots 1 and 2 approach each other, the ground state | 1> of the electrons of the quantum dot 1 and the ground state | of the electrons of the quantum dot 2 | In the energy level E 0 of 2>, a split of width 2ΔE occurs, and two states of a coupled state and an anti-coupled state are obtained. The energies and wave functions of these coupled and anti-coupled states are expressed as follows.

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【数2】 ここで、ΔEはトランスファー・エネルギーと呼ばれ、
後述のように量子ドット間の電子のトンネル時間τの目
安となるものである。
(Equation 2) Here, ΔE is called transfer energy,
As will be described later, it is a measure of the tunnel time τ of electrons between quantum dots.

【0023】この量子ドット結合系のハミルトニアンをThe Hamiltonian of this coupled quantum dot system is

【数3】 と書くと、(Equation 3) And write

【数4】 は、次式で示されるようにこのハミルトニアンの固有状
態となっている。
(Equation 4) Is the eigenstate of this Hamiltonian as shown by the following equation.

【数5】 (Equation 5)

【0024】さて、今、例えば量子ドット1に電子が局
在しているとすると、この状態は
Now, assuming that electrons are localized in the quantum dot 1, for example, this state is as follows.

【数6】 と書くことができる。この状態からシュレーディンガー
方程式によって時間発展させると、時刻tにおける状態
(Equation 6) Can be written. When this state is evolved over time by the Schrodinger equation, the state at time t is

【数7】 となる。(Equation 7) Becomes

【0025】これより、From this,

【数8】 を満たす時刻tになると、量子ドット1に局在していた
電子は量子ドット2に到達していることがわかる。従っ
て、このLCAO近似の範囲で、量子ドット1から量子
ドット2への電子のトンネル時間τを
(Equation 8) At time t that satisfies, it is understood that the electrons localized in the quantum dot 1 have reached the quantum dot 2. Therefore, within the range of the LCAO approximation, the tunnel time τ of the electron from the quantum dot 1 to the quantum dot 2 is set as follows.

【数9】 と考えることができる。(Equation 9) Can be considered.

【0026】このトンネル時間τは、より一般的には、This tunnel time τ is more generally

【数10】 と書くことができる。(Equation 10) Can be written.

【0027】以上より、量子ドット結合系における電子
のダイナミックスを最も単純化すれば、量子ドット間の
トランスファー・エネルギーΔEの大きさに依存するト
ンネリングにより電子は運動することになる。
As described above, if the dynamics of the electrons in the quantum dot coupled system is most simplified, the electrons move by tunneling depending on the magnitude of the transfer energy ΔE between the quantum dots.

【0028】次に、LCAO近似の範囲でのトランスフ
ァー・エネルギーΔEの表式を求める。
Next, the expression of the transfer energy ΔE in the range of the LCAO approximation is obtained.

【0029】今、一辺の長さが2dの単独の正方形量子
ドットを考えると、そのポテンシャル・エネルギーは
Now, considering a single square quantum dot having a side length of 2d, the potential energy is

【数11】 である。従って、運動エネルギーをKと書けば、この系
のハミルトニアンは
[Equation 11] It is. Therefore, if we write the kinetic energy as K, the Hamiltonian of this system is

【数12】 である。このハミルトニアンの基底状態を(Equation 12) It is. The ground state of this Hamiltonian is

【数13】 とし、そのエネルギーをE0 とすれば、(Equation 13) And if its energy is E 0 ,

【数14】 が成り立つ。[Equation 14] Holds.

【0030】これに対し、二つの正方形量子ドットから
成る量子ドット結合系(図9参照)のハミルトニアン
は、次式のように書くことができる。
On the other hand, the Hamiltonian of a quantum dot coupled system composed of two square quantum dots (see FIG. 9) can be written as the following equation.

【0031】[0031]

【数15】 ただし、一方の量子ドットの中心座標及び他方の量子ド
ットの中心座標を図9に示すように書くと、
(Equation 15) However, if the center coordinates of one quantum dot and the center coordinates of the other quantum dot are written as shown in FIG.

【数16】 である。(Equation 16) It is.

【0032】一方、(10)式で示される単独正方形量子ド
ットのハミルトニアンの基底状態の波動関数は
On the other hand, the wave function of the ground state of the Hamiltonian of a single square quantum dot represented by the equation (10) is

【数17】 であるが、[Equation 17] In Although,

【数18】 はそれぞれ、(Equation 18) Respectively

【数19】 を満たしている。[Equation 19] Meets.

【0033】以上の準備ができたところで、(12)式で示
される量子ドット結合系のハミルトニアンのエネルギー
固有値を、(15)式で示される単独正方形量子ドットの固
有状態の張る二次元部分空間上で求める。この(15)式で
示される二つの固有状態は直交していないので、まず直
交基底を構成すると、これは例えば以下のようになる。
When the above preparations are completed, the energy eigenvalue of the Hamiltonian of the quantum dot coupled system expressed by the equation (12) is calculated on the two-dimensional subspace spanned by the eigenstate of the single square quantum dot expressed by the equation (15). Ask for. Since the two eigenstates represented by the equation (15) are not orthogonal, if an orthogonal basis is first constructed, this is as follows, for example.

【0034】[0034]

【数20】 (Equation 20)

【0035】この直交基底でハミルトニアン行列要素を
計算すると、
When the Hamiltonian matrix element is calculated on the orthogonal basis,

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【数24】 となる。ただし、これらの行列要素の計算においては、
(16)式及び次の式を用いた。
(Equation 24) Becomes However, in calculating these matrix elements,
Equation (16) and the following equation were used.

【0036】[0036]

【数25】 (Equation 25)

【0037】(20)式及び(21)式からわかるようにハミル
トニアン行列の非対角要素は0であるので、このハミル
トニアン行列は実は対角化されている。従って、エネル
ギー固有値は
As can be seen from Equations (20) and (21), the off-diagonal elements of the Hamiltonian matrix are 0, and thus this Hamiltonian matrix is actually diagonalized. Therefore, the energy eigenvalue is

【数26】 であり、その固有ベクトルがそれぞれ、(Equation 26) And their eigenvectors are

【数27】 となっている。[Equation 27] It has become.

【0038】(18)式及び(19)式の中で、波動関
数の局在性より、
In equations (18) and (19), from the localization of the wave function,

【数28】 が言えるので、エネルギーとして[Equation 28] Can be said, as energy

【数29】 のように考えることができる。(Equation 29) Can be thought of as

【0039】さて、 (8)式より、トランスファー・エネ
ルギーΔEが小さいと、量子ドット間の電子のトンネル
時間が大きくなることがわかる。一方、量子ドット間の
間隔が大きいと、量子ドット間の結合の強さは弱くな
り、その時のトランスファー・エネルギーΔEは小さく
なる。従って、量子ドット間の間隔が大きいと、量子ド
ット間の電子のトンネル時間は大きくなり、量子ドット
結合素子全体として動作速度が遅くなることがわかる。
From equation (8), it can be seen that the smaller the transfer energy ΔE, the longer the tunnel time of electrons between quantum dots. On the other hand, if the interval between the quantum dots is large, the strength of the coupling between the quantum dots becomes weak, and the transfer energy ΔE at that time becomes small. Therefore, it can be seen that when the interval between the quantum dots is large, the tunnel time of electrons between the quantum dots becomes long, and the operation speed of the whole quantum dot coupling device becomes slow.

【0040】以上述べた理論に基づいて、図10に示す
ような二次元の正方形量子ドット結合系についてトラン
スファー・エネルギーΔEの精密な計算を行った結果を
図11に示す。ただし、この計算に際しては、GaSb(障
壁)/InAs(井戸)ヘテロ構造から成る量子ドットを想
定し、量子ドットの一辺の長さを2d=10nm、量子
ドット内部、すなわちInAsから成る井戸部における電子
の有効質量をmInAs=0.027me (me :真空中の
電子の質量)、量子ドット外部、すなわちGaSbから成る
障壁部における電子の有効質量をmGaSb=0.049m
e 、GaSb/InAsヘテロ界面におけるポテンシャル障壁の
高さをV0 =0.8eVとした。
FIG. 11 shows the result of precise calculation of the transfer energy ΔE for a two-dimensional square quantum dot coupled system as shown in FIG. 10 based on the above-described theory. In this calculation, however, a quantum dot having a GaSb (barrier) / InAs (well) heterostructure is assumed, the length of one side of the quantum dot is 2d = 10 nm, and the electron inside the quantum dot, that is, the well portion made of InAs. The effective mass of m InAs = 0.027 m e (m e : mass of electron in vacuum), and the effective mass of electron outside the quantum dot, ie, the barrier portion made of GaSb, is m GaSb = 0.049 m
e , The height of the potential barrier at the GaSb / InAs hetero interface was set to V 0 = 0.8 eV.

【0041】図11より、例えば量子ドット間の距離2
r=15nm、その相対角θ=0の場合においても、ト
ンネル時間τは数十ns程度であり、2r=17.5n
m、θ=0の場合に至ってはτはmsのオーダーであ
る。量子ドット結合素子にとっては素過程に過ぎない量
子ドット間での電子のトンネリングがこれほど長い時間
を必要とするならば、量子ドット結合素子全体の動作速
度は非常に遅くならざるを得ない。
From FIG. 11, for example, the distance between quantum dots 2
Even when r = 15 nm and the relative angle θ = 0, the tunnel time τ is about several tens ns, and 2r = 17.5 n
In the case where m and θ = 0, τ is on the order of ms. If tunneling of electrons between quantum dots, which is only an elementary process for the quantum dot coupling device, requires such a long time, the operation speed of the entire quantum dot coupling device must be extremely slow.

【0042】なお、図11より、量子ドット間の距離2
rが固定されていても、その相対角θの変化によりΔE
が大きく変化していることがわかる。例えば、2r=1
7.5nmの場合には、θが0〜π/4の範囲で変化す
るのに伴い、ΔEは8桁以上変化している。そして、こ
れによって、量子ドット間の電子のトンネル時間τは8
桁以上も変化する。
From FIG. 11, the distance between the quantum dots 2
r is fixed, the change in relative angle θ causes ΔE
It can be seen that is greatly changed. For example, 2r = 1
In the case of 7.5 nm, ΔE changes by eight digits or more as θ changes in the range of 0 to π / 4. Then, by this, the electron tunnel time τ between the quantum dots is 8
It changes by more than an order of magnitude.

【0043】以下、この発明の実施例について図面を参
照しながら説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0044】図1はこの発明の第1実施例による量子ド
ット結合素子を示す。
FIG. 1 shows a quantum dot coupling device according to a first embodiment of the present invention.

【0045】図1に示すように、この第1実施例による
量子ドット結合素子においては、例えばAlGaAs基板1上
に、例えばGaAsから成る複数の四角柱状の量子ドット2
が一定間隔で周期的に配列されている。これらの量子ド
ット2の上には、実際には、それらを覆うように障壁層
としてのAlGaAs層が形成されているが、図面をわかりや
すくするために、その図示は省略されている。この場
合、このAlGaAs層とAlGaAs基板1とが量子井戸部として
の量子ドット2に対する障壁層を構成している。ここ
で、量子ドット2の一辺の長さは例えば10nm程度で
ある。なお、AlGaAs基板1としては、例えば、GaAs基板
上にAlGaAs層をエピタキシャル成長させたものが使用さ
れる。
As shown in FIG. 1, in the quantum dot coupling device according to the first embodiment, a plurality of quadrangular prism-like quantum dots 2 made of, for example, GaAs are formed on an AlGaAs substrate 1, for example.
Are periodically arranged at regular intervals. An AlGaAs layer as a barrier layer is actually formed on these quantum dots 2 so as to cover them, but is not shown for simplicity of the drawing. In this case, the AlGaAs layer and the AlGaAs substrate 1 constitute a barrier layer for the quantum dots 2 as quantum wells. Here, the length of one side of the quantum dot 2 is, for example, about 10 nm. As the AlGaAs substrate 1, for example, a substrate obtained by epitaxially growing an AlGaAs layer on a GaAs substrate is used.

【0046】この第1実施例においては、量子ドット2
の側壁に、例えばこの量子ドット2と同一の材料の層で
あるGaAs層3がサイドウォール・スペーサ状に形成され
ている。この場合、このGaAs層3は量子ドット2の一部
を構成するものである。このGaAs層3は、全ての量子ド
ット2の側壁に形成してもよいし、量子ドット結合素子
の使用目的に応じて決められる部分における量子ドット
2の側壁だけに形成してもよい。
In the first embodiment, the quantum dots 2
A GaAs layer 3, which is a layer made of the same material as the quantum dots 2, is formed in a side wall spacer shape on the side wall. In this case, the GaAs layer 3 constitutes a part of the quantum dot 2. The GaAs layer 3 may be formed on the side walls of all the quantum dots 2 or may be formed only on the side walls of the quantum dots 2 in a portion determined according to the intended use of the quantum dot coupling device.

【0047】今、GaAs層3がない場合の量子ドット2の
間隔をl、GaAs層3の幅(厚さ)をsとすると、このGa
As層3がある場合の量子ドット2の間隔l´は、l´=
l−2sとなる。すなわち、量子ドット2の側壁にGaAs
層3が形成されているこの第1実施例においては、量子
ドット2の側壁にGaAs層3が形成されていない場合に比
べて、GaAs層3の幅の2倍に相当する距離分だけ、量子
ドット2間の間隔が実効的に小さくなっている。
Now, assuming that the interval between the quantum dots 2 without the GaAs layer 3 is 1 and the width (thickness) of the GaAs layer 3 is s, this Ga
The interval l ′ between the quantum dots 2 in the case where the As layer 3 is provided is l ′ =
1−2s. In other words, GaAs is
In the first embodiment in which the layer 3 is formed, the quantum dots are separated by a distance corresponding to twice the width of the GaAs layer 3 as compared with the case where the GaAs layer 3 is not formed on the side walls of the quantum dots 2. The space between the dots 2 is effectively reduced.

【0048】次に、上述のように構成されたこの第1実
施例による量子ドット結合素子の製造方法について説明
する。
Next, a method of manufacturing the quantum dot coupling device according to the first embodiment having the above-described structure will be described.

【0049】まず、図2に示すように、AlGaAs基板1上
に、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法や分
子線エピタキシー(MBE)法によりGaAs層4をエピタ
キシャル成長させる。このGaAs層4は、形成すべき量子
ドットの高さに相当する厚さに選ばれ、具体的にはその
厚さは例えば10nm程度に選ばれる。次に、このGaAs
層4上に、形成すべき量子ドットに対応する平面形状の
レジストパターン5を形成する。このレジストパターン
5は、例えば、ビーム径を十分に細く絞った電子ビーム
を所定の原料ガス雰囲気中でGaAs層4に選択的に照射
し、この照射部に照射による分解生成物を堆積させるこ
とにより形成される。
First, as shown in FIG. 2, a GaAs layer 4 is epitaxially grown on an AlGaAs substrate 1 by, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method. The GaAs layer 4 is selected to have a thickness corresponding to the height of the quantum dot to be formed. Specifically, the thickness is selected to be, for example, about 10 nm. Next, this GaAs
A resist pattern 5 having a planar shape corresponding to a quantum dot to be formed is formed on the layer 4. The resist pattern 5 is formed, for example, by selectively irradiating the GaAs layer 4 with an electron beam having a sufficiently narrowed beam diameter in a predetermined raw material gas atmosphere, and depositing a decomposition product by irradiation on the irradiated portion. It is formed.

【0050】次に、このようにして形成されたレジスト
パターン5をマスクとしてGaAs層4を例えば反応性イオ
ンエッチング(RIE)法のようなドライエッチング法
により基板表面に対して垂直方向にエッチングする。こ
のドライエッチングにおいては、例えば塩素(Cl) 系の
ガスをエッチングガスとして用いる。このエッチング
は、AlGaAs基板1が露出するまで行う。これによって、
図3に示すように、GaAsから成る複数の量子ドット2が
互いに隣接して形成される。この段階では、これらの量
子箱2間の間隔はlである。
Next, using the resist pattern 5 thus formed as a mask, the GaAs layer 4 is etched in a direction perpendicular to the substrate surface by a dry etching method such as a reactive ion etching (RIE) method. In this dry etching, for example, a chlorine (Cl) -based gas is used as an etching gas. This etching is performed until the AlGaAs substrate 1 is exposed. by this,
As shown in FIG. 3, a plurality of quantum dots 2 made of GaAs are formed adjacent to each other. At this stage, the interval between these quantum boxes 2 is l.

【0051】次に、レジストパターン5を除去した後、
図4に示すように、例えばMOCVD法やMBE法によ
り全面に例えばGaAs層3をエピタキシャル成長させる。
このGaAs層3の厚さはsである。
Next, after removing the resist pattern 5,
As shown in FIG. 4, for example, a GaAs layer 3 is epitaxially grown on the entire surface by, for example, MOCVD or MBE.
The thickness of the GaAs layer 3 is s.

【0052】次に、このGaAs層3を例えばRIE法のよ
うなドライエッチング法により基板表面に対して垂直方
向にエッチングする。このエッチングは、量子ドット2
の上面が露出するまで行う。これによって、図1に示す
ように、量子ドット2の側壁だけにGaAs層3が残され
る。この段階で、量子ドット2間の間隔は実効的にl´
=l−2sになる。
Next, the GaAs layer 3 is etched in a direction perpendicular to the substrate surface by dry etching such as RIE. This etching is performed for the quantum dots 2
Until the upper surface of is exposed. This leaves the GaAs layer 3 only on the side walls of the quantum dots 2, as shown in FIG. At this stage, the interval between the quantum dots 2 is effectively l ′
= L-2s.

【0053】なお、必要に応じて、以上のような量子ド
ット2の側壁へのGaAs層3の形成を複数回繰り返し行う
ようにしてもよい。
Incidentally, if necessary, the formation of the GaAs layer 3 on the side wall of the quantum dot 2 as described above may be repeated a plurality of times.

【0054】この後、全面に障壁層としてのAlGaAs層
(図示せず)をエピタキシャル成長させて、目的とする
量子ドット結合素子を完成させる。
Thereafter, an AlGaAs layer (not shown) as a barrier layer is epitaxially grown on the entire surface to complete a target quantum dot coupling device.

【0055】以上のように、この第実施例によれば、
間隔lであらかじめ形成された量子ドット2の側壁にこ
の量子ドット2の一部を構成する厚さsのGaAs層3を形
成しているので、量子ドット2の間隔を実効的にl´=
l−2sに縮小することができ、従ってその分だけ量子
ドット2間の結合の強さを高めることができる。そし
て、これによって、高速動作が可能な量子ドット結合素
子を実現することができる。また、量子ドット2間の結
合の強さが高くなることにより、熱的なランダムネスに
対する耐性も向上する。
As described above, according to the first embodiment,
Since the GaAs layer 3 having a thickness s constituting a part of the quantum dot 2 is formed on the side wall of the quantum dot 2 formed in advance at the interval l, the interval between the quantum dots 2 is effectively set to l '=
It can be reduced to 1-2 s, and accordingly, the strength of the coupling between the quantum dots 2 can be increased accordingly. As a result, a quantum dot coupled device capable of high-speed operation can be realized. In addition, by increasing the strength of the bond between the quantum dots 2, the resistance to thermal randomness also improves.

【0056】図5はこの発明の第2実施例による量子ド
ット結合素子を示す。
FIG. 5 shows a quantum dot coupling device according to a second embodiment of the present invention.

【0057】図5に示すように、この第2実施例による
量子ドット結合素子においては、例えばAlGaAs基板1上
に例えばGaAsから成る複数の四角柱状の量子ドット2が
一定間隔で周期的に配列され、これらの量子ドット2の
上にそれらを覆うように例えばAlGaAs層6が形成されて
いる。この場合、このAlGaAs層6とAlGaAs基板1とが量
子井戸部としての量子ドット2に対する障壁層を構成し
ている。ここで、量子ドット2の一辺の長さは例えば1
0nm程度である。なお、AlGaAs基板1としては、第1
実施例と同様に、例えば、GaAs基板上にAlGaAs層をエピ
タキシャル成長させたものが使用される。
As shown in FIG. 5, in the quantum dot coupling device according to the second embodiment, a plurality of quadrangular prism-like quantum dots 2 made of, for example, GaAs are periodically arranged at regular intervals on an AlGaAs substrate 1, for example. For example, an AlGaAs layer 6 is formed on these quantum dots 2 so as to cover them. In this case, the AlGaAs layer 6 and the AlGaAs substrate 1 constitute a barrier layer for the quantum dots 2 as quantum wells. Here, the length of one side of the quantum dot 2 is, for example, 1
It is about 0 nm. In addition, as the AlGaAs substrate 1, the first
As in the embodiment, for example, an AlGaAs layer epitaxially grown on a GaAs substrate is used.

【0058】この第2実施例においては、量子ドット2
の間の部分のAlGaAs基板1上に、例えばGaAs層から成る
チャネル層7がこれらの量子ドット2間を接続するよう
に設けられている。このチャネル層7の厚さは、量子ド
ット2間の結合の強さをどのように設定するかに応じて
決められるものであるが、具体的には例えば1nm程度
に選ばれる。また、このチャネル層7は、全ての量子ド
ット2の間の部分に形成してもよいし、量子ドット結合
素子の使用目的に応じて決められる部分における量子ド
ット2の間だけに形成してもよい。
In the second embodiment, the quantum dots 2
A channel layer 7 made of, for example, a GaAs layer is provided on the AlGaAs substrate 1 at a portion between the quantum dots 2 so as to connect the quantum dots 2 to each other. The thickness of the channel layer 7 is determined depending on how the strength of the coupling between the quantum dots 2 is set, and is specifically selected to be, for example, about 1 nm. Further, the channel layer 7 may be formed in a portion between all the quantum dots 2 or may be formed only between the quantum dots 2 in a portion determined according to the purpose of use of the quantum dot coupling element. Good.

【0059】このように構成されたこの第2実施例によ
る量子ドット結合素子においては、チャネル層7により
相互に接続された量子ドット2間では、このチャネル層
7を通って電子が移動することができる。この場合、こ
のチャネル層7における電子のエネルギーは正であるの
で、量子ドット2間をトンネリングにより電子が遷移す
る場合に比べて、量子ドット2間の結合の強さは非常に
高くなる。
In the thus constituted quantum dot coupling device according to the second embodiment, electrons can move through the channel layer 7 between the quantum dots 2 connected to each other by the channel layer 7. it can. In this case, since the energy of the electrons in the channel layer 7 is positive, the strength of the coupling between the quantum dots 2 becomes very high as compared with the case where the electrons transition between the quantum dots 2 by tunneling.

【0060】次に、上述のように構成されたこの第2実
施例による量子ドット結合素子の製造方法について説明
する。
Next, a description will be given of a method of manufacturing the quantum dot coupling device according to the second embodiment configured as described above.

【0061】まず、図6に示すように、第1実施例で述
べたと同様にして、AlGaAs基板1上にGaAsから成る複数
の量子ドット2を形成する。
First, as shown in FIG. 6, a plurality of quantum dots 2 made of GaAs are formed on an AlGaAs substrate 1 in the same manner as described in the first embodiment.

【0062】次に、図7に示すように、例えばMOCV
D法やMBE法により全面に例えばGaAs層から成るチャ
ネル層7をエピタキシャル成長させる。この場合、量子
ドット2の側壁及び上面にエピタキシャル成長された部
分のチャネル層7は、量子ドット2の一部となる。
Next, as shown in FIG.
A channel layer 7 made of, for example, a GaAs layer is epitaxially grown on the entire surface by the D method or the MBE method. In this case, a portion of the channel layer 7 epitaxially grown on the side wall and the upper surface of the quantum dot 2 becomes a part of the quantum dot 2.

【0063】この後、図5に示すように、全面にAlGaAs
層6をエピタキシャル成長させて、目的とする量子ドッ
ト結合素子を完成させる。
Thereafter, as shown in FIG.
The layer 6 is epitaxially grown to complete the target quantum dot coupled device.

【0064】以上のように、この第2実施例によれば、
量子ドット2間を接続するチャネル層7を設けているこ
とにより、量子ドット2間の結合の強さを十分に高める
ことができ、これによって高速動作が可能な量子ドット
結合素子を実現することができる。また、第1実施例と
同様に、量子ドット2間の結合の強さが高くなることに
より、熱的なランダムネスに対する耐性も向上する。
As described above, according to the second embodiment,
By providing the channel layer 7 for connecting the quantum dots 2, the strength of the coupling between the quantum dots 2 can be sufficiently increased, thereby realizing a quantum dot coupling element capable of high-speed operation. it can. Also, as in the first embodiment, the resistance to thermal randomness is improved by increasing the strength of the coupling between the quantum dots 2.

【0065】以上、この発明の実施例について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.

【0066】例えば、上述の第1実施例及び第2実施例
においては、四角柱形状の量子ドット2を用いている
が、四角柱形状以外の各種の形状の量子ドットを用いる
量子ドット結合素子にもこの発明を適用することが可能
である。
For example, in the above-described first and second embodiments, the quadrangular prism-shaped quantum dots 2 are used. However, the present invention is applicable to a quantum dot coupling element using quantum dots of various shapes other than the quadrangular prism shape. The present invention can also be applied to the present invention.

【0067】また、図11に示すように、量子ドット間
の相対角θによってトランスファー・エネルギーΔEが
大きく変化することを利用し、量子ドット2間の相対角
θを量子ドット結合素子の使用目的などに応じて変化さ
せるようにすることも可能である。
Also, as shown in FIG. 11, the relative angle θ between the quantum dots 2 is changed by utilizing the fact that the transfer energy ΔE greatly changes depending on the relative angle θ between the quantum dots. It is also possible to make it change according to.

【0068】さらに、上述の第1実施例及び第2実施例
においては、量子ドット2をAlGaAs/GaAsヘテロ接合に
より形成しているが、例えばGaSb/InAsヘテロ接合によ
り量子ドット2を形成することも可能である。
Further, in the above-described first and second embodiments, the quantum dots 2 are formed by an AlGaAs / GaAs heterojunction, but the quantum dots 2 may be formed by a GaSb / InAs heterojunction, for example. It is possible.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
量子箱または量子細線の間の結合の強さを高めることが
できることから、高速動作が可能な量子箱結合素子また
は量子細線結合素子を実現することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the coupling strength between the quantum box or the quantum wire can be increased, a quantum box coupling element or a quantum wire coupling element that can operate at high speed can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1実施例による量子ドット結合素
子を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a quantum dot coupling device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す量子ドット結合素子の製造方法を説
明するための斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view for explaining a method of manufacturing the quantum dot coupling device shown in FIG.

【図3】図1に示す量子ドット結合素子の製造方法を説
明するための斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view for explaining a method for manufacturing the quantum dot coupling device shown in FIG.

【図4】図1に示す量子ドット結合素子の製造方法を説
明するための斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view for explaining a method for manufacturing the quantum dot coupling device shown in FIG.

【図5】この発明の第2実施例による量子ドット結合素
子を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a quantum dot coupling device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5に示す量子ドット結合素子の製造方法を説
明するための斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view for explaining a method of manufacturing the quantum dot coupling device shown in FIG.

【図7】図5に示す量子ドット結合素子の製造方法を説
明するための斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view for explaining a method of manufacturing the quantum dot coupling device shown in FIG.

【図8】単一量子ドットのポテンシャル井戸及びこのポ
テンシャル井戸内の電子の基底状態の波動関数を概念的
に示す略線図である。
FIG. 8 is a schematic diagram conceptually showing a potential well of a single quantum dot and a wave function of a ground state of electrons in the potential well.

【図9】二つの量子ドットから成る量子ドット結合系を
示す略線図である。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a quantum dot coupling system including two quantum dots.

【図10】二次元の正方形量子ドット結合系における量
子ドット間の相対距離及び相対角を示す略線図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a relative distance and a relative angle between quantum dots in a two-dimensional square quantum dot coupling system.

【図11】図10に示す正方形量子ドット結合系におけ
る相対角θによるトランスファー・エネルギーΔE及び
トンネル時間τの変化を示すグラフである。
11 is a graph showing changes in transfer energy ΔE and tunnel time τ depending on the relative angle θ in the square quantum dot coupling system shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 AlGaAs基板 2 量子ドット 3、4 GaAs層 5 レジストパターン 6 AlGaAs層 7 チャネル層 Reference Signs List 1 AlGaAs substrate 2 Quantum dot 3, 4 GaAs layer 5 Resist pattern 6 AlGaAs layer 7 Channel layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/68 H01L 29/06 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/68 H01L 29/06 JICST file (JOIS)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 互いに隣接して配置された複数の量子箱
または量子細線と、 上記複数の量子箱または量子細線を覆うように形成され
た障壁層とを有する量子素子であって、 上記複数の量子箱または量子細線の全部または一部の側
壁にその量子箱または量子細線の一部であるエピタキシ
ャル成長層を設けることにより上記複数の量子箱または
量子細線の間の結合の強さを高めるようにしたことを特
徴とする量子素子。
1. A quantum device comprising: a plurality of quantum boxes or quantum wires arranged adjacent to each other; and a barrier layer formed to cover the plurality of quantum boxes or quantum wires. By providing an epitaxial growth layer that is a part of the quantum box or quantum wire on the whole or a part of the sidewall of the quantum box or quantum wire, the coupling between the plurality of quantum boxes or quantum wires can be reduced. A quantum device characterized in that its strength is increased.
【請求項2】 上記量子箱または量子細線及び上記エピ
タキシャル成長層は互いに同一の材料から成ることを特
徴とする請求項1記載の量子素子。
2. The quantum device according to claim 1, wherein said quantum box or quantum wire and said epitaxial growth layer are made of the same material.
【請求項3】 互いに隣接して配置された複数の量子箱
または量子細線と、 上記複数の量子箱または量子細線を覆うように形成され
た障壁層とを有する量子素子であって、 上記複数の量子箱または量子細線の全部または一部の側
壁に上記量子箱または量子細線と同一の材料から成るエ
ピタキシャル成長層を設けることにより上記複数の量子
箱または量子細線の間の結合の強さを高めるようにした
ことを特徴とする量子素子。
3. A plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other
Or , formed so as to cover the quantum wire and the plurality of quantum boxes or quantum wires.
A quantum device having a barrier layer , wherein all or part of the plurality of quantum boxes or quantum wires are provided.
The wall is made of the same material as the quantum box or quantum wire.
By providing a epitaxial growth layer, the above multiple quantum
Improved the strength of coupling between boxes or quantum wires
A quantum device characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 互いに隣接して配置された複数の量子箱
または量子細線と、 上記複数の量子箱または量子細線を覆うように形成され
た障壁層とを有する量子素子であって、 上記複数の量子箱または量子細線の全部または一部の間
にこれらを接続するようにチャネル層を設けることによ
り上記複数の量子箱または量子細線の間の結合の強さを
高めるようにしたことを特徴とする量子素子。
4. A plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other
Or , formed so as to cover the quantum wire and the plurality of quantum boxes or quantum wires.
A quantum device having a barrier layer formed between all or part of the plurality of quantum boxes or quantum wires.
By providing a channel layer to connect these
The coupling strength between the above quantum boxes or quantum wires
A quantum device characterized by being enhanced.
【請求項5】 上記チャネル層はエピタキシャル成長に
より形成されたものであることを特徴とする請求項4記
載の量子素子。
5. The method according to claim 1, wherein the channel layer is formed by epitaxial growth.
5. The method according to claim 4, wherein
Quantum element shown.
【請求項6】 上記量子箱または量子細線及び上記チャ
ネル層は互いに 同一の材料から成ることを特徴とする請
求項4記載の量子素子。
6. The quantum box or quantum wire and the cha
The tunnel layers are made of the same material as each other.
The quantum device according to claim 4.
【請求項7】 互いに隣接して配置された複数の量子箱
または量子細線と、上記複数の量子箱または量子細線を
覆うように形成された障壁層とを有する量子素子の製造
方法であって、 上記複数の量子箱または量子細線の形成用の化合物半導
体層を基板上に形成する工程と、 上記化合物半導体層をパターニングすることにより上記
複数の量子箱または量子細線を形成する工程と、 上記基板の全面に、上記量子箱または量子細線の一部と
なるエピタキシャル成長層を形成する工程と、 上記障壁層を形成する工程とを有することを特徴とする
量子素子の製造方法。
7. A plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other
Or a quantum wire and the above-mentioned plurality of quantum boxes or quantum wires
Of quantum device having a barrier layer formed overlying
A method comprising : forming a plurality of quantum boxes or quantum wires;
Forming a body layer on a substrate and patterning the compound semiconductor layer
Forming a plurality of quantum boxes or quantum wires, and forming a part of the quantum boxes or quantum wires on the entire surface of the substrate.
Forming an epitaxial growth layer, and forming the barrier layer.
A method for manufacturing a quantum device.
【請求項8】 上記エピタキシャル成長層を形成した
後、エッチングを行うことにより上記エピタキシャル成
長層を上記量子箱または量子細線の側壁に残すことを特
徴とする請求項7記載の量子素子の製造方法。
8. An epitaxial growth layer is formed.
Later, the above epitaxial growth is performed by etching.
It is noted that the long layer is left on the side wall of the quantum box or quantum wire.
The method for manufacturing a quantum device according to claim 7, wherein:
【請求項9】 上記量子箱または量子細線及び上記エピ9. The quantum box or quantum wire and the epi.
タキシャル成長層は互いに同一の材料から成ることを特The growth layers are preferably made of the same material.
徴とする請求項7記載の量子素子の製造方法。The method for manufacturing a quantum device according to claim 7, wherein:
【請求項10】 互いに隣接して配置された複数の量子10. A plurality of quantum devices arranged adjacent to each other.
箱または量子細線と、上記複数の量子箱または量子細線A box or quantum wire and the plurality of quantum boxes or wires
を覆うように形成された障壁層とを有する量子素子の製Of a quantum device having a barrier layer formed so as to cover
造方法であって、Manufacturing method, 上記複数の量子箱または量子細線の形成用の化合物半導Compound semiconductor for the formation of the plurality of quantum boxes or wires
体層を基板上に形成する工程と、Forming a body layer on a substrate, 上記化合物半導体層をパターニングすることにより上記By patterning the compound semiconductor layer,
複数の量子箱または量子細線を形成する工程と、Forming a plurality of quantum boxes or quantum wires; 上記基板の全面に、上記量子箱または量子細線と同一のOn the entire surface of the substrate, the same as the quantum box or quantum wire
材料から成るエピタキシャル成長層を形成する工程と、Forming an epitaxial growth layer of a material; 上記障壁層を形成する工程とを有することを特徴とするForming the barrier layer.
量子素子の製造方法。A method for manufacturing a quantum device.
JP28534192A 1992-08-13 1992-09-30 Quantum element and method of manufacturing the same Expired - Fee Related JP3297758B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28534192A JP3297758B2 (en) 1992-09-30 1992-09-30 Quantum element and method of manufacturing the same
EP93112890A EP0588062B1 (en) 1992-08-13 1993-08-11 Quantum Device and its Manufacturing Method
DE69301885T DE69301885T2 (en) 1992-08-13 1993-08-11 Quantum device and its manufacturing process
US08/574,785 US5643828A (en) 1992-08-13 1995-12-19 Manufacturing method of a quantum device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28534192A JP3297758B2 (en) 1992-09-30 1992-09-30 Quantum element and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06120482A JPH06120482A (en) 1994-04-28
JP3297758B2 true JP3297758B2 (en) 2002-07-02

Family

ID=17690303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28534192A Expired - Fee Related JP3297758B2 (en) 1992-08-13 1992-09-30 Quantum element and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3297758B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06120482A (en) 1994-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3635683B2 (en) Field effect transistor
US11707000B2 (en) Side-gating in selective-area-grown topological qubits
US7732804B2 (en) Solid state charge qubit device
JP3455987B2 (en) Quantum box assembly device and information processing method
JPH03278473A (en) Semiconductor device
US5532184A (en) Method of fabricating a semiconductor device using quantum dots or wires
JP3541425B2 (en) Quantum memory and operation method thereof
Gajjela et al. Control of morphology and substrate etching in InAs/InP droplet epitaxy quantum dots for single and entangled photon emitters
US5643828A (en) Manufacturing method of a quantum device
US5497015A (en) Quantum interference transistor
JP3297758B2 (en) Quantum element and method of manufacturing the same
RANDALL et al. Quantum dot devices
JPH07326730A (en) Semiconductor device, unit electronic device and manufacturing method thereof
JPS61222216A (en) Manufacture of superlattice semiconductor device
Khordad et al. Absorption threshold frequency of silicon nanowires: Effect of cross section shape
JP3653868B2 (en) Quantum computing element
JP3435791B2 (en) Quantum device
JP3339160B2 (en) Quantum element and method of manufacturing the same, transistor and method of manufacturing the same
JP3564726B2 (en) Quantum memory and needle electrode used for it
JPH06125074A (en) Quantum element
JP3307007B2 (en) Quantum box assembly and operation method of quantum box assembly
EP4235794A1 (en) Electron hole spin qubit transistor, and methods for forming a electron hole spin qubit transistor
JP3435793B2 (en) Quantum device
JPH02101784A (en) Manufacture of quantum well fine wire and quantum well box and quantum well fine wire laser
JP4813675B2 (en) Method for forming fine pattern

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees