JP3443856B2 - 量子箱集合素子およびその動作方法 - Google Patents
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、量子箱集合素子およ
びその動作方法に関する。
びその動作方法に関する。
【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。
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。
【０００３】量子箱集合素子はこのような量子箱を複数
組み合わせたものであり、図１０に示すように、量子箱
間で電子（ｅ- ）の量子力学的トンネリングを起こさせ
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。なお、図１０において、ＥcB、ＥcWは
それぞれ障壁層の伝導帯の下端および井戸層の伝導帯の
下端のエネルギーを示す。
組み合わせたものであり、図１０に示すように、量子箱
間で電子（ｅ- ）の量子力学的トンネリングを起こさせ
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。なお、図１０において、ＥcB、ＥcWは
それぞれ障壁層の伝導帯の下端および井戸層の伝導帯の
下端のエネルギーを示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の量子箱集合素子
においては、光入射により情報の入力を行い、この光入
射により生成された電子−正孔対のうちの電子のみを量
子箱間でトンネリングさせることが考えられる。
においては、光入射により情報の入力を行い、この光入
射により生成された電子−正孔対のうちの電子のみを量
子箱間でトンネリングさせることが考えられる。
【０００５】しかしながら、図１１に示すように、例え
ばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合のようないわゆる
タイプＩの超格子により量子箱を構成した場合には、光
入射により量子箱中に対生成された電子および正孔はい
ずれも量子箱中の方が障壁層中よりも安定である。この
ため、これらの電子および正孔がともに量子箱中に留ま
って再結合により消滅する確率が大きく、これは電子の
みを量子箱間でトンネリングにより伝導させるためには
大きな障害となる。
ばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合のようないわゆる
タイプＩの超格子により量子箱を構成した場合には、光
入射により量子箱中に対生成された電子および正孔はい
ずれも量子箱中の方が障壁層中よりも安定である。この
ため、これらの電子および正孔がともに量子箱中に留ま
って再結合により消滅する確率が大きく、これは電子の
みを量子箱間でトンネリングにより伝導させるためには
大きな障害となる。
【０００６】従って、この発明の目的は、光の入射によ
り入力を行う場合に、光入射により量子箱中に生成され
た電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱間で伝導させ
ることが可能な量子箱集合素子およびその動作方法を提
供することにある。
り入力を行う場合に、光入射により量子箱中に生成され
た電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱間で伝導させ
ることが可能な量子箱集合素子およびその動作方法を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、電子親和力φB およびエ
ネルギーギャップＥgBを有する第１の半導体から成る障
壁層（１）と、障壁層（１）に接して形成された、φW
＞φB およびφW ＋ＥgW＞φB ＋ＥgBの両関係式を満足
する電子親和力φW およびエネルギーギャップＥgWを有
する第２の半導体から成る井戸層（２）とから成る複数
の量子箱（ＱＢ）と、 複数の量子箱（ＱＢ）上に形成さ
れた電極（３）とを有し、 入力時には電極（３）に負の
バイアス電圧を印加して選択された量子箱（ＱＢ）に光
を入射させ、出力時には電極（３）に正のバイアス電圧
を印加して電子−正孔再結合により発光を起こさせるよ
うにした量子箱集合素子である。
に、この発明の第１の発明は、電子親和力φB およびエ
ネルギーギャップＥgBを有する第１の半導体から成る障
壁層（１）と、障壁層（１）に接して形成された、φW
＞φB およびφW ＋ＥgW＞φB ＋ＥgBの両関係式を満足
する電子親和力φW およびエネルギーギャップＥgWを有
する第２の半導体から成る井戸層（２）とから成る複数
の量子箱（ＱＢ）と、 複数の量子箱（ＱＢ）上に形成さ
れた電極（３）とを有し、 入力時には電極（３）に負の
バイアス電圧を印加して選択された量子箱（ＱＢ）に光
を入射させ、出力時には電極（３）に正のバイアス電圧
を印加して電子−正孔再結合により発光を起こさせるよ
うにした量子箱集合素子である。
【０００８】この発明の第２の発明は、第１の発明によ
る量子箱集合素子において、電極（３）のうちの量子箱
（ＱＢ）に対応する部分に開口（３ａ）が設けられてい
る量子箱集合素子である。
る量子箱集合素子において、電極（３）のうちの量子箱
（ＱＢ）に対応する部分に開口（３ａ）が設けられてい
る量子箱集合素子である。
【０００９】この発明の第３の発明は、第１の発明また
は第２の発明による量子箱集合素子において、井戸層
（２）が障壁層（１）により囲まれている量子箱集合素
子である。
は第２の発明による量子箱集合素子において、井戸層
（２）が障壁層（１）により囲まれている量子箱集合素
子である。
【００１０】この発明の第４の発明は、 電子親和力φ B
およびエネルギーギャップＥ gB を有する第１の半導体か
ら成る障壁層（１）と、障壁層（１）に接して形成され
た、φ W ＞φ B およびφ W ＋Ｅ gW ＞φ B ＋Ｅ gB の両関係
式を満足する電子親和力φ W およびエネルギーギャップ
Ｅ gW を有する第２の半導体から成る井戸層（２）とから
成る複数の量子箱（ＱＢ）と、 複数の量子箱（ＱＢ）上
に形成された電極（３）とを有する量子箱集合素子の動
作方法であって、 入力時には電極（３）に負のバイアス
電圧を印加して選択された量子箱（ＱＢ）に光を入射さ
せ、出力時には電極（３）に正のバイアス電圧を印加し
て電子−正孔再結合により発光を起こさせるようにした
ことを特徴とするものである。
およびエネルギーギャップＥ gB を有する第１の半導体か
ら成る障壁層（１）と、障壁層（１）に接して形成され
た、φ W ＞φ B およびφ W ＋Ｅ gW ＞φ B ＋Ｅ gB の両関係
式を満足する電子親和力φ W およびエネルギーギャップ
Ｅ gW を有する第２の半導体から成る井戸層（２）とから
成る複数の量子箱（ＱＢ）と、 複数の量子箱（ＱＢ）上
に形成された電極（３）とを有する量子箱集合素子の動
作方法であって、 入力時には電極（３）に負のバイアス
電圧を印加して選択された量子箱（ＱＢ）に光を入射さ
せ、出力時には電極（３）に正のバイアス電圧を印加し
て電子−正孔再結合により発光を起こさせるようにした
ことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】図６および図７は、第１の発明による量子箱集
合素子における量子箱の典型的なエネルギーバンド図を
示す。図６および図７において、ＥcB、ＥvBはそれぞれ
障壁層（１）を構成する第１の半導体の伝導帯の下端お
よび価電子帯の上端、ＥcW、ＥvWはそれぞれ井戸層
（２）を構成する第２の半導体の伝導帯の下端および価
電子帯の上端を示す。図６に示すようなエネルギーバン
ド構造を有する超格子はタイプIIの超格子と呼ばれ、図
７に示すようなエネルギーバンド構造を有する超格子は
タイプIII の超格子と呼ばれる。
合素子における量子箱の典型的なエネルギーバンド図を
示す。図６および図７において、ＥcB、ＥvBはそれぞれ
障壁層（１）を構成する第１の半導体の伝導帯の下端お
よび価電子帯の上端、ＥcW、ＥvWはそれぞれ井戸層
（２）を構成する第２の半導体の伝導帯の下端および価
電子帯の上端を示す。図６に示すようなエネルギーバン
ド構造を有する超格子はタイプIIの超格子と呼ばれ、図
７に示すようなエネルギーバンド構造を有する超格子は
タイプIII の超格子と呼ばれる。
【００１２】いま、一例として、図６に示すようなエネ
ルギーバンド構造を有する量子箱（ＱＢ）に光を入射さ
せる場合を考える。この光入射により、図８に示すよう
に、量子箱（ＱＢ）中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対
が生成される。この場合、この電子−正孔対のうちの正
孔にとっては井戸層（２）を構成する第２の半導体中で
はポテンシャルが高く、従って正孔は量子箱（ＱＢ）の
外部に出た方が電子および正孔を一体で考えた場合のエ
ネルギーは低くなる。すなわち、量子箱（ＱＢ）中から
正孔が出た方が安定である。
ルギーバンド構造を有する量子箱（ＱＢ）に光を入射さ
せる場合を考える。この光入射により、図８に示すよう
に、量子箱（ＱＢ）中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対
が生成される。この場合、この電子−正孔対のうちの正
孔にとっては井戸層（２）を構成する第２の半導体中で
はポテンシャルが高く、従って正孔は量子箱（ＱＢ）の
外部に出た方が電子および正孔を一体で考えた場合のエ
ネルギーは低くなる。すなわち、量子箱（ＱＢ）中から
正孔が出た方が安定である。
【００１３】しかしながら、実際には、図９に示すよう
に、これらの電子および正孔は束縛状態を形成し、再結
合により消滅する確率が存在する。この再結合を防止す
るためには、この正孔を引き抜けばよいが、これは電極
（３）に適当なバイアス電圧を印加して正孔をこの電極
（３）中に吸い込むことにより行うことができる。
に、これらの電子および正孔は束縛状態を形成し、再結
合により消滅する確率が存在する。この再結合を防止す
るためには、この正孔を引き抜けばよいが、これは電極
（３）に適当なバイアス電圧を印加して正孔をこの電極
（３）中に吸い込むことにより行うことができる。
【００１４】以上により、光入射により量子箱（ＱＢ）
中に生成された電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱
（ＱＢ）中に残すことができ、従ってこの電子を量子箱
（ＱＢ）間で伝導させて電子分布を変化させることによ
り、情報処理を行うことができる。
中に生成された電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱
（ＱＢ）中に残すことができ、従ってこの電子を量子箱
（ＱＢ）間で伝導させて電子分布を変化させることによ
り、情報処理を行うことができる。
【００１５】以上のことは、図７に示すようなエネルギ
ーバンド構造を有する超格子、すなわちタイプIII の超
格子により量子箱（ＱＢ）を構成する場合においても同
様である。
ーバンド構造を有する超格子、すなわちタイプIII の超
格子により量子箱（ＱＢ）を構成する場合においても同
様である。
【００１６】第２の発明によれば、電極（３）のうちの
量子箱（ＱＢ）に対応する部分に開口（３ａ）が設けら
れているので、この電極（３）の材料として金属のよう
な光を通さない材料を用いる場合においても、この開口
（３ａ）を通して所望の量子箱（ＱＢ）に光を入射させ
ることができる。
量子箱（ＱＢ）に対応する部分に開口（３ａ）が設けら
れているので、この電極（３）の材料として金属のよう
な光を通さない材料を用いる場合においても、この開口
（３ａ）を通して所望の量子箱（ＱＢ）に光を入射させ
ることができる。
【００１７】第３の発明によれば、井戸層（２）が障壁
層（１）により囲まれているので、井戸層（２）が大気
にさらされないようにすることができ、このため例えば
井戸層（２）の材料として酸化などを受けやすいものを
用いる場合においても、井戸層（２）の変質などによる
量子箱（ＱＢ）の劣化を防止することができる。
層（１）により囲まれているので、井戸層（２）が大気
にさらされないようにすることができ、このため例えば
井戸層（２）の材料として酸化などを受けやすいものを
用いる場合においても、井戸層（２）の変質などによる
量子箱（ＱＢ）の劣化を防止することができる。
【００１８】第４の発明によれば、入力時には電極
（３）に負のバイアス電圧を印加して選択された量子箱
（ＱＢ）に光を入射させるようにしているので、この光
入射により量子箱（ＱＢ）中に生成される電子−正孔対
のうちの正孔をこの電極（３）側に引いてこの電極
（３）中に吸い込むことができ、これによって量子箱
（ＱＢ）中に電子のみを残すことができる。また、出力
時には、電極（３）に正のバイアス電圧を印加して量子
箱（ＱＢ）中に正孔を注入し、この正孔と量子箱（Ｑ
Ｂ）中の電子とを再結合させることにより発光を起こさ
せ、この光を検出することにより量子箱集合素子におけ
る電子分布を知ることができる。
（３）に負のバイアス電圧を印加して選択された量子箱
（ＱＢ）に光を入射させるようにしているので、この光
入射により量子箱（ＱＢ）中に生成される電子−正孔対
のうちの正孔をこの電極（３）側に引いてこの電極
（３）中に吸い込むことができ、これによって量子箱
（ＱＢ）中に電子のみを残すことができる。また、出力
時には、電極（３）に正のバイアス電圧を印加して量子
箱（ＱＢ）中に正孔を注入し、この正孔と量子箱（Ｑ
Ｂ）中の電子とを再結合させることにより発光を起こさ
せ、この光を検出することにより量子箱集合素子におけ
る電子分布を知ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００２０】図１はこの発明の一実施例による量子箱集
合素子を示す。
合素子を示す。
【００２１】図１において、符号１はＧａＳｂ層、２は
ＩｎＡｓ層を示す。そして、これらのＧａＳｂ層１およ
びＩｎＡｓ層２をそれぞれ障壁層および井戸層とする量
子箱ＱＢが所望の配列パターンで複数個配列されてい
る。この場合、井戸層としてのＩｎＡｓ層２は障壁層と
してのＧａＳｂ層１により完全に取り囲まれた構造とな
っている。また、量子箱ＱＢを構成するＧａＳｂ／Ｉｎ
Ａｓヘテロ接合超格子はタイプIII の超格子である。
ＩｎＡｓ層を示す。そして、これらのＧａＳｂ層１およ
びＩｎＡｓ層２をそれぞれ障壁層および井戸層とする量
子箱ＱＢが所望の配列パターンで複数個配列されてい
る。この場合、井戸層としてのＩｎＡｓ層２は障壁層と
してのＧａＳｂ層１により完全に取り囲まれた構造とな
っている。また、量子箱ＱＢを構成するＧａＳｂ／Ｉｎ
Ａｓヘテロ接合超格子はタイプIII の超格子である。
【００２２】障壁層としてのＧａＳｂ層１上には金属か
ら成る電極３が形成されている。この電極３のうちの量
子箱ＱＢに対応する部分にはそれぞれ開口３ａが形成さ
れている。
ら成る電極３が形成されている。この電極３のうちの量
子箱ＱＢに対応する部分にはそれぞれ開口３ａが形成さ
れている。
【００２３】次に、上述のように構成されたこの実施例
による量子箱集合素子の動作原理について説明する。
による量子箱集合素子の動作原理について説明する。
【００２４】まず、入力時には、電極３には負のバイア
ス電圧を印加しておく。そして、図２に示すように、電
極３の開口３ａのうちの選択されたものを通してそれに
対応する部分の量子箱ＱＢに光を入射させ、この量子箱
ＱＢ中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対を生成する。こ
の場合、この電子−正孔対のうちの正孔にとっては量子
箱ＱＢの外部の方がエネルギー的に低く、しかも電極３
によってこの量子箱ＱＢには負のバイアス電圧が印加さ
れていることから、この正孔は、図３に示すように、電
極３側に引かれてこの電極３中に吸い込まれる。この結
果、量子箱ＱＢ中には電子のみが残される。従って、こ
の量子箱ＱＢ中の電子を量子力学的トンネリングにより
量子箱ＱＢ間を伝導させて量子箱集合素子における電子
分布を変化させることにより、情報処理を行うことがで
きる。
ス電圧を印加しておく。そして、図２に示すように、電
極３の開口３ａのうちの選択されたものを通してそれに
対応する部分の量子箱ＱＢに光を入射させ、この量子箱
ＱＢ中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対を生成する。こ
の場合、この電子−正孔対のうちの正孔にとっては量子
箱ＱＢの外部の方がエネルギー的に低く、しかも電極３
によってこの量子箱ＱＢには負のバイアス電圧が印加さ
れていることから、この正孔は、図３に示すように、電
極３側に引かれてこの電極３中に吸い込まれる。この結
果、量子箱ＱＢ中には電子のみが残される。従って、こ
の量子箱ＱＢ中の電子を量子力学的トンネリングにより
量子箱ＱＢ間を伝導させて量子箱集合素子における電子
分布を変化させることにより、情報処理を行うことがで
きる。
【００２５】次に、出力時には、図４に示すように、電
極３に印加するバイアス電圧の極性を反転させて正のバ
イアス電圧を印加し、これによって電極３からこの電極
３が接している障壁層としてのＧａＳｂ層１中に正孔を
注入する。そして、この正孔を量子箱ＱＢ中の電子と再
結合させ、このときに発生する光を電極３の開口３ａを
通して外部に取り出して検出する。これを各量子箱ＱＢ
に対して行うことにより、量子箱集合素子における電子
分布を知ることができる。
極３に印加するバイアス電圧の極性を反転させて正のバ
イアス電圧を印加し、これによって電極３からこの電極
３が接している障壁層としてのＧａＳｂ層１中に正孔を
注入する。そして、この正孔を量子箱ＱＢ中の電子と再
結合させ、このときに発生する光を電極３の開口３ａを
通して外部に取り出して検出する。これを各量子箱ＱＢ
に対して行うことにより、量子箱集合素子における電子
分布を知ることができる。
【００２６】以上のように、この実施例によれば、量子
箱集合素子において光入射により入力を行う場合に、光
入射により量子箱ＱＢ中に生成された電子−正孔対のう
ちの正孔を電極３に吸い込むことにより、量子箱ＱＢ中
に電子のみを残すことができ、従ってこの電子を量子箱
ＱＢ間で伝導させることにより、所望の情報処理を行う
ことができる。
箱集合素子において光入射により入力を行う場合に、光
入射により量子箱ＱＢ中に生成された電子−正孔対のう
ちの正孔を電極３に吸い込むことにより、量子箱ＱＢ中
に電子のみを残すことができ、従ってこの電子を量子箱
ＱＢ間で伝導させることにより、所望の情報処理を行う
ことができる。
【００２７】図５はこの発明による量子箱集合素子の他
の実施例を示す。
の実施例を示す。
【００２８】図５に示すように、この他の実施例におい
ては、例えばＡｌＧａＳｂ基板１１上にＩｎＡｓ層１２
およびＧａＳｂ層１３が順次積層され、このＧａＳｂ層
１３上に箱状の形状を有するＩｎＡｓ層１４がアレイ状
に形成され、さらにこれらのＩｎＡｓ層１４を覆うよう
にＡｌＧａＳｂ層１５が形成されている。
ては、例えばＡｌＧａＳｂ基板１１上にＩｎＡｓ層１２
およびＧａＳｂ層１３が順次積層され、このＧａＳｂ層
１３上に箱状の形状を有するＩｎＡｓ層１４がアレイ状
に形成され、さらにこれらのＩｎＡｓ層１４を覆うよう
にＡｌＧａＳｂ層１５が形成されている。
【００２９】この他の実施例においては、ＩｎＡｓ層１
２が正孔を吸い込むための電極を構成する。また、Ｇａ
Ｓｂ層１３およびＡｌＧａＡｓ層１５が障壁層を構成す
るとともに、これらのＧａＳｂ層１３およびＡｌＧａＳ
ｂ層１５により井戸層としてのＩｎＡｓ層１４が囲ま
れ、これによって量子箱ＱＢが形成されている。なお、
ＧａＳｂ層１３の代わりにＡｌＧａＳｂ層を用いてもよ
い。
２が正孔を吸い込むための電極を構成する。また、Ｇａ
Ｓｂ層１３およびＡｌＧａＡｓ層１５が障壁層を構成す
るとともに、これらのＧａＳｂ層１３およびＡｌＧａＳ
ｂ層１５により井戸層としてのＩｎＡｓ層１４が囲ま
れ、これによって量子箱ＱＢが形成されている。なお、
ＧａＳｂ層１３の代わりにＡｌＧａＳｂ層を用いてもよ
い。
【００３０】この他の実施例においては、上述の一実施
例と同様に、所望の量子箱ＱＢに光を入射させることに
より入力を行い、この光入射により量子箱ＱＢ中に生成
された電子−正孔対のうちの正孔を電極としてのＩｎＡ
ｓ層１２中に吸い込み、電子のみを量子箱ＱＢ中に残
す。また、出力時には、上述と同様に、電極としてのＩ
ｎＡｓ層１２に印加するバイアス電圧の極性を反転させ
て正のバイアス電圧を印加することによりこのＩｎＡｓ
層１２から供給される正孔と量子箱ＱＢ中の電子とを再
結合させ、これにより発生する光を検出する。
例と同様に、所望の量子箱ＱＢに光を入射させることに
より入力を行い、この光入射により量子箱ＱＢ中に生成
された電子−正孔対のうちの正孔を電極としてのＩｎＡ
ｓ層１２中に吸い込み、電子のみを量子箱ＱＢ中に残
す。また、出力時には、上述と同様に、電極としてのＩ
ｎＡｓ層１２に印加するバイアス電圧の極性を反転させ
て正のバイアス電圧を印加することによりこのＩｎＡｓ
層１２から供給される正孔と量子箱ＱＢ中の電子とを再
結合させ、これにより発生する光を検出する。
【００３１】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。
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。
【００３２】例えば、上述の一実施例においては、光に
対して不透明な金属により電極３を形成しているため、
量子箱ＱＢに光を入射させるためにはこの量子箱ＱＢに
対応する部分の電極３にあらかじめ開口３ａを形成して
おく必要があるが、この電極３を例えばＩＴＯ（Indium
-Tin Oxide）のような透明電極材料により形成すること
により、電極３のうちの各量子箱ＱＢに対応する部分に
開口３ａを形成しておく必要はなくなる。
対して不透明な金属により電極３を形成しているため、
量子箱ＱＢに光を入射させるためにはこの量子箱ＱＢに
対応する部分の電極３にあらかじめ開口３ａを形成して
おく必要があるが、この電極３を例えばＩＴＯ（Indium
-Tin Oxide）のような透明電極材料により形成すること
により、電極３のうちの各量子箱ＱＢに対応する部分に
開口３ａを形成しておく必要はなくなる。
【００３３】また、上述の一実施例においては、タイプ
III の超格子であるＧａＳｂ（障壁層）／ＩｎＡｓ（井
戸層）ヘテロ接合超格子により量子箱ＱＢを構成してい
るが、この発明による量子箱集合素子における量子箱
は、例えばタイプIIの超格子であるＧａＳｂＡｓ（障壁
層）／ＩｎＧａＡｓ（井戸層）ヘテロ接合超格子により
構成してもよい。
III の超格子であるＧａＳｂ（障壁層）／ＩｎＡｓ（井
戸層）ヘテロ接合超格子により量子箱ＱＢを構成してい
るが、この発明による量子箱集合素子における量子箱
は、例えばタイプIIの超格子であるＧａＳｂＡｓ（障壁
層）／ＩｎＧａＡｓ（井戸層）ヘテロ接合超格子により
構成してもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、量子箱集合素子において、光の入射により入力を行
う場合に、光入射により量子箱中に生成される電子−正
孔対のうちの正孔を電極中に吸い込むことによってこの
電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱中に残すことが
でき、従ってこの電子を量子箱間で量子力学的トンネリ
ングにより伝導させて電子分布を変化させることによ
り、情報処理を行うことができる。
ば、量子箱集合素子において、光の入射により入力を行
う場合に、光入射により量子箱中に生成される電子−正
孔対のうちの正孔を電極中に吸い込むことによってこの
電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱中に残すことが
でき、従ってこの電子を量子箱間で量子力学的トンネリ
ングにより伝導させて電子分布を変化させることによ
り、情報処理を行うことができる。
【図１】この発明の一実施例による量子箱集合素子を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】この発明の一実施例による量子箱集合素子の動
作を説明するための斜視図である。
作を説明するための斜視図である。
【図３】この発明の一実施例による量子箱集合素子の動
作を説明するための斜視図である。
作を説明するための斜視図である。
【図４】この発明の一実施例による量子箱集合素子の動
作を説明するための斜視図である。
作を説明するための斜視図である。
【図５】この発明の他の実施例による量子箱集合素子を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】この発明による量子箱集合素子の第１の典型的
なエネルギーバンド図である。
なエネルギーバンド図である。
【図７】この発明による量子箱集合素子の第２の典型的
なエネルギーバンド図である。
なエネルギーバンド図である。
【図８】図６に示すエネルギーバンド構造を有する量子
箱集合素子の動作を説明するためのエネルギーバンド図
である。
箱集合素子の動作を説明するためのエネルギーバンド図
である。
【図９】図６に示すエネルギーバンド構造を有する量子
箱集合素子の動作を説明するためのエネルギーバンド図
である。
箱集合素子の動作を説明するためのエネルギーバンド図
である。
【図１０】量子箱集合素子における量子箱をＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓヘテロ接合のようなタイプＩの超格子によ
り形成する場合の問題点を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
ｓ／ＧａＡｓヘテロ接合のようなタイプＩの超格子によ
り形成する場合の問題点を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
【図１１】量子箱集合素子における量子箱をＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓヘテロ接合のようなタイプＩの超格子によ
り形成する場合の問題点を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
ｓ／ＧａＡｓヘテロ接合のようなタイプＩの超格子によ
り形成する場合の問題点を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
１ ＧａＳｂ層
２ ＩｎＡｓ層
３ 電極
３ａ 開口
ＱＢ 量子箱
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−278017（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−291329（ＪＰ，Ａ)
Ｐｅｔｅｒ Ｃ．Ｓｅｒｃｅｌ，Ｋｅ
ｒｒｙ Ｊ．Ｖａｈａｌａ，”Ｔｙｐｅ
ＩＩ ｂｒｏｋｅｎ−ｇａｐ ｑｕａ
ｎｔｕｍ ｗｉｒｅｓ ａｎｄ ｑｕａ
ｎｔｕｍ ｄｏｔ ａｒｒａｙｓ：Ａ
ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｃｅｐｔ ｆｏｒ
ｓｅｌｆ−ｄｏｐｉｎｇ ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，1990年10月 ８
日，Ｖｏｌ．57，Ｎｏ．15，ｐｐ．1569
−1571，タイトル欠損あり
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 29/06
Ｗｅｂ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Claims (4)
- 【請求項１】 電子親和力φB およびエネルギーギャッ
プＥgBを有する第１の半導体から成る障壁層と、上記障
壁層に接して形成された、φW ＞φB およびφW ＋ＥgW
＞φB ＋ＥgBの両関係式を満足する電子親和力φW およ
びエネルギーギャップＥgWを有する第２の半導体から成
る井戸層とから成る複数の量子箱と、 上記複数の量子箱上に形成された電極とを有し、 入力時には上記電極に負のバイアス電圧を印加して選択
された上記量子箱に光を入射させ、出力時には上記電極
に正のバイアス電圧を印加して電子−正孔再結合により
発光を起こさせるようにした 量子箱集合素子。 - 【請求項２】 上記電極のうちの上記量子箱に対応する
部分に開口が設けられていることを特徴とする請求項１
記載の量子箱集合素子。 - 【請求項３】 上記井戸層が上記障壁層により囲まれて
いることを特徴とする請求項１または２記載の量子箱集
合素子。 - 【請求項４】 電子親和力φ B およびエネルギーギャッ
プＥ gB を有する第１の半導体から成る障壁層と、上記障
壁層に接して形成された、φ W ＞φ B およびφ W ＋Ｅ gW
＞φ B ＋Ｅ gB の両関係式を満足する電子親和力φ W およ
びエネルギーギャップＥ gW を有する第２の半導体から成
る井戸層とから成る複数の量子箱と、 上記複数の量子箱上に形成された電極とを有する量子箱
集合素子の動作方法であって、 入力時には上記電極に負のバイアス電圧を印加して選択
された上記量子箱に光を入射させ、出力時には上記電極
に正のバイアス電圧を印加して電子−正孔再結合により
発光を起こさせるようにしたことを特徴とする量子箱集
合素子の動作方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36026392A JP3443856B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 量子箱集合素子およびその動作方法 |
| US08/172,734 US5430309A (en) | 1992-12-28 | 1993-12-27 | Data processing system formed of a collective element of quantum boxes and method of operation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36026392A JP3443856B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 量子箱集合素子およびその動作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204498A JPH06204498A (ja) | 1994-07-22 |
| JP3443856B2 true JP3443856B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=18468634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36026392A Expired - Fee Related JP3443856B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 量子箱集合素子およびその動作方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5430309A (ja) |
| JP (1) | JP3443856B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08148669A (ja) * | 1994-11-22 | 1996-06-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| US5559822A (en) * | 1995-06-07 | 1996-09-24 | The Regents Of The University Of Colorado | Silicon quantum dot laser |
| EP1252658A4 (en) * | 2000-02-02 | 2008-02-13 | Univ Illinois | FIELD EFFECT TRANSISTOR COMPRISING SILICON NANOPARTICLES, AND TRANSISTOR MEMORY DEVICE |
| US20060213779A1 (en) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois And The University Of Jordan | Silicon nanoparticle formation by electrodeposition from silicate |
| JP5095260B2 (ja) | 2006-05-15 | 2012-12-12 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4503447A (en) * | 1982-07-16 | 1985-03-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multi-dimensional quantum well device |
| JPH01319985A (ja) * | 1988-06-21 | 1989-12-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体量子箱の製造方法およびその製造装置ならびに発光装置 |
| US4883769A (en) * | 1988-08-18 | 1989-11-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of making a multidimensional quantum-well array |
| US5289018A (en) * | 1990-08-14 | 1994-02-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting device utilizing cavity quantum electrodynamics |
| JP3124305B2 (ja) * | 1991-03-20 | 2001-01-15 | 富士通株式会社 | 光信号波長選択方法および光波長フィルタ |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP36026392A patent/JP3443856B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-27 US US08/172,734 patent/US5430309A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｐｅｔｅｒ Ｃ．Ｓｅｒｃｅｌ，Ｋｅｒｒｙ Ｊ．Ｖａｈａｌａ，"Ｔｙｐｅ ＩＩ ｂｒｏｋｅｎ−ｇａｐ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｉｒｅｓ ａｎｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ａｒｒａｙｓ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｃｅｐｔ ｆｏｒ ｓｅｌｆ−ｄｏｐｉｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９０年１０月 ８日，Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１５，ｐｐ．１５６９−１５７１，タイトル欠損あり |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5430309A (en) | 1995-07-04 |
| JPH06204498A (ja) | 1994-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |