JP3455987B2 - 量子箱集合素子および情報処理方法 - Google Patents
量子箱集合素子および情報処理方法Info
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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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
び情報処理方法に関する。
び情報処理方法に関する。
【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、これらの量子箱の間で電子の
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うことが考えられている。
組み合わせたものであり、これらの量子箱の間で電子の
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うことが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、これま
での量子箱集合素子は、量子箱間で電子を伝導させるこ
とにより情報処理を行うものであるが、もし電子ととも
に正孔も量子箱間を伝導させて情報処理に関与させるこ
とが可能であれば、量子箱集合素子の設計の自由度を高
くすることが可能である。しかしながら、単に電子およ
び正孔を伝導させると、伝導中に電子−正孔再結合が起
きることにより伝導にあずかる電子および正孔が減少
し、動作上不都合が生じてしまうという問題がある。
での量子箱集合素子は、量子箱間で電子を伝導させるこ
とにより情報処理を行うものであるが、もし電子ととも
に正孔も量子箱間を伝導させて情報処理に関与させるこ
とが可能であれば、量子箱集合素子の設計の自由度を高
くすることが可能である。しかしながら、単に電子およ
び正孔を伝導させると、伝導中に電子−正孔再結合が起
きることにより伝導にあずかる電子および正孔が減少
し、動作上不都合が生じてしまうという問題がある。
【０００５】従って、この発明の目的は、伝導中に再結
合を起こすことなく電子および正孔をそれぞれ伝導させ
ることにより情報処理を行うことができ、設計の自由度
が高い量子箱集合素子および情報処理方法を提供するこ
とにある。
合を起こすことなく電子および正孔をそれぞれ伝導させ
ることにより情報処理を行うことができ、設計の自由度
が高い量子箱集合素子および情報処理方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【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の発明による量子箱集合素子は、第
１の面内に設けられた複数の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）で
あってそれらの間で電子の伝導が許されるものと、第２
の面内に複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）に対応して設け
られた複数の第２の量子箱（ＱＤ 2 ）であってそれらの
間で電子および正孔の伝導が実質的に許されないもの
と、第３の面内に複数の第２の量子箱（ＱＤ2 ）に対応
して設けられた複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）であって
それらの間で正孔の伝導が許されるものとを有し、 複数
の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）側が複数の第３の量子箱（Ｑ
Ｄ 3 ）側よりも高い電位になるようにバイアス電圧を印
加した状態で、光照射により選択された第２の量子箱
（ＱＤ 2 ）に電子−正孔対を生成することにより初期電
子分布および初期正孔分布の入力を行い、 バイアス電圧
を大きくして光照射により選択された第２の量子箱（Ｑ
Ｄ 2 ）中に対生成された電子および正孔をそれぞれ対応
する第１の量子箱（ＱＤ 1 ）および第３の量子箱（ＱＤ
3 ）に移動させることにより初期電子分布および初期正
孔分布をそれぞれ複数の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）および
複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）に転写し、その後、複数
の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）間で電子を伝導させるととも
に、複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）間で正孔を伝導させ
ることにより情報処理を行い、 バイアス電圧を実質的に
除去することにより複数の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）中の
電子および複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）中の正孔を複
数の第２の量子箱（ＱＤ 2 ）中に移動させ、それぞれの
第２の量子箱（ＱＤ 2 ）からの電子−正孔再結合による
発光を観測して発光強度分布を得ることにより出力を行
うようにしたことを特徴とするものである。
め、この発明の第１の発明による量子箱集合素子は、第
１の面内に設けられた複数の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）で
あってそれらの間で電子の伝導が許されるものと、第２
の面内に複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）に対応して設け
られた複数の第２の量子箱（ＱＤ 2 ）であってそれらの
間で電子および正孔の伝導が実質的に許されないもの
と、第３の面内に複数の第２の量子箱（ＱＤ2 ）に対応
して設けられた複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）であって
それらの間で正孔の伝導が許されるものとを有し、 複数
の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）側が複数の第３の量子箱（Ｑ
Ｄ 3 ）側よりも高い電位になるようにバイアス電圧を印
加した状態で、光照射により選択された第２の量子箱
（ＱＤ 2 ）に電子−正孔対を生成することにより初期電
子分布および初期正孔分布の入力を行い、 バイアス電圧
を大きくして光照射により選択された第２の量子箱（Ｑ
Ｄ 2 ）中に対生成された電子および正孔をそれぞれ対応
する第１の量子箱（ＱＤ 1 ）および第３の量子箱（ＱＤ
3 ）に移動させることにより初期電子分布および初期正
孔分布をそれぞれ複数の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）および
複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）に転写し、その後、複数
の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）間で電子を伝導させるととも
に、複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）間で正孔を伝導させ
ることにより情報処理を行い、 バイアス電圧を実質的に
除去することにより複数の第１の量子箱（ＱＤ 1 ）中の
電子および複数の第３の量子箱（ＱＤ 3 ）中の正孔を複
数の第２の量子箱（ＱＤ 2 ）中に移動させ、それぞれの
第２の量子箱（ＱＤ 2 ）からの電子−正孔再結合による
発光を観測して発光強度分布を得ることにより出力を行
うようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】この発明の第２の発明による量子箱集合素
子は、この発明の第１の発明による量子箱集合素子にお
いて、第１の量子箱（ＱＤ1 ）、第２の量子箱（Ｑ
Ｄ2 ）および第３の量子箱（ＱＤ3 ）はタイプＩのヘテ
ロ接合超格子により形成されていることを特徴とするも
のである。
子は、この発明の第１の発明による量子箱集合素子にお
いて、第１の量子箱（ＱＤ1 ）、第２の量子箱（Ｑ
Ｄ2 ）および第３の量子箱（ＱＤ3 ）はタイプＩのヘテ
ロ接合超格子により形成されていることを特徴とするも
のである。
【０００８】この発明の第３の発明による量子箱集合素
子は、この発明の第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、複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）
側が複数の第３の量子箱（ＱＤ3 ）側よりも高い電位に
なるようにバイアス電圧を印加した状態で、第２の量子
箱（ＱＤ2 ）の電子−正孔対生成エネルギーに共鳴する
波長の光を選択された第２の量子箱（ＱＤ2 ）に照射し
て電子−正孔対を生成することにより初期電子分布およ
び初期正孔分布の入力を行い、バイアス電圧を大きくし
て光の入射により選択された第２の量子箱（ＱＤ2 ）中
に対生成された電子および正孔をそれぞれ対応する第１
の量子箱（ＱＤ1 ）および第３の量子箱（ＱＤ3 ）に移
動させることにより初期電子分布および初期正孔分布を
それぞれ複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）および複数の第
３の量子箱（ＱＤ3 ）に転写し、その後、複数の第１の
量子箱（ＱＤ1 ）間で電子を伝導させるとともに、複数
の第３の量子箱（ＱＤ3 ）間で正孔を伝導させることに
より情報処理を行い、バイアス電圧を実質的に除去する
ことにより複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）中の電子およ
び複数の第３の量子箱（ＱＤ3 ）中の正孔を複数の第２
の量子箱（ＱＤ2 ）中に移動させ、それぞれの第２の量
子箱（ＱＤ2 ）からの電子−正孔再結合による発光を観
測して発光強度分布を得ることにより出力を行うように
したことを特徴とするものである。この発明の第４の発
明による情報処理方法は、第１の面内に、複数の第１の
量子箱であってそれらの間で電子の伝導が許されるもの
を設け、複数の第１の量子箱に対応して第２の面内に、
複数の第２の量子箱であってそれらの間で電子および正
孔の伝導が実質的に許されないものを設け、複数の第２
の量子箱に対応して第３の面内に、複数の第３の量子箱
であってそれらの間で正孔の伝導が許されるものを設
け、複数の第１の量子箱側が複数の第３の量子箱側より
も高い電位になるようにバイアス電圧を印加し、光照射
により選択された第２の量子箱に電子−正孔対を生成
し、バイアス電圧を大きくして、光照射により選択され
た第２の量子箱中に対生成された電子および正孔をそれ
ぞれ対応する第１の量子箱および第３の量子箱に移動さ
せ、複数の第１の量子箱間で電子を伝導させるととも
に、複数の第３の量子箱間で正孔を伝導させ、バイアス
電圧を実質的に除去して、複数の第１の量子箱中の電子
および複数の第３の量子箱中の正孔を複数の第２の量子
箱中に移動させ、それぞれの第２の量子箱からの電子−
正孔再結合による発光を観測して発光強度分布を得るこ
とを特徴とするものである。この発明の第５の発明によ
る情報処理方法は、第１の面内に複数の第１の量子箱を
有し、第２の面内に複数の第１の量子箱に対応した複数
の第２の量子箱を有し、第３の面内に複数の第２の量子
箱に対応した複数の第３の量子箱を有する半導体構造を
設け、光照射により選択された第２の量子箱に少なくと
も一対の電子および正孔を生成し、複数の第１の量子箱
側が複数の第３の量子箱側よりも高い電位になるように
バイアス電圧を印加することにより第１の量子箱に少な
くとも一つの電子を移動させ、第３の量子箱に少なくと
も一つの正孔を移動させ、第３の面内の量子箱間を少な
くとも一つの正孔を移動させ、第１の面内の量子箱間を
少なくとも一つの電子を移動させ、バイアス電圧を実質
的に除去して、少なくとも一つの電子および少なくとも
一つの正孔を第２の量子箱に戻し、少なくとも一対の電
子および正孔を結合させて情報信号を生成することを特
徴とするものである。
子は、この発明の第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、複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）
側が複数の第３の量子箱（ＱＤ3 ）側よりも高い電位に
なるようにバイアス電圧を印加した状態で、第２の量子
箱（ＱＤ2 ）の電子−正孔対生成エネルギーに共鳴する
波長の光を選択された第２の量子箱（ＱＤ2 ）に照射し
て電子−正孔対を生成することにより初期電子分布およ
び初期正孔分布の入力を行い、バイアス電圧を大きくし
て光の入射により選択された第２の量子箱（ＱＤ2 ）中
に対生成された電子および正孔をそれぞれ対応する第１
の量子箱（ＱＤ1 ）および第３の量子箱（ＱＤ3 ）に移
動させることにより初期電子分布および初期正孔分布を
それぞれ複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）および複数の第
３の量子箱（ＱＤ3 ）に転写し、その後、複数の第１の
量子箱（ＱＤ1 ）間で電子を伝導させるとともに、複数
の第３の量子箱（ＱＤ3 ）間で正孔を伝導させることに
より情報処理を行い、バイアス電圧を実質的に除去する
ことにより複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）中の電子およ
び複数の第３の量子箱（ＱＤ3 ）中の正孔を複数の第２
の量子箱（ＱＤ2 ）中に移動させ、それぞれの第２の量
子箱（ＱＤ2 ）からの電子−正孔再結合による発光を観
測して発光強度分布を得ることにより出力を行うように
したことを特徴とするものである。この発明の第４の発
明による情報処理方法は、第１の面内に、複数の第１の
量子箱であってそれらの間で電子の伝導が許されるもの
を設け、複数の第１の量子箱に対応して第２の面内に、
複数の第２の量子箱であってそれらの間で電子および正
孔の伝導が実質的に許されないものを設け、複数の第２
の量子箱に対応して第３の面内に、複数の第３の量子箱
であってそれらの間で正孔の伝導が許されるものを設
け、複数の第１の量子箱側が複数の第３の量子箱側より
も高い電位になるようにバイアス電圧を印加し、光照射
により選択された第２の量子箱に電子−正孔対を生成
し、バイアス電圧を大きくして、光照射により選択され
た第２の量子箱中に対生成された電子および正孔をそれ
ぞれ対応する第１の量子箱および第３の量子箱に移動さ
せ、複数の第１の量子箱間で電子を伝導させるととも
に、複数の第３の量子箱間で正孔を伝導させ、バイアス
電圧を実質的に除去して、複数の第１の量子箱中の電子
および複数の第３の量子箱中の正孔を複数の第２の量子
箱中に移動させ、それぞれの第２の量子箱からの電子−
正孔再結合による発光を観測して発光強度分布を得るこ
とを特徴とするものである。この発明の第５の発明によ
る情報処理方法は、第１の面内に複数の第１の量子箱を
有し、第２の面内に複数の第１の量子箱に対応した複数
の第２の量子箱を有し、第３の面内に複数の第２の量子
箱に対応した複数の第３の量子箱を有する半導体構造を
設け、光照射により選択された第２の量子箱に少なくと
も一対の電子および正孔を生成し、複数の第１の量子箱
側が複数の第３の量子箱側よりも高い電位になるように
バイアス電圧を印加することにより第１の量子箱に少な
くとも一つの電子を移動させ、第３の量子箱に少なくと
も一つの正孔を移動させ、第３の面内の量子箱間を少な
くとも一つの正孔を移動させ、第１の面内の量子箱間を
少なくとも一つの電子を移動させ、バイアス電圧を実質
的に除去して、少なくとも一つの電子および少なくとも
一つの正孔を第２の量子箱に戻し、少なくとも一対の電
子および正孔を結合させて情報信号を生成することを特
徴とするものである。
【０００９】
【作用】上述のように構成された第１の発明による量子
箱集合素子によれば、光の照射などにより選択された第
２の量子箱（ＱＤ2 ）中に対生成された電子および正孔
をそれぞれ対応する第１の量子箱（ＱＤ1 ）および第３
の量子箱（ＱＤ3 ）に移動させ、これらの電子および正
孔をそれぞれ複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）間および複
数の第３の量子箱（ＱＤ3 ）間で伝導させることによ
り、これらの複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）および複数
の第３の量子箱（ＱＤ3 ）の配置に応じた情報処理を行
うことができる。このように情報処理に電子および正孔
を関与させることができることにより、量子箱集合素子
の設計の自由度を高くすることができる。
箱集合素子によれば、光の照射などにより選択された第
２の量子箱（ＱＤ2 ）中に対生成された電子および正孔
をそれぞれ対応する第１の量子箱（ＱＤ1 ）および第３
の量子箱（ＱＤ3 ）に移動させ、これらの電子および正
孔をそれぞれ複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）間および複
数の第３の量子箱（ＱＤ3 ）間で伝導させることによ
り、これらの複数の第１の量子箱（ＱＤ1 ）および複数
の第３の量子箱（ＱＤ3 ）の配置に応じた情報処理を行
うことができる。このように情報処理に電子および正孔
を関与させることができることにより、量子箱集合素子
の設計の自由度を高くすることができる。
【００１０】上述のように構成された第２の発明による
量子箱集合素子によれば、ヘテロエピタキシャル成長に
より容易に形成可能なＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接
合などのタイプＩのヘテロ接合超格子により第１の量子
箱（ＱＤ1 ）、第２の量子箱（ＱＤ2 ）および第３の量
子箱（ＱＤ3 ）が形成されることから、量子箱集合素子
の製造を容易に行うことができる。
量子箱集合素子によれば、ヘテロエピタキシャル成長に
より容易に形成可能なＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接
合などのタイプＩのヘテロ接合超格子により第１の量子
箱（ＱＤ1 ）、第２の量子箱（ＱＤ2 ）および第３の量
子箱（ＱＤ3 ）が形成されることから、量子箱集合素子
の製造を容易に行うことができる。
【００１１】上述のように構成された第３の発明による
量子箱集合素子によれば、第２の量子箱（ＱＤ2 ）に光
を照射して電子−正孔対を生成することにより情報の入
力を行い、第２の量子箱（ＱＤ2 ）に対応する第１の量
子箱（ＱＤ1 ）から注入される電子および対応する第３
の量子箱（ＱＤ3 ）から注入される正孔の再結合による
発光により情報の出力を行う光入力および光出力の量子
箱集合素子を実現することができる。上述のように構成
された第４および第５の発明による情報処理方法によれ
ば、上述のような量子箱集合素子を利用して情報処理を
行うことができる。
量子箱集合素子によれば、第２の量子箱（ＱＤ2 ）に光
を照射して電子−正孔対を生成することにより情報の入
力を行い、第２の量子箱（ＱＤ2 ）に対応する第１の量
子箱（ＱＤ1 ）から注入される電子および対応する第３
の量子箱（ＱＤ3 ）から注入される正孔の再結合による
発光により情報の出力を行う光入力および光出力の量子
箱集合素子を実現することができる。上述のように構成
された第４および第５の発明による情報処理方法によれ
ば、上述のような量子箱集合素子を利用して情報処理を
行うことができる。
【００１２】
【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。
【００１３】なお、この一実施例においては、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た素子を量子ドット集合素子と呼
ぶ。
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た素子を量子ドット集合素子と呼
ぶ。
【００１４】図１はこの発明の一実施例による量子ドッ
ト集合素子を示す。
ト集合素子を示す。
【００１５】図１に示すように、この一実施例による量
子ドット集合素子においては、半絶縁性ＧａＡｓ基板１
の上にバイアス電圧印加用の電極として用いられるｎ型
ＧａＡｓ層２が形成され、その上に障壁層としてのＡｌ
Ａｓ層３が形成されている。このＡｌＡｓ層３の上に
は、井戸層としての複数の箱状のＧａＡｓ層４がｘ−ｙ
面に平行な面内に所定の配列パターンでアレイ状に形成
され、これらのＧａＡｓ層４の間の部分に障壁層として
のＡｌＧａＡｓ層５が埋め込まれている。これらのＧａ
Ａｓ層４およびＡｌＧａＡｓ層５の上には障壁層として
のＡｌＡｓ層６が形成されている。このＡｌＡｓ層６の
うちのＧａＡｓ層４に対応する部分には、井戸層として
の箱状のＧａＡｓ層７が埋め込まれている。さらに、Ａ
ｌＡｓ層６の上には、井戸層としての箱状のＧａＡｓ層
８がＧａＡｓ層７に対応してアレイ状に形成され、これ
らのＧａＡｓ層８の間の部分に障壁層としてのＡｌＧａ
Ａｓ層９が埋め込まれている。そして、これらのＧａＡ
ｓ層８およびＡｌＧａＡｓ層９の上には、障壁層として
のＡｌＡｓ層１０が形成されている。
子ドット集合素子においては、半絶縁性ＧａＡｓ基板１
の上にバイアス電圧印加用の電極として用いられるｎ型
ＧａＡｓ層２が形成され、その上に障壁層としてのＡｌ
Ａｓ層３が形成されている。このＡｌＡｓ層３の上に
は、井戸層としての複数の箱状のＧａＡｓ層４がｘ−ｙ
面に平行な面内に所定の配列パターンでアレイ状に形成
され、これらのＧａＡｓ層４の間の部分に障壁層として
のＡｌＧａＡｓ層５が埋め込まれている。これらのＧａ
Ａｓ層４およびＡｌＧａＡｓ層５の上には障壁層として
のＡｌＡｓ層６が形成されている。このＡｌＡｓ層６の
うちのＧａＡｓ層４に対応する部分には、井戸層として
の箱状のＧａＡｓ層７が埋め込まれている。さらに、Ａ
ｌＡｓ層６の上には、井戸層としての箱状のＧａＡｓ層
８がＧａＡｓ層７に対応してアレイ状に形成され、これ
らのＧａＡｓ層８の間の部分に障壁層としてのＡｌＧａ
Ａｓ層９が埋め込まれている。そして、これらのＧａＡ
ｓ層８およびＡｌＧａＡｓ層９の上には、障壁層として
のＡｌＡｓ層１０が形成されている。
【００１６】この場合、基板表面に平行な方向、すなわ
ちｘ方向およびｙ方向に関してＧａＡｓ層４、ＧａＡｓ
層７およびＧａＡｓ層８の幅は互いに同一であるが、基
板表面に垂直な方向、すなわちｚ方向に関してはＧａＡ
ｓ層７の幅の方がＧａＡｓ層４およびＧａＡｓ層８の幅
よりも大きくなっている。ここでは、基板表面に垂直な
方向、すなわちｚ方向のＧａＡｓ層４およびＧａＡｓ層
８の幅は互いに同一に選ばれている。
ちｘ方向およびｙ方向に関してＧａＡｓ層４、ＧａＡｓ
層７およびＧａＡｓ層８の幅は互いに同一であるが、基
板表面に垂直な方向、すなわちｚ方向に関してはＧａＡ
ｓ層７の幅の方がＧａＡｓ層４およびＧａＡｓ層８の幅
よりも大きくなっている。ここでは、基板表面に垂直な
方向、すなわちｚ方向のＧａＡｓ層４およびＧａＡｓ層
８の幅は互いに同一に選ばれている。
【００１７】この一実施例においては、井戸層としての
ＧａＡｓ層８が障壁層としてのＡｌＡｓ層６、ＡｌＧａ
Ａｓ層９およびＡｌＡｓ層１０で囲まれた構造により図
１中上段、すなわち一段目の量子ドットＱＤ1 が形成さ
れている。後述のように、この一段目の量子ドットＱＤ
1 のアレイは情報処理のための電子の伝導に用いられ
る。また、井戸層としてのＧａＡｓ層７が障壁層として
ＡｌＡｓ層６で囲まれた構造により図１中中段、すなわ
ち二段目の量子ドットＱＤ2 が形成されている。この二
段目の量子ドットＱＤ2 は、一段目の量子ドットＱＤ1
に対応した位置に形成されている。後述のように、この
二段目の量子ドットＱＤ2 のアレイは光の照射による情
報の入力に用いられる。さらに、井戸層としてのＧａＡ
ｓ層４が障壁層としてのＡｌＡｓ層３、ＡｌＧａＡｓ層
５およびＡｌＡｓ層６で囲まれた構造により図１中下
段、すなわち三段目の量子ドットＱＤ3 が形成されてい
る。後述のように、この三段目の量子ドットＱＤ3 のア
レイは情報処理のための正孔の伝導に用いられる。
ＧａＡｓ層８が障壁層としてのＡｌＡｓ層６、ＡｌＧａ
Ａｓ層９およびＡｌＡｓ層１０で囲まれた構造により図
１中上段、すなわち一段目の量子ドットＱＤ1 が形成さ
れている。後述のように、この一段目の量子ドットＱＤ
1 のアレイは情報処理のための電子の伝導に用いられ
る。また、井戸層としてのＧａＡｓ層７が障壁層として
ＡｌＡｓ層６で囲まれた構造により図１中中段、すなわ
ち二段目の量子ドットＱＤ2 が形成されている。この二
段目の量子ドットＱＤ2 は、一段目の量子ドットＱＤ1
に対応した位置に形成されている。後述のように、この
二段目の量子ドットＱＤ2 のアレイは光の照射による情
報の入力に用いられる。さらに、井戸層としてのＧａＡ
ｓ層４が障壁層としてのＡｌＡｓ層３、ＡｌＧａＡｓ層
５およびＡｌＡｓ層６で囲まれた構造により図１中下
段、すなわち三段目の量子ドットＱＤ3 が形成されてい
る。後述のように、この三段目の量子ドットＱＤ3 のア
レイは情報処理のための正孔の伝導に用いられる。
【００１８】この場合、一段目の量子ドットＱＤ1 、二
段目の量子ドットＱＤ2 および三段目の量子ドットＱＤ
3 を構成するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合および
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合は、いずれもタイプＩの
ヘテロ接合超格子である。
段目の量子ドットＱＤ2 および三段目の量子ドットＱＤ
3 を構成するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合および
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合は、いずれもタイプＩの
ヘテロ接合超格子である。
【００１９】なお、図示は省略するが、ＡｌＡｓ層１０
の上にはバイアス電圧印加用の電極が形成される。この
電極は、金属や、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）の
ような透明電極材料により形成される。この電極を金属
により形成する場合には、二段目の量子ドットＱＤ2 へ
の後述の入力用の光の入射を可能とするために、この電
極のうちの二段目の量子ドットＱＤ2 に対応する部分に
あらかじめ開口が形成される。
の上にはバイアス電圧印加用の電極が形成される。この
電極は、金属や、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）の
ような透明電極材料により形成される。この電極を金属
により形成する場合には、二段目の量子ドットＱＤ2 へ
の後述の入力用の光の入射を可能とするために、この電
極のうちの二段目の量子ドットＱＤ2 に対応する部分に
あらかじめ開口が形成される。
【００２０】図１の線αに沿う方向および線γに沿う方
向のエネルギーバンド図を図２に示す。図２中のＥc お
よびＥv はそれぞれ伝導帯の下端のエネルギーおよび価
電子帯の上端のエネルギーを示す（以下同様）。図２か
らわかるように、この場合、図１の線αに沿う方向、す
なわち隣接する一段目の量子ドットＱＤ1 間を結ぶ方向
および図１の線γに沿う方向、すなわち隣接する三段目
の量子ドットＱＤ3 間を結ぶ方向のＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓヘテロ接合におけるポテンシャル障壁の高さはかな
り小さく、従って一段目の量子ドットＱＤ1 間および三
段目の量子ドットＱＤ3 間の結合の強さは強い。そし
て、これらの一段目の量子ドットＱＤ1 間および三段目
の量子ドットＱＤ3 間ではトンネリングによる電子また
は正孔の伝導が許される。なお、図２において、第１の
量子ドットＱＤ1 の電子の基底状態に対応する量子準位
を伝導帯中の破線で示し、第１の量子ドットＱＤ1 の正
孔の基底状態に対応する量子準位を価電子帯中の破線で
示した（以下同様）。
向のエネルギーバンド図を図２に示す。図２中のＥc お
よびＥv はそれぞれ伝導帯の下端のエネルギーおよび価
電子帯の上端のエネルギーを示す（以下同様）。図２か
らわかるように、この場合、図１の線αに沿う方向、す
なわち隣接する一段目の量子ドットＱＤ1 間を結ぶ方向
および図１の線γに沿う方向、すなわち隣接する三段目
の量子ドットＱＤ3 間を結ぶ方向のＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓヘテロ接合におけるポテンシャル障壁の高さはかな
り小さく、従って一段目の量子ドットＱＤ1 間および三
段目の量子ドットＱＤ3 間の結合の強さは強い。そし
て、これらの一段目の量子ドットＱＤ1 間および三段目
の量子ドットＱＤ3 間ではトンネリングによる電子また
は正孔の伝導が許される。なお、図２において、第１の
量子ドットＱＤ1 の電子の基底状態に対応する量子準位
を伝導帯中の破線で示し、第１の量子ドットＱＤ1 の正
孔の基底状態に対応する量子準位を価電子帯中の破線で
示した（以下同様）。
【００２１】図１の線βに沿う方向のエネルギーバンド
図を図３に示す。図３からわかるように、図１の線βに
沿う方向、すなわち隣接する二段目の量子ドットＱＤ2
間を結ぶ方向のＡｌＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合における
ポテンシャル障壁の高さは、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘ
テロ接合におけるポテンシャル障壁の高さに比べてかな
り大きくなっており、従って二段目の量子ドットＱＤ2
間の結合の強さは非常に弱い。このため、二段目の量子
ドットＱＤ2 間では、トンネリングによる電子または正
孔の伝導は実質的に許されない。
図を図３に示す。図３からわかるように、図１の線βに
沿う方向、すなわち隣接する二段目の量子ドットＱＤ2
間を結ぶ方向のＡｌＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合における
ポテンシャル障壁の高さは、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘ
テロ接合におけるポテンシャル障壁の高さに比べてかな
り大きくなっており、従って二段目の量子ドットＱＤ2
間の結合の強さは非常に弱い。このため、二段目の量子
ドットＱＤ2 間では、トンネリングによる電子または正
孔の伝導は実質的に許されない。
【００２２】図１の線δに沿う方向のエネルギーバンド
図を図４に示す。図４からわかるように、この場合、二
段目の量子ドットＱＤ2 の電子の基底状態のエネルギー
は、一段目の量子ドットＱＤ1 および三段目の量子ドッ
トＱＤ3 の電子の基底状態のエネルギーよりも低くなっ
ている。同様に、二段目の量子ドットＱＤ2 の正孔の基
底状態のエネルギーは、一段目の量子ドットＱＤ1 およ
び三段目の量子ドットＱＤ3 の正孔の基底状態のエネル
ギーよりも低くなっている。これは、すでに述べたよう
に、線δに沿う方向に関して、二段目の量子ドットＱＤ
2 の寸法は一段目の量子ドットＱＤ1 および三段目の量
子ドットＱＤ3 の寸法に比べて大きいためである。
図を図４に示す。図４からわかるように、この場合、二
段目の量子ドットＱＤ2 の電子の基底状態のエネルギー
は、一段目の量子ドットＱＤ1 および三段目の量子ドッ
トＱＤ3 の電子の基底状態のエネルギーよりも低くなっ
ている。同様に、二段目の量子ドットＱＤ2 の正孔の基
底状態のエネルギーは、一段目の量子ドットＱＤ1 およ
び三段目の量子ドットＱＤ3 の正孔の基底状態のエネル
ギーよりも低くなっている。これは、すでに述べたよう
に、線δに沿う方向に関して、二段目の量子ドットＱＤ
2 の寸法は一段目の量子ドットＱＤ1 および三段目の量
子ドットＱＤ3 の寸法に比べて大きいためである。
【００２３】次に、上述のように構成されたこの一実施
例による量子ドット集合素子の動作原理について説明す
る。
例による量子ドット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、ｎ型ＧａＡｓ層２とＡ
ｌＡｓ層１０上の電極（図示せず）との間に、この電極
の電位がｎ型ＧａＡｓ層２の電位よりも少し高くなるよ
うなバイアス電圧を印加する。このときの図１の線δに
沿う方向のエネルギーバンドは、図５に示すように少し
傾斜する。次に、この状態で、図６に示すように、入力
すべき情報に応じて選択された二段目の量子ドットＱＤ
2 に対し、この二段目の量子ドットＱＤ2 の電子−正孔
対生成エネルギーに共鳴する波長の単色光を照射し、こ
の量子ドットＱＤ2 中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対
を生成する。図６から明らかなように、この単色光の光
子エネルギーでは、一段目の量子ドットＱＤ1 および三
段目の量子ドットＱＤ3 中に電子−正孔対は生成されな
い。従って、この単色光の照射により、量子ドットＱＤ
2 中だけに電子−正孔対が生成される。なお、この単色
光の照射は、具体的には、例えばスポット径を十分に小
さくしたレーザー光を用いて行うことができる。
ｌＡｓ層１０上の電極（図示せず）との間に、この電極
の電位がｎ型ＧａＡｓ層２の電位よりも少し高くなるよ
うなバイアス電圧を印加する。このときの図１の線δに
沿う方向のエネルギーバンドは、図５に示すように少し
傾斜する。次に、この状態で、図６に示すように、入力
すべき情報に応じて選択された二段目の量子ドットＱＤ
2 に対し、この二段目の量子ドットＱＤ2 の電子−正孔
対生成エネルギーに共鳴する波長の単色光を照射し、こ
の量子ドットＱＤ2 中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対
を生成する。図６から明らかなように、この単色光の光
子エネルギーでは、一段目の量子ドットＱＤ1 および三
段目の量子ドットＱＤ3 中に電子−正孔対は生成されな
い。従って、この単色光の照射により、量子ドットＱＤ
2 中だけに電子−正孔対が生成される。なお、この単色
光の照射は、具体的には、例えばスポット径を十分に小
さくしたレーザー光を用いて行うことができる。
【００２５】この場合、この光照射により量子ドットＱ
Ｄ2 中に対生成された電子および正孔はいずれも、この
量子ドットＱＤ2 の障壁層であるＡｌＡｓ層６による高
いポテンシャル障壁により、この量子ドットＱＤ2 の外
に移動することができない。また、上述のバイアス電圧
によるｚ方向の電界によりこの量子ドットＱＤ2 中の電
子および正孔は空間的に分離されているため、光照射に
より対生成された電子および正孔の再結合率は低い。
Ｄ2 中に対生成された電子および正孔はいずれも、この
量子ドットＱＤ2 の障壁層であるＡｌＡｓ層６による高
いポテンシャル障壁により、この量子ドットＱＤ2 の外
に移動することができない。また、上述のバイアス電圧
によるｚ方向の電界によりこの量子ドットＱＤ2 中の電
子および正孔は空間的に分離されているため、光照射に
より対生成された電子および正孔の再結合率は低い。
【００２６】以上のようにして、例えばレーザー光のよ
うな単色光の走査により、選択された二段目の量子ドッ
トＱＤ2 中に電子−正孔対を生成することにより、初期
電子分布および初期正孔分布の入力を行う。これらの初
期電子分布および初期正孔分布は互いに同一である。こ
こでは、これらの初期電子分布および初期正孔分布をｆ
（ｘ、ｙ）と表す。
うな単色光の走査により、選択された二段目の量子ドッ
トＱＤ2 中に電子−正孔対を生成することにより、初期
電子分布および初期正孔分布の入力を行う。これらの初
期電子分布および初期正孔分布は互いに同一である。こ
こでは、これらの初期電子分布および初期正孔分布をｆ
（ｘ、ｙ）と表す。
【００２７】上述のようにして二段目の量子ドットＱＤ
2 のアレイへの初期電子分布および初期正孔分布ｆ
（ｘ、ｙ）の入力を終了した後、ｎ型ＧａＡｓ層２とＡ
ｌＡｓ層１０上の電極との間に印加する上述のバイアス
電圧を大きくする。この結果、図１の線δに沿う方向の
エネルギーバンドは、図７に示すように大きく傾斜す
る。ここで、バイアス電圧によるｚ方向の電界により、
一段目の量子ドットＱＤ1 の伝導帯の電子の基底状態に
対応する量子準位が二段目の量子ドットＱＤ2 の伝導帯
の電子の基底状態に対応する量子準位よりも低くなると
ともに、三段目の量子ドットＱＤ3 の価電子帯の正孔の
基底状態に対応する量子準位が二段目の量子ドットＱＤ
2 の価電子帯の正孔の基底状態に対応する量子準位より
も低くなったとする。すると、二段目の量子ドットＱＤ
2 中の電子は対応する一段目の量子ドットＱＤ1 に一斉
に遷移するとともに、二段目の量子ドットＱＤ2 中の正
孔は対応する三段目の量子ドットＱＤ3 に一斉に遷移す
る。
2 のアレイへの初期電子分布および初期正孔分布ｆ
（ｘ、ｙ）の入力を終了した後、ｎ型ＧａＡｓ層２とＡ
ｌＡｓ層１０上の電極との間に印加する上述のバイアス
電圧を大きくする。この結果、図１の線δに沿う方向の
エネルギーバンドは、図７に示すように大きく傾斜す
る。ここで、バイアス電圧によるｚ方向の電界により、
一段目の量子ドットＱＤ1 の伝導帯の電子の基底状態に
対応する量子準位が二段目の量子ドットＱＤ2 の伝導帯
の電子の基底状態に対応する量子準位よりも低くなると
ともに、三段目の量子ドットＱＤ3 の価電子帯の正孔の
基底状態に対応する量子準位が二段目の量子ドットＱＤ
2 の価電子帯の正孔の基底状態に対応する量子準位より
も低くなったとする。すると、二段目の量子ドットＱＤ
2 中の電子は対応する一段目の量子ドットＱＤ1 に一斉
に遷移するとともに、二段目の量子ドットＱＤ2 中の正
孔は対応する三段目の量子ドットＱＤ3 に一斉に遷移す
る。
【００２８】以上のようにして一段目の量子ドットＱＤ
1 に移動した電子は、すでに述べたようにこれらの量子
ドットＱＤ1 間のポテンシャル障壁の高さが小さいこと
により、これらの量子ドットＱＤ1 間をトンネリングに
より伝導する。この電子の伝導は、この量子ドットＱＤ
1 の配置に従って起こる。同様に、三段目の量子ドット
ＱＤ3 に移動した正孔は、すでに述べたようにこれらの
量子ドットＱＤ3 間のポテンシャル障壁の高さが小さい
ことにより、これらの量子ドットＱＤ3 間をトンネリン
グにより伝導する。この正孔の伝導は、この量子ドット
ＱＤ3 の配置に従って起こる。
1 に移動した電子は、すでに述べたようにこれらの量子
ドットＱＤ1 間のポテンシャル障壁の高さが小さいこと
により、これらの量子ドットＱＤ1 間をトンネリングに
より伝導する。この電子の伝導は、この量子ドットＱＤ
1 の配置に従って起こる。同様に、三段目の量子ドット
ＱＤ3 に移動した正孔は、すでに述べたようにこれらの
量子ドットＱＤ3 間のポテンシャル障壁の高さが小さい
ことにより、これらの量子ドットＱＤ3 間をトンネリン
グにより伝導する。この正孔の伝導は、この量子ドット
ＱＤ3 の配置に従って起こる。
【００２９】この場合、電子と正孔とは少なくとも有効
質量が互いに異なり、また電子に対する量子ドットＱＤ
1 間のトンネル障壁の高さと正孔に対する量子ドットＱ
Ｄ3間のトンネル障壁の高さとは互いに異なるので、一
段目の量子ドットＱＤ1 のアレイにおける電子の分布と
三段目の量子ドットＱＤ3 のアレイにおける正孔の分布
とは互いに異なる時間変化をする。このため、初期電子
分布ｆ（ｘ、ｙ）が ｆ（ｘ、ｙ）→ｇ（ｘ、ｙ） と変化し、初期正孔分布ｆ（ｘ、ｙ）が ｆ（ｘ、ｙ）→ｈ（ｘ、ｙ） と変化したならば、ｇ（ｘ、ｙ）≠ｈ（ｘ、ｙ）であ
る。以上が一段目の量子ドットＱＤ1 のアレイにおける
電子の伝導および三段目の量子ドットＱＤ3 のアレイに
おける正孔の伝導による情報処理である。
質量が互いに異なり、また電子に対する量子ドットＱＤ
1 間のトンネル障壁の高さと正孔に対する量子ドットＱ
Ｄ3間のトンネル障壁の高さとは互いに異なるので、一
段目の量子ドットＱＤ1 のアレイにおける電子の分布と
三段目の量子ドットＱＤ3 のアレイにおける正孔の分布
とは互いに異なる時間変化をする。このため、初期電子
分布ｆ（ｘ、ｙ）が ｆ（ｘ、ｙ）→ｇ（ｘ、ｙ） と変化し、初期正孔分布ｆ（ｘ、ｙ）が ｆ（ｘ、ｙ）→ｈ（ｘ、ｙ） と変化したならば、ｇ（ｘ、ｙ）≠ｈ（ｘ、ｙ）であ
る。以上が一段目の量子ドットＱＤ1 のアレイにおける
電子の伝導および三段目の量子ドットＱＤ3 のアレイに
おける正孔の伝導による情報処理である。
【００３０】次に、出力時には、ｎ型ＧａＡｓ層２とＡ
ｌＡｓ層１０上の電極との間のバイアス電圧を０にす
る。このとき、図１の線δに沿う方向のエネルギーバン
ドは図８に示すようになる。この結果、図８に示すよう
に、一段目の量子ドットＱＤ1の伝導帯の電子の基底状
態に対応する量子準位が二段目の量子ドットＱＤ2 の伝
導帯の電子の基底状態に対応する量子準位よりも再び高
くなるとともに、三段目の量子ドットＱＤ3 の価電子帯
の正孔の基底状態に対応する量子準位が二段目の量子ド
ットＱＤ2 の価電子帯の正孔の基底状態に対応する量子
準位よりも再び高くなる。これによって、一段目の量子
ドットＱＤ1 中の電子は対応する二段目の量子ドットＱ
Ｄ2 に一斉に遷移するとともに、三段目の量子ドットＱ
Ｄ3 中の正孔は対応する二段目の量子ドットＱＤ2 に一
斉に遷移する。この結果、電子および正孔が共存する量
子ドットＱＤ2 では電子−正孔再結合が生じて、図８に
示すように、発光（ｈν）が起きる。この場合の発光強
度分布は、出力直前の一段目の量子ドットＱＤ1 のアレ
イにおける電子の分布ｇ（ｘ、ｙ）と三段目の量子ドッ
トＱＤ3 のアレイにおける正孔の分布ｈ（ｘ、ｙ）との
積で表される。すなわち、発光強度分布は ｇ（ｘ、ｙ）ｈ（ｘ、ｙ） である。これを出力情報とすることができる。
ｌＡｓ層１０上の電極との間のバイアス電圧を０にす
る。このとき、図１の線δに沿う方向のエネルギーバン
ドは図８に示すようになる。この結果、図８に示すよう
に、一段目の量子ドットＱＤ1の伝導帯の電子の基底状
態に対応する量子準位が二段目の量子ドットＱＤ2 の伝
導帯の電子の基底状態に対応する量子準位よりも再び高
くなるとともに、三段目の量子ドットＱＤ3 の価電子帯
の正孔の基底状態に対応する量子準位が二段目の量子ド
ットＱＤ2 の価電子帯の正孔の基底状態に対応する量子
準位よりも再び高くなる。これによって、一段目の量子
ドットＱＤ1 中の電子は対応する二段目の量子ドットＱ
Ｄ2 に一斉に遷移するとともに、三段目の量子ドットＱ
Ｄ3 中の正孔は対応する二段目の量子ドットＱＤ2 に一
斉に遷移する。この結果、電子および正孔が共存する量
子ドットＱＤ2 では電子−正孔再結合が生じて、図８に
示すように、発光（ｈν）が起きる。この場合の発光強
度分布は、出力直前の一段目の量子ドットＱＤ1 のアレ
イにおける電子の分布ｇ（ｘ、ｙ）と三段目の量子ドッ
トＱＤ3 のアレイにおける正孔の分布ｈ（ｘ、ｙ）との
積で表される。すなわち、発光強度分布は ｇ（ｘ、ｙ）ｈ（ｘ、ｙ） である。これを出力情報とすることができる。
【００３１】以上のようにして、入力分布ｆ（ｘ、ｙ）
から出力分布ｇ（ｘ、ｙ）ｈ（ｘ、ｙ）を得ることがで
きる。
から出力分布ｇ（ｘ、ｙ）ｈ（ｘ、ｙ）を得ることがで
きる。
【００３２】このように、この一実施例によれば、二段
目の量子ドットＱＤ2 のアレイへの光の照射により入力
を行い、一段目の量子ドットＱＤ1 のアレイにおける電
子の伝導および三段目の量子ドットＱＤ3 のアレイにお
ける正孔の伝導により情報処理を行い、二段目の量子ド
ットＱＤ2 のアレイからの発光により出力を行う量子ド
ット集合素子を実現することができる。この量子ドット
集合素子は、情報処理に電子および正孔が関与している
ことから、設計の自由度が高い。
目の量子ドットＱＤ2 のアレイへの光の照射により入力
を行い、一段目の量子ドットＱＤ1 のアレイにおける電
子の伝導および三段目の量子ドットＱＤ3 のアレイにお
ける正孔の伝導により情報処理を行い、二段目の量子ド
ットＱＤ2 のアレイからの発光により出力を行う量子ド
ット集合素子を実現することができる。この量子ドット
集合素子は、情報処理に電子および正孔が関与している
ことから、設計の自由度が高い。
【００３３】次に、上述のように構成されたこの一実施
例による量子ドット集合素子の製造方法について説明す
る。
例による量子ドット集合素子の製造方法について説明す
る。
【００３４】まず、図９に示すように、半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により、ｎ型ＧａＡｓ層２、ＡｌＡｓ層３、Ｇａ
Ａｓ層４、ＡｌＡｓ層６ａ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層
６ｂ、ＧａＡｓ層８およびＡｌＡｓ層１０ａを順次エピ
タキシャル成長させる。なお、ｎ型ＧａＡｓ層２の厚さ
は例えば１０００ｎｍ程度、ＡｌＡｓ層３の厚さは例え
ば１００ｎｍ程度である。
ｓ基板１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により、ｎ型ＧａＡｓ層２、ＡｌＡｓ層３、Ｇａ
Ａｓ層４、ＡｌＡｓ層６ａ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層
６ｂ、ＧａＡｓ層８およびＡｌＡｓ層１０ａを順次エピ
タキシャル成長させる。なお、ｎ型ＧａＡｓ層２の厚さ
は例えば１０００ｎｍ程度、ＡｌＡｓ層３の厚さは例え
ば１００ｎｍ程度である。
【００３５】次に、図１０に示すように、ＡｌＡｓ層１
０ａ上に一段目の量子ドットＱＤ1、二段目の量子ドッ
トＱＤ2 および三段目の量子ドットＱＤ3 に対応した形
状のレジストパターン１１を形成する。このレジストパ
ターン１１の形成は、例えば、電子ビーム照射装置の真
空排気された試料室内において所定の原料ガス雰囲気中
でＡｌＡｓ層１０ａ上に、スポット径を十分に小さく絞
った電子ビームを選択的に照射してこの照射部に原料ガ
スの分解生成物を堆積させることにより行われる。
０ａ上に一段目の量子ドットＱＤ1、二段目の量子ドッ
トＱＤ2 および三段目の量子ドットＱＤ3 に対応した形
状のレジストパターン１１を形成する。このレジストパ
ターン１１の形成は、例えば、電子ビーム照射装置の真
空排気された試料室内において所定の原料ガス雰囲気中
でＡｌＡｓ層１０ａ上に、スポット径を十分に小さく絞
った電子ビームを選択的に照射してこの照射部に原料ガ
スの分解生成物を堆積させることにより行われる。
【００３６】次に、このようにして形成されたレジスト
パターン１１をマスクとして、例えば反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）法のような異方性のドライエッチング
法により、ＡｌＡｓ層１０ａ、ＧａＡｓ層８、ＡｌＡｓ
層６ｂ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層６ａおよびＧａＡｓ
層４を基板表面と垂直方向に順次エッチングする。この
エッチングは、ＧａＡｓ層４が互いに完全に分離するよ
うに、オーバーエッチング気味に行う。このようにし
て、図１１に示すように、ＧａＡｓ層４、ＡｌＡｓ層６
ａ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層６ｂ、ＧａＡｓ層８およ
びＡｌＡｓ層１０ａが四角柱状にパターニングされる。
パターン１１をマスクとして、例えば反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）法のような異方性のドライエッチング
法により、ＡｌＡｓ層１０ａ、ＧａＡｓ層８、ＡｌＡｓ
層６ｂ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層６ａおよびＧａＡｓ
層４を基板表面と垂直方向に順次エッチングする。この
エッチングは、ＧａＡｓ層４が互いに完全に分離するよ
うに、オーバーエッチング気味に行う。このようにし
て、図１１に示すように、ＧａＡｓ層４、ＡｌＡｓ層６
ａ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層６ｂ、ＧａＡｓ層８およ
びＡｌＡｓ層１０ａが四角柱状にパターニングされる。
【００３７】次に、図１２に示すように、例えばＭＯＣ
ＶＤ法により、基板表面に垂直な側壁上に成長が起きな
い条件で、ＡｌＧａＡｓ層５、ＡｌＡｓ層６ｃ、ＡｌＧ
ａＡｓ層９およびＡｌＡｓ層１０ｂを順次エピタキシャ
ル成長させて、四角柱状のＧａＡｓ層４、ＡｌＡｓ層６
ａ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層６ｂ、ＧａＡｓ層８およ
びＡｌＡｓ層１０ａの間の部分を埋める。
ＶＤ法により、基板表面に垂直な側壁上に成長が起きな
い条件で、ＡｌＧａＡｓ層５、ＡｌＡｓ層６ｃ、ＡｌＧ
ａＡｓ層９およびＡｌＡｓ層１０ｂを順次エピタキシャ
ル成長させて、四角柱状のＧａＡｓ層４、ＡｌＡｓ層６
ａ、ＧａＡｓ層７、ＡｌＡｓ層６ｂ、ＧａＡｓ層８およ
びＡｌＡｓ層１０ａの間の部分を埋める。
【００３８】この後、ＡｌＡｓ層１０ａ、１０ｂ上に図
示省略した電極を形成する。
示省略した電極を形成する。
【００３９】以上のようにして、図１に示す量子ドット
集合素子が完成される。
集合素子が完成される。
【００４０】以上、この発明の一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。
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。
【００４１】例えば、上述の一実施例において説明した
量子ドット集合素子の製造方法は一例に過ぎず、他の製
造方法を用いてもよいことは言うまでもない。
量子ドット集合素子の製造方法は一例に過ぎず、他の製
造方法を用いてもよいことは言うまでもない。
【００４２】さらに、上述の一実施例においては、量子
ドット集合素子の材料としてＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓお
よびＧａＡｓを用いているが、この量子ドット集合素
子、より一般的には量子箱集合素子の材料としてはこれ
ら以外の半導体材料を用いてもよい。
ドット集合素子の材料としてＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓお
よびＧａＡｓを用いているが、この量子ドット集合素
子、より一般的には量子箱集合素子の材料としてはこれ
ら以外の半導体材料を用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
光照射により情報の入力を行い、この光照射により対生
成された電子および正孔を互いに異なる面内に設けられ
た量子箱のアレイにおいてトンネリングによりそれぞれ
伝導させることにより所望の情報処理を行い、発光によ
り情報の出力を行うことができる、設計の自由度が高い
量子箱集合素子を実現することができる。また、このよ
うな量子箱集合素子を利用した情報処理方法を提供する
ことができる。
光照射により情報の入力を行い、この光照射により対生
成された電子および正孔を互いに異なる面内に設けられ
た量子箱のアレイにおいてトンネリングによりそれぞれ
伝導させることにより所望の情報処理を行い、発光によ
り情報の出力を行うことができる、設計の自由度が高い
量子箱集合素子を実現することができる。また、このよ
うな量子箱集合素子を利用した情報処理方法を提供する
ことができる。
【図１】この発明の一実施例による量子ドット集合素子
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】図１の線αに沿う方向および図１の線γに沿う
方向のエネルギーバンド図である。
方向のエネルギーバンド図である。
【図３】図１の線βに沿う方向のエネルギーバンド図で
ある。
ある。
【図４】図１の線δに沿う方向のエネルギーバンド図で
ある。
ある。
【図５】図１に示す量子ドット集合素子の入力方法を説
明するためのエネルギーバンド図である。
明するためのエネルギーバンド図である。
【図６】図１に示す量子ドット集合素子の入力方法を説
明するためのエネルギーバンド図である。
明するためのエネルギーバンド図である。
【図７】図１に示す量子ドット集合素子の入力後情報処
理前の動作を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。
理前の動作を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。
【図８】図１に示す量子ドット集合素子の出力方法を説
明するためのエネルギーバンド図である。
明するためのエネルギーバンド図である。
【図９】図１に示す量子ドット集合素子の製造方法を説
明するための斜視図である。
明するための斜視図である。
【図１０】図１に示す量子ドット集合素子の製造方法を
説明するための斜視図である。
説明するための斜視図である。
【図１１】図１に示す量子ドット集合素子の製造方法を
説明するための斜視図である。
説明するための斜視図である。
【図１２】図１に示す量子ドット集合素子の製造方法を
説明するための斜視図である。
説明するための斜視図である。
１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＧａＡｓ層
３、６、１０ ＡｌＡｓ層
４、７、８ ＧａＡｓ層
５、９ ＡｌＧａＡｓ層
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の面内に設けられた複数の第１の量
子箱であってそれらの間で電子の伝導が許されるもの
と、 第２の面内に上記複数の第１の量子箱に対応して設けら
れた複数の第２の量子箱であってそれらの間で電子およ
び正孔の伝導が実質的に許されないものと、 第３の面内に上記複数の第２の量子箱に対応して設けら
れた複数の第３の量子箱であってそれらの間で正孔の伝
導が許されるものとを有し、 上記複数の第１の量子箱側が上記複数の第３の量子箱側
よりも高い電位になるようにバイアス電圧を印加した状
態で、光照射により選択された上記第２の量子箱に電子
−正孔対を生成することにより初期電子分布および初期
正孔分布の入力を行い、 上記バイアス電圧を大きくして上記光照射により上記選
択された上記第２の量子箱中に対生成された電子および
正孔をそれぞれ対応する上記第１の量子箱および上記第
３の量子箱に移動させることにより上記初期電子分布お
よび上記初期正孔分布をそれぞれ上記複数の第１の量子
箱および上記複数の第３の量子箱に転写し、その後、上
記複数の第１の量子箱間で上記電子を伝導させるととも
に、上記複数の第３の量子箱間で上記正孔を伝導させる
ことにより情報処理を行い、 上記バイアス電圧を実質的に除去することにより上記複
数の第１の量子箱中の電子および上記複数の第３の量子
箱中の正孔を上記複数の第２の量子箱中に移動させ、そ
れぞれの上記第２の量子箱からの電子−正孔再結合によ
る発光を観測して発光強度分布を得ることにより出力を
行うようにした ことを特徴とする量子箱集合素子。 - 【請求項２】 上記第１の量子箱、上記第２の量子箱お
よび上記第３の量子箱はタイプＩのヘテロ接合超格子に
より形成さ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】 上記複数の第１の量子箱側が上記複数の
第３の量子箱側よりも高い電位になるようにバイアス電
圧を印加した状態で、上記第２の量子箱の電子−正孔対
生成エネルギーに共鳴する波長の光を選択された上記第
２の量子箱に照射して電子−正孔対を生成することによ
り初期電子分布および初期正孔分布の入力を行い、 上記バイアス電圧を大きくして上記光の入射により上記
選択された上記第２の量子箱中に対生成された電子およ
び正孔をそれぞれ対応する上記第１の量子箱および上記
第３の量子箱に移動させることにより上記初期電子分布
および上記初期正孔分布をそれぞれ上記複数の第１の量
子箱および上記複数の第３の量子箱に転写し、その後、
上記複数の第１の量子箱間で上記電子を伝導させるとと
もに、上記複数の第３の量子箱間で上記正孔を伝導させ
ることにより情報処理を行い、 上記バイアス電圧を実質的に除去することにより上記複
数の第１の量子箱中の電子および上記複数の第３の量子
箱中の正孔を上記複数の第２の量子箱中に移動させ、そ
れぞれの上記第２の量子箱からの電子−正孔再結合によ
る発光を観測して発光強度分布を得ることにより出力を
行うようにした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】 第１の面内に、複数の第１の量子箱であ
ってそれらの間で電子の伝導が許されるものを設け、 上記複数の第１の量子箱に対応して第２の面内に、複数
の第２の量子箱であってそれらの間で電子および正孔の
伝導が実質的に許されないものを設け、 上記複数の第２の量子箱に対応して第３の面内に、複数
の第３の量子箱であってそれらの間で正孔の伝導が許さ
れるものを設け、 上記複数の第１の量子箱側が上記複数の第３の量子箱側
よりも高い電位になるようにバイアス電圧を印加し、光照射により 選択された上記第２の量子箱に電子−正孔
対を生成し、 上記バイアス電圧を大きくして、上記光照射により上記
選択された上記第２の量子箱中に対生成された電子およ
び正孔をそれぞれ対応する上記第１の量子箱および上記
第３の量子箱に移動させ、 上記複数の第１の量子箱間で上記電子を伝導させるとと
もに、上記複数の第３の量子箱間で正孔を伝導させ、 上記バイアス電圧を実質的に除去して、上記複数の第１
の量子箱中の電子および上記複数の第３の量子箱中の正
孔を上記複数の第２の量子箱中に移動させ、 それぞれの上記第２の量子箱からの電子−正孔再結合に
よる発光を観測して発光強度分布を得ることを特徴とす
る情報処理方法。 - 【請求項５】 第１の面内に複数の第１の量子箱を有
し、第２の面内に上記複数の第１の量子箱に対応した複
数の第２の量子箱を有し、第３の面内に上記複数の第２
の量子箱に対応した複数の第３の量子箱を有する半導体
構造を設け、光照射により 選択された上記第２の量子箱に少なくとも
一対の電子および正孔を生成し、上記複数の第１の量子箱側が上記複数の第３の量子箱側
よりも高い電位になるようにバイアス電圧を印加するこ
とにより 上記第１の量子箱に少なくとも一つの電子を移
動させ、上記第３の量子箱に少なくとも一つの正孔を移
動させ、 上記第３の面内の量子箱間を少なくとも一つの正孔を移
動させ、上記第１の面内の量子箱間を少なくとも一つの
電子を移動させ、上記バイアス電圧を実質的に除去して、 少なくとも一つ
の電子および少なくとも一つの正孔を上記第２の量子箱
に戻し、少なくとも一対の電子および正孔を結合させて
情報信号を生成することを特徴とする情報処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06309093A JP3455987B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 量子箱集合素子および情報処理方法 |
| US08/535,814 US5719407A (en) | 1993-02-26 | 1995-09-28 | Collective element of quantum boxes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06309093A JP3455987B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 量子箱集合素子および情報処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252382A JPH06252382A (ja) | 1994-09-09 |
| JP3455987B2 true JP3455987B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=13219279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06309093A Expired - Fee Related JP3455987B2 (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 量子箱集合素子および情報処理方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3455987B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6060743A (en) * | 1997-05-21 | 2000-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device having multilayer group IV nanocrystal quantum dot floating gate and method of manufacturing the same |
| US7658772B2 (en) * | 1997-09-08 | 2010-02-09 | Borealis Technical Limited | Process for making electrode pairs |
| US6281514B1 (en) * | 1998-02-09 | 2001-08-28 | Borealis Technical Limited | Method for increasing of tunneling through a potential barrier |
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| US7651875B2 (en) * | 1998-06-08 | 2010-01-26 | Borealis Technical Limited | Catalysts |
| US6680214B1 (en) | 1998-06-08 | 2004-01-20 | Borealis Technical Limited | Artificial band gap |
| US6541788B2 (en) * | 1998-10-27 | 2003-04-01 | The Regents Of The University Of California | Mid infrared and near infrared light upconverter using self-assembled quantum dots |
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| WO2005039619A1 (en) * | 2003-10-03 | 2005-05-06 | Allergan, Inc. | Compositions and methods comprising prostaglandin-related compounds and trefoil factor family peptides for the treatment of glaucoma with reduced hyperemia |
| GB0415426D0 (en) * | 2004-07-09 | 2004-08-11 | Borealis Tech Ltd | Thermionic vacuum diode device with adjustable electrodes |
| US20060028685A1 (en) * | 2004-08-04 | 2006-02-09 | Nicole Proulx | Method for allowing users to specify multiple quality settings on mixed printouts |
| GB0501413D0 (en) * | 2005-01-24 | 2005-03-02 | Tavkhelidze Avto | Method for modification of built in potential of diodes |
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| GB0518132D0 (en) * | 2005-09-06 | 2005-10-12 | Cox Isaiah W | Cooling device using direct deposition of diode heat pump |
| US7427786B1 (en) | 2006-01-24 | 2008-09-23 | Borealis Technical Limited | Diode device utilizing bellows |
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| GB0617879D0 (en) * | 2006-09-12 | 2006-10-18 | Borealis Tech Ltd | Transistor |
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| GB0700071D0 (en) * | 2007-01-04 | 2007-02-07 | Borealis Tech Ltd | Multijunction solar cell |
| US8816192B1 (en) | 2007-02-09 | 2014-08-26 | Borealis Technical Limited | Thin film solar cell |
| CN105870273B (zh) * | 2016-06-02 | 2018-10-30 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种氮化物发光二极管 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2680849B2 (ja) * | 1988-08-29 | 1997-11-19 | オリンパス光学工業株式会社 | 三次元メモリ素子およびその制御方法 |
| FR2655434B1 (fr) * | 1989-12-05 | 1992-02-28 | Thomson Csf | Dispositif optique a puits quantiques et procede de realisation. |
| JP3020529B2 (ja) * | 1989-12-29 | 2000-03-15 | 富士通株式会社 | 光駆動量子化装置 |
| JPH0469980A (ja) * | 1990-07-11 | 1992-03-05 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JP2515051B2 (ja) * | 1990-11-14 | 1996-07-10 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子及びその製造方法 |
| GB2256313B (en) * | 1991-01-04 | 1995-03-29 | Hitachi Europ Ltd | Semiconductor device |
| US5298108A (en) * | 1991-07-05 | 1994-03-29 | The University Of California | Serpentine superlattice methods and devices |
-
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- 1993-02-26 JP JP06309093A patent/JP3455987B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-09-28 US US08/535,814 patent/US5719407A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5719407A (en) | 1998-02-17 |
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|---|---|---|---|
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