JP4448324B2 - 半導体光デバイス - Google Patents

Description

本発明は半導体光デバイスに関し、特に、表面弾性波を用いた量子閉じ込め方法に適用して好適なものである。

新しい電子機能および光機能を有する半導体デバイスの実現を目指し、半導体中のキャリア（電子および正孔）の波動関数が１次元的に閉じ込められた量子細線および０次元的に閉じ込められた量子ドットと呼ばれる半導体低次元ナノ構造に関する研究が進展している。
そして、１次元構造における１次元バンド構造を反映した偏光特性や、０次元構造におけるエネルギー準位の離散化および狭い発光線幅などの低次元系に特徴的な物理的振る舞いが、デバイス応用の観点から期待されている。

一般に、半導体低次元ナノ構造では、材料または組成の異なる微細構造を半導体基板上に多元的に形成し、波動関数を静的または永続的に閉じ込めるようにしたものがある。あるいは、半導体表面や半導体裏面に形成された微細なゲート電極に電圧を印加し、横方向の電界で波動関数を偏らせるようにしたものもある。
また、これまでに、半導体材料への微細加工技術を基盤としたトップダウンと呼ばれる形成方法と、結晶成長中に生じる歪みなどをきっかけとして、自己形成的にナノ構造が自然に生成されるボトムアップと呼ばれる形成方法が主に検討されている。

図１６は、従来の量子細線の構成を示す断面図である。
図１６において、ＡｌＧａＡｓバリア層１６１、ＧａＡｓ量子井戸層およびＡｌＧａＡｓバリア層１６３で構成された量子井戸構造をベースに、ストライプ状に配されたエッチングマスクを用いて、ＧａＡｓ量子井戸層およびＡｌＧａＡｓバリア層１６３の垂直エッチングが行われる。そして、垂直エッチングが行われたＧａＡｓ量子井戸層およびＡｌＧａＡｓバリア層１６３にＡｌＧａＡｓ層１６４を埋め込み結晶成長させることにより、ＧａＡｓ量子細線が形成されている。

図１７は、従来の量子ドットのＳＥＭ像を示す図である。
図１７において、結晶面方位（００１）面を主面とするＧａＡｓ基板上には、ＩｎＧａＡｓ量子ドット１７１が形成されている。このＩｎＧａＡｓ量子ドット１７１は、異なる格子定数を有する材料が結晶成長する際に生じる格子歪みを緩和するために、自己形成的に発生する。
図１８は、従来のゲート電極による量子ドットの構成を示す平面図である。
図１８において、半導体基板１８１には、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造が形成されている。そして、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造が形成された半導体基板１８１には、ソース１８３ａおよびドレイン１８３ｂが形成されるとともに、ソース１８３ａとドレイン１８３ｂとの間には、互いに間隔を空けて配置されたゲート電極１８２ａ、１８２ｂが形成されている。

そして、ゲート電極１８２ａ、１８２ｂに電圧を印加して、ゲート電極１８２ａ、１８２ｂの横方向の領域を空乏化させ、ゲート電極１８２ａ、１８２ｂ間の中央部分に電子の波動関数を閉じ込めることにより、量子ドット１７１を形成することができる。
また、例えば、非特許文献１には、フォトルミネッセンス測定の結果、表面弾性波に起因する横方向ピエゾ電界によって励起子を乖離することが明らかにされるとともに、量子井戸内の２次元励起子とバリア層の３次元励起子とでピエゾ電界に対する振る舞いが異なることを利用して、励起子の次元を表面弾性波で調べる方法が開示されている。

また、これまでの結晶成長技術の進展により、結晶成長が進行する基板に垂直な方向では、原子層の精度で膜厚を制御することが比較的容易なため、急峻な組成変化が造り付けられた量子井戸構造または超格子構造が実現されている。
"Ｅｘｃｉｔｏｎ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅｓ" Ｃ．Ｒｏｃｋｅ，Ａ．０．Ｇｏｖｏｒｏｕ，Ａ．Ｗｉｘｆｏｒｔｈ，Ｇ．Ｂｏｈｍ ａｎｄ Ｇ．Ｗｅｉｍａｎｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ ５７，ｐＲ６８５０（１９９８）

しかしながら、半導体ナノ構造を実現するためには、基板に垂直な方向だけでなく、基板の横方向に対しても、ナノオーダーの微細構造を造り付ける必要がある。ところが、微細加工技術を利用する場合は、最先端の半導体加工技術を用いても、数ｎｍのサイズの不均一が生じる。例えば、１００ｎｍの構造に対しては、数％というデバイス特性への悪影響を無視することができないサイズの揺らぎが発生する。

また、デバイス化する際に、再成長などの方法にてナノ構造を埋め込む必要があるが、この再成長により形成される界面の品質が悪いという問題もある。加工精度の優れた例として、単原子精度で構造形成が可能なＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）加工も報告されているが、ＳＴＭ加工では、実用デバイスの作製に必要なスループットを確保することは困難であるという問題があった。

また、自然現象を利用する自己形成手法では、大面積基板上にナノ構造を大量に形成することができるが、ナノ構造を形成する場所や大きさを正確に制御することができないという問題があった。
また、これまでに自己形成手法による量子ドットを共振器内に含む単一光子光源が実現されているが、共振器のモードと量子ドットの発光準位が偶然一致した場合にのみ単一光子光源として機能するため、製造歩留りが非常に悪いという問題があった。

このように、静的閉じ込めを基本とした従来の半導体低次元ナノ構造では、現状以上に形成精度を上げるのは難しい状況に陥っており、低次元性に基づいて新機能を自在に操ることは困難である。
一方、半導体低次元ナノ構造を得るための別のアプローチとして、半導体表面に形成されたゲート電極に電圧を印加することにより、量子閉じ込め構造を電気的に形成する方法も提案されている。この方法では、既に高品質の構造形成方法が確立されている量子井戸構造またはヘテロ構造をそのまま用いて波動関数の量子閉じ込めを行うことができるため、微細加工に伴う結晶性の劣化を避けることができる。

ただし、この方法では、ゲート電極の近傍に極少数の量子ドットしか形成することができず、さらに、各ゲート電極の加工サイズの揺らぎやゲート電極自体が発生する歪みの影響によって、量子ドット間で特性が異なるという問題があった。また、電界によって電子と正孔が空間的に必ず分離するので、発光デバイスには応用が難しいという問題もあった。

また、上述した非特許文献１に開示されているように、ゲート電極の近傍以外の領域で励起子物性を制御する方法も試みられており、波長の長い表面弾性波を用いることにより、ピエゾ電界によって励起子を乖離させることが行われている。ただし、この場合、表面弾性波の波長が非常に長いため、量子閉じ込め効果は生じていない。
そこで、本発明の目的は、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能な半導体光デバイスを提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体光デバイスによれば、キャリア閉じ込め層が表面に形成された半導体層と、前記キャリア閉じ込め層上に形成され、前記キャリア閉じ込め層に横方向量子閉じ込めポテンシャルを生成させる表面弾性波を発生させる超音波発生部とを備え、前記超音波発生部は、前記キャリア閉じ込め層上に形成された櫛形電極からなるトランスデューサー対を少なくとも１組備え、前記トランスデューサー対は、表面弾性波が互いに重なり合うように、１直線上で対向する位置、又は対をなすトランスデューサーそれぞれの伝搬方向が互いに直交する位置に配置され、前記櫛形電極の周期Ｌと前記表面弾性波の伝搬速度Ｖ _ＳＡＷ とが、Ｌ＜５×１０ ^−１０ ×Ｖ _ＳＡＷ の関係を満たすことを特徴とする。
これにより、キャリア閉じ込め層に表面弾性波を発生させることで、キャリア閉じ込め層のエネルギーバンド構造を空間的に変調することが可能となる。このため、キャリア閉じ込め層の横方向に微細構造を予め造り付けることなく、波動関数の横方向量子閉じ込めを実現することが可能となるとともに、表面弾性波の個数、強度、伝播方向、周期あるいは位相などを制御することで、閉じ込めポテンシャルの次元数、閉じ込めポテンシャルの深さ、閉じ込めポテンシャルの空間周期、閉じ込めポテンシャルのピーク位置およびそれらの時間変化を電気的に制御することが可能となり、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能となる。
また、櫛形電極からなるトランスデューサー対を、表面弾性波が互いに重なり合うように１直線上で対向する位置、又はそれぞれの伝搬方向が互いに直交する位置に配置しているため、閉じ込めポテンシャルを、１次元状態と２次元状態とで交互に繰り返させることや、０次元閉じ込め構造を形成することができ、さらに、櫛形電極の周期Ｌを調整することで、キャリア閉じ込め層および半導体層に横方向量子閉じ込め効果を発現させることが可能となり、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能となる。

また、請求項２記載の半導体光デバイスによれば、キャリア閉じ込め層が表層に埋め込まれた半導体層と、前記半導体層上に形成され、前記キャリア閉じ込め層および前記半導体層に横方向量子閉じ込めポテンシャルを生成させる表面弾性波を発生させる超音波発生部とを備え、前記超音波発生部は、前記半導体層上に形成された櫛形電極からなるトランスデューサー対を少なくとも１組備え、前記トランスデューサー対は、表面弾性波が互いに重なり合うように、１直線上で対向する位置、又は対をなすトランスデューサーそれぞれの伝播方向が互いに直交する位置に配置され、前記櫛形電極の周期Ｌと前記表面弾性波の伝播速度Ｖ _ＳＡＷ とが、Ｌ＜５×１０ ^−１０ ×Ｖ _ＳＡＷ の関係を満たすことを特徴とする。
これにより、キャリア閉じ込め層および半導体層に表面弾性波を発生させることで、キャリア閉じ込め層のエネルギーバンド構造を空間的に変調することが可能となる。このため、キャリア閉じ込め層の横方向に微細構造を予め造り付けることなく、波動関数の横方向量子閉じ込めを実現することが可能となるとともに、表面弾性波の個数や伝播方向や周期や位相などを制御することで、横方向量子閉じ込めポテンシャルを変化させることが可能となり、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能となる。
また、櫛形電極からなるトランスデューサー対を、表面弾性波が互いに重なり合うように１直線上で対向する位置、又はそれぞれの伝搬方向が互いに直交する位置に配置しているため、閉じ込めポテンシャルを、１次元状態と２次元状態とで交互に繰り返させることや、０次元閉じ込め構造を形成することができ、さらに、櫛形電極の周期Ｌを調整することで、キャリア閉じ込め層および半導体層に横方向量子閉じ込め効果を発現させることが可能となり、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能となる。

また、請求項３記載の半導体光デバイスによれば、前記半導体層がIII−Ｖ族またはII−IV族化合物半導体から構成され、前記キャリア閉じ込め層が量子井戸構造、ダブルヘテロ構造、シングルヘテロ構造またはバルクであることを特徴とする。
これにより、キャリア閉じ込め層および半導体層に表面弾性波を効率的に発生させることが可能となり、横方向量子閉じ込め構造を安定して生成することが可能となる。

また、請求項４記載の半導体光デバイスによれば、前記表面弾性波が伝播する前記キャリア閉じ込め層または前記半導体層上の少なくとも一部の領域に導電層が配置されていることを特徴とする。
これにより、導電層の導電作用によって、表面弾性波にて生成されたピエゾ電界を短絡することが可能となり、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造を平坦化することができる。このため、横方向ピエゾ電界によって空間的に分離されながら掃引されてきた電子と正孔とを導電層下に蓄積することが可能となり、電子と正孔との発光再結合を可能として、発光パターンを生成させることができる。

また、請求項５記載の半導体光デバイスによれば、前記表面弾性波が伝播する前記キャリア閉じ込め層または前記半導体層上の少なくとも一部の領域がｎ形またはｐ形であることを特徴とする。
これにより、ｎ形領域またはｐ形領域に存在するキャリアによって、表面弾性波により生成されたピエゾ電界をキャンセルさせることが可能となり、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造を平坦化することができる。このため、横方向ピエゾ電界によって空間的に分離されながら掃引されてきた電子と正孔とを導電層下に蓄積することが可能となり、電子と正孔との発光再結合を可能として、発光パターンを生成させることができる。

また、請求項６記載の半導体光デバイスによれば、前記半導体層は結晶面方位（００１）面を主面とし、［１１０］方向または［−１１０］方向の少なくとも一方向に前記表面弾性波が伝播するように、前記超音波発生部が配置されていることを特徴とする。
これにより、０次元閉じ込め構造を格子状に生成させることが可能となるとともに、キャリアの閉じ込め位置を任意の方向に移動させることが可能となり、低次元系に特徴的な物理的振る舞いのデバイスへの応用の可能性を広げることができる。

また、請求項７記載の半導体光デバイスによれば、前記超音波発生部は、表面弾性波が互いに重なり合うように［１１０］方向および［−１１０］方向にそれぞれ配置された２組のトランスデューサー対と、前記トランスデューサー対を駆動する制御信号を発生させる制御信号発生部と、前記２組のトランスデューサー対から選択されたいずれか一方のトランスデューサー対と前記制御信号発生部との間に接続され、前記選択されたトランスデューサー対にて発生された表面弾性波に９０度の位相差を与える位相シフタとを備えることを特徴とする。

これにより、キャリアの閉じ込め位置を振動させたり、偏光方向をスイッチングさせたりすることが可能となり、低次元系に特徴的な物理的振る舞いのデバイスへの応用の可能性を広げることができる。
また、請求項８記載の半導体光デバイスによれば、前記半導体層は結晶面方位（１１１）Ａ面または（１１１）Ｂ面を主面とし、［−１１０］方向、［１０−１］方向または［０−１１］方向の少なくとも一方向に前記表面弾性波が伝播するように、前記超音波発生部が配置されていることを特徴とする。
これにより、０次元閉じ込め構造を三角格子状に生成させることが可能となるとともに、キャリアの閉じ込め位置を任意の方向に移動させることが可能となり、低次元系に特徴的な物理的振る舞いのデバイスへの応用の可能性を広げることができる。

また、請求項９記載の半導体光デバイスによれば、前記超音波発生部は、表面弾性波が互いに重なり合うように［−１１０］方向、［１０−１］方向および［０−１１］にそれぞれ配置された３組のトランスデューサー対と、前記トランスデューサー対を駆動する制御信号を発生させる制御信号発生部と、前記３組のトランスデューサー対から選択されたいずれか一対のトランスデューサー対と前記制御信号発生部との間に接続され、前記選択されたトランスデューサー対にて発生された表面弾性波に６０度の位相差を与える第１位相シフタと、前記３組のトランスデューサー対のうちの残りから選択されたいずれか一対のトランスデューサー対と前記制御信号発生部との間に接続され、前記選択されたトラトランスデューサー対にて発生された表面弾性波に１２０度の位相差を与える第２位相シフタとを備えることを特徴とする。

これにより、キャリアの閉じ込め位置を回転させたり、偏光方向をスイッチングさせたりすることが可能となり、低次元系に特徴的な物理的振る舞いのデバイスへの応用の可能性を広げることができる。
また、請求項１０記載の半導体光デバイスによれば、前記キャリア閉じ込め層の下層に形成されたブラッグ反射鏡と、前記キャリア閉じ込め層の上層に形成され、前記ブラッグ反射鏡と対向配置された導電膜とを備えることを特徴とする。
これにより、発光領域に垂直光共振器を形成することが可能となるとともに、２方向からの表面弾性波による０次元閉じ込めを行わせることで、正確な繰り返し周期で光子を１個づつ発生させる単一光子光源を実現することができる。

また、請求項１１記載の半導体光デバイスによれば、前記キャリア閉じ込め層の内部に量子ドットが形成されていることを特徴とする。
これにより、垂直光共振モードと量子ドットの発光準位が一致した時だけ発光を生じさせることが可能となり、単一光子光源の高効率化を図ることが可能となるとともに、表面弾性波による歪みに基づいてバンドギャップを変調することにより、量子ドットの発光準位を垂直光共振モードに容易に一致させることが可能となり、単一光子光源の製造歩留りを向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、横方向量子閉じ込め構造を生成させる表面弾性波をキャリア閉じ込め層に発生させることにより、キャリア閉じ込め層の横方向に微細構造を予め造り付けることなく、波動関数の横方向量子閉じ込めを実現することが可能となり、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る半導体光デバイスについて図面を参照しながら説明する。
まず、本発明に関連する半導体光デバイスについて、図１の概略構成を示す斜視図を伴って説明する。
図１において、半導体基板１１の表層には、キャリア閉じ込め層１２が埋め込まれている。なお、半導体基板１１およびキャリア閉じ込め層１２の材質としては、III−Ｖ族またはII−IV族化合物半導体を用いることができ、キャリア閉じ込め層１２の構造としては、量子井戸構造、ダブルヘテロ構造、シングルヘテロ構造またはバルクを用いることができる。例えば、半導体基板１１として、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いることができ、キャリア閉じ込め層１２として、ＧａＡｓ量子井戸構造を用いることができる。

そして、キャリア閉じ込め層１２が埋め込まれた半導体基板１１上には超音波発生部１３が形成され、超音波発生部１３は、キャリア閉じ込め層１２および半導体層１１に横方向量子閉じ込めポテンシャルを生成させる表面弾性波を発生させることができる。そして、超音波発生部１３は、超音波発生部１３に制御信号を印加する制御信号発生部１４に接続されている。なお、超音波発生部１３としては、例えば、櫛形電極を用いることができる。また、櫛形電極の周期Ｌは、半導体基板１１およびキャリア閉じ込め層１２を伝播する表面弾性波の伝播速度をＶ_SAWとすると、以下の関係を満たすように設定することができる。
Ｌ＜５×１０^-10×Ｖ_SAW

これにより、制御信号発生部１４から超音波発生部１３に制御信号を印加することで、キャリア閉じ込め層１２のエネルギーバンド構造を空間的に変調することが可能となる。このため、キャリア閉じ込め層１２の横方向に微細構造を予め造り付けることなく、波動関数の横方向量子閉じ込めを実現することが可能となるとともに、表面弾性波の個数、強度、伝播方向、周期あるいは位相などを制御することで、閉じ込めポテンシャルの次元数、閉じ込めポテンシャルの深さ、閉じ込めポテンシャルの空間周期、閉じ込めポテンシャルのピーク位置およびそれらの時間変化を電気的に制御することが可能となり、横方向量子閉じ込め構造の制御性を確保しつつ、横方向量子閉じ込め構造の形成精度を向上させることが可能となる。
なお、図１の半導体光デバイスでは、半導体基板１１の表層にキャリア閉じ込め層１２を埋め込む方法について説明したが、半導体基板１１の表面にキャリア閉じ込め層１２を形成するようにしてもよい。

次に、本発明の第１実施形態に係る半導体光デバイスを、図２の概略構成を示す斜視図を伴って説明する。
図２において、半導体基板２１の表面または内部にはキャリア閉じ込め層が形成されている。なお、半導体基板２１は、結晶面方位（００１）面を主面とすることができる。また、半導体基板２１として、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いることができ、キャリア閉じ込め層として、ＧａＡｓ量子井戸構造を用いることができる。

そして、キャリア閉じ込め層が形成された半導体基板２１上には、4個のトランスデューサー２３ａ〜２３ｄが十字形をなすように形成され、トランスデューサー２３ａ、２３ｃは、［−１１０］方向に沿って配置されるとともに、トランスデューサー２３ｂ、２３ｄは、［１１０］方向に沿って配置されている。そして、各トランスデューサー２３ａ〜２３ｄには、トランスデューサー２３ａ〜２３ｄをそれぞれ駆動するための制御信号発生部２４ａ〜２４ｄが接続されている。

また、トランスデューサー２３ｂ、２３ｄの前段には、トランスデューサー２３ａ、２３ｃに入力される制御信号に対して９０度の位相差を与えることが可能な位相シフタ２５ｂ、２５ｄが配置されている。
そして、制御信号発生部２４ａ〜２４ｄを介して少なくともいずれか１個のトランスデューサー２３ａ〜２３ｄに制御信号を入力することにより、半導体基板２１に形成されたキャリア閉じ込め層に表面弾性波を伝播させることが可能となり、閉じ込めポテンシャルの空間分布を制御することを可能となる。このため、横方向量子閉じ込めポテンシャルをキャリア閉じ込め層に発現させることが可能となり、発光および吸収の生じる位置、発光および吸収の波長、発光および吸収の強度および発光および吸収の偏光特性などを電気的に制御することができる。

図３は、図２のトランスデューサー２３ｂに連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。なお、ｘ軸は表面弾性波の伝播方向、ｙ軸は表面弾性波の伝播方向に垂直な方向を示し、目盛りは表面弾性波の波長で正規化されている。例えば、制御信号として１０ＧＨｚの周波数を用いると、１目盛りが約３００ｎｍに相当する。

図３において、黒い部分はポテンシャルの低い領域、白い部分はポテンシャルの高い領域を示す。ここで、結晶成長方向には、キャリア閉じ込め層に採用された量子井戸構造によって閉じ込めを行うことができるので、トランスデューサー２３ｂにて表面弾性波をキャリア閉じ込め層に発生させることで、横方向量子閉じ込めポテンシャルをキャリア閉じ込め層に発現させることが可能となり、１次元閉じ込め構造（細線）を形成することができる。

また、表面弾性波により形成されたポテンシャル分布は、同じ形状を保ったまま伝播速度Ｖ_SAW（ＧａＡｓ系では、室温で約３０００ｍ／ｓ）でｘ方向に進行させることができるため、表面弾性波の伝播に伴って閉じ込められたキャリアも一緒に移動させることができる。さらに、１次元閉じ込め効果および表面弾性波による格子の歪みを反映して、正孔−電子間の光学遷移にｘ方向またはｙ方向への偏光特性を持たせることができる。

図４は、図２のトランスデューサー２３ｂ、２３ｄに同一周波数で位相差のない連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。なお、入力された正弦波信号の周期をＴ、ｎを整数とすると、図４（ａ）は時刻ｔ＝ｎＴ、図４（ｂ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／４）Ｔ、図４（ｃ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／２）Ｔにおける閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す。

図４において、２個のトランスデューサー２３ｂ、２３ｄにて表面弾性波をキャリア閉じ込め層に発生させると、これらの表面弾性波が干渉して１次元的な定在波が形成される。このため、閉じ込めポテンシャルの空間分布を、図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）→図４（ｂ）→図４（ａ）の順に振動させることができる。この場合、閉じ込めポテンシャルは１次元状態と２次元状態とを交互に繰り返させることが可能となるとともに、キャリアの閉じ込め位置を左右に振動させることができる。さらに、閉じ込めポテンシャルが１次元状態の時に、正孔−電子間の光学遷移にｘ方向またはｙ方向への偏光特性を持たせることが可能となるとともに、偏光特性を時間に応じて変化させることができる。

さらに、トランスデューサー２３ｂ、２３ｄに入力される制御信号に位相差を与えることにより、表面弾性波の定在波の節および腹の位置をｘ軸に沿って位相差に応じてシフトさせることができる。また、トランスデューサー２３ｂ、２３ｄに入力される制御信号の強度比を変えることによっても、表面弾性波の定在波の節および腹の位置をｘ軸に沿って連続的に移動させることができる。

図５は、図２のトランスデューサー２３ａ、２３ｂに同一周波数で位相差のない連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。
図５において、トランスデューサー２３ａ、２３ｂに正弦波信号を入力することにより、ｘ方向およびｙ方向に表面弾性波を進行させることが可能となり、トランスデューサー２３ａ、２３ｂにて生成される表面弾性波を直交させることができる。そして、これらの表面弾性波が干渉することにより、横方向量子閉じ込めポテンシャルをキャリア閉じ込め層に発現させることが可能となり、０次元閉じ込め構造（ドット）を形成することができる。
また、キャリアの閉じ込め位置は、トランスデューサー２３ａ、２３ｂにて生成された表面弾性波の進行方向からそれぞれ４５度だけ傾いた方向に√２Ｖ_SAWで進行させることができる。

図６は、図２のトランスデューサー２３ａ〜２３ｄに同一周波数で位相差のない正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。なお、図６（ａ）は時刻ｔ＝ｎＴ、図６（ｂ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／４）Ｔ、図６（ｃ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／２）Ｔにおける閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す。

図６において、４個のトランスデューサー２３ａ〜２３ｄにて表面弾性波をキャリア閉じ込め層に発生させると、これらの表面弾性波が干渉して２次元的な定在波が形成される。このため、閉じ込めポテンシャルの空間分布を、図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）→図６（ｂ）→図６（ａ）の順に変化させることができる。この場合、閉じ込めポテンシャルは、０次元状態と２次元状態とを交互に繰り返させることが可能となるとともに、キャリアの閉じ込め位置を斜めに振動させることができる。

さらに、トランスデューサー２３ａ、２３ｃに入力される制御信号に位相差を与えることにより、表面弾性波の定在波の節および腹の位置をｘ軸に沿って位相差に応じてシフトさせることが可能となるとともに、トランスデューサー２３ｂ、２３ｄに入力される制御信号に位相差を与えることにより、表面弾性波の定在波の節および腹の位置をｙ軸に沿って位相差に応じてシフトさせることが可能となる。
また、４個のトランスデューサー２３ａ〜２３ｄに入力される制御信号の強度比を変えることによっても、表面弾性波の定在波の節および腹の位置をｘｙ面内の任意の方向に連続的に移動させることができる。

図７は、図２のトランスデューサー２３ａ、２３ｂ、２３ｄに同一周波数で位相差のない正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。なお、図７（ａ）は時刻ｔ＝ｎＴ、図７（ｂ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／４）Ｔ、図７（ｃ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／２）Ｔ、図７（ｄ）は時刻ｔ＝（ｎ＋３／４）Ｔにおける閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す。

図７において、３個のトランスデューサー２３ａ、２３ｂ、２３ｄにて表面弾性波をキャリア閉じ込め層に発生させると、ｘ方向には定在波が形成させることが可能となるとともに、ｙ方向には進行波を伝播させることができる。このため、閉じ込めポテンシャルの空間分布を、図７（ａ）→図７（ｂ）→図７（ｃ）→図７（ｄ）→図７（ａ）の順に変化させることができる。この場合、閉じ込めポテンシャルは０次元状態と１次元状態とを交互に繰り返させることが可能となる。さらに、閉じ込めポテンシャルが１次元状態の時に、正孔−電子間の光学遷移にｘ方向またはｙ方向への偏光特性を持たせることが可能となる。

図８は、図２のトランスデューサー２３ａ、２３ｃとトランスデューサー２３ｂ、２３ｄとの間で９０度の位相差のある正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。なお、図８（ａ）は時刻ｔ＝ｎＴ、図８（ｂ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／８）Ｔ、図８（ｃ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／４）Ｔ、図８（ｄ）は時刻ｔ＝（ｎ＋３／８）Ｔ、図８（ｅ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／２）Ｔ、図８（ｆ）は時刻ｔ＝（ｎ＋５／８）Ｔ、図８（ｇ）は時刻ｔ＝（ｎ＋３／４）Ｔ、図８（ｈ）は時刻ｔ＝（ｎ＋７／８）Ｔにおける閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す。

図８において、トランスデューサー２３ａ、２３ｃに正弦波信号を入力するとともに、位相シフタ２５ｂ、２５ｄをそれぞれ介してトランスデューサー２３ｂ、２３ｄに正弦波信号を入力することにより、閉じ込めポテンシャルの空間分布を、図８（ａ）→図８（ｂ）→図８（ｃ）→図８（ｄ）→図８（ｅ）→図８（ｆ）→図８（ｇ）→図８（ｈ）→図８（ａ）の順に変化させることができる。この場合、閉じ込めポテンシャルは０次元状態と１次元状態とを交互に繰り返させることが可能となるとともに、キャリアの閉じ込め位置を入力信号と同じ周波数で４重極振動させることができる。さらに、閉じ込めポテンシャルが１次元状態の時に、正孔−電子間の光学遷移に偏光特性を持たせることが可能となるとともに、時間に応じて偏光特性をｘ方向およびｙ方向へスイッチングさせることができる。

図９は、本発明の第２実施形態に係る半導体光デバイスのバンド構造を示す図である。 図９において、図２の半導体基板２１の表面の一部の領域に導電層９１を配置したものとする。なお、導電層９１としては、導電性があればどのような材料を用いてもよく、例えば、Ｔｉ金属膜を用いることができる。
そして、表面弾性波が半導体基板２１を進行すると、横方向ピエゾ電界によって生成された電子と正孔とが空間的に分離され、これらの電子と正孔とが表面弾性波の伝播に伴って空間的に掃引される。

そして、表面弾性波が半導体基板２１を進行し、半導体基板２１を進行している表面弾性波が導電層９１下に達すると、導電層９１の導電作用によって、表面弾性波により生成されたピエゾ電界が短絡されるため、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造が平坦化される。そして、導電層９１下では、横方向ピエゾ電界が消失するため、表面弾性波にて掃引されてきた電子と正孔とが導電層９１下に蓄積され、電子と正孔との発光再結合を発生させて、導電層９１の形状に対応した発光パターンを生成させることができる。
そして、表面弾性波が導電層９１を通過すると、エネルギーバンド構造が再び変調され、横方向ピエゾ電界によって空間的に分離された電子と正孔とが、表面弾性波の伝播に伴って空間的に掃引される。

図１０は、図２の半導体基板２１上に導電膜１０１ａ、１０１ｂが形成され、トランスデューサー２３ａ、２３ｂに同一周波数で位相差にない連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。
図１０において、図２の半導体基板２１上の表面弾性波の干渉が生じる領域の一部には、導電膜１０１ａ、１０１ｂが形成されている。なお、導電膜１０１ａ、１０１ｂとしては、導電性があればどのような材料を用いてもよく、例えば、Ｔｉ金属膜を用いることができる。そして、トランスデューサー２３ａ、２３ｂに正弦波信号を入力すると、ｘ方向およびｙ方向に表面弾性波が進行し、０次元閉じ込め構造（ドット）が形成される。

そして、表面弾性波が半導体基板２１を進行し、半導体基板２１を進行している表面弾性波が導電膜１０１ａ、１０１ｂ下に達すると、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造が平坦化される。
ここで、進行波型の表面弾性波を用いる場合には、横方向ピエゾ電界によって電子と正孔とが空間的に分離され、発光再結合が生じないため発光しないが、導電膜１０１ａ、１０１ｂ下では、発光再結合が生じるため、導電膜１０１ａ、１０１ｂの形状に対応した発光パターンを生成させることができる。

このエネルギーバンド構造が平坦化された領域では、厳密には、表面弾性波がもたらす格子歪みによるバンドギャップの変調効果は残っている。この変調効果は、ピエゾ電界による影響に比べて１桁以上小さいが、バンドギャップは、格子歪みの強弱に応答して振動するため、発光波長および偏光方向も振動させることができる。また、この発光波長、発光強度および偏光特性は、入力信号によって制御することができる。

なお、上述した実施形態では、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造を平坦化させるために、導電膜１０１ａ、１０１ｂを用いる方法について説明したが、ＦＩＢ（収束イオンビーム）またはイオン打ち込みなどによって、ｐ形不純物またはｎ形不純物を図２の半導体基板２１またはキャリア閉じ込め層に選択的にドーピングするようにしてもよい。

これにより、半導体基板２１またはキャリア閉じ込め層上の表面弾性波の干渉が生じる領域の一部にだけ、キャリアを多数存在させることが可能となり、この多数存在するキャリアによってピエゾ電界をキャンセルさせることが可能となる。このため、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造を平坦化することができ、横方向ピエゾ電界によって空間的に分離されながら掃引されてきた電子と正孔との発光再結合を可能として、発光パターンを生成させることができる。

図１１は、本発明の第３実施形態に係る半導体光デバイスの概略構成を示す断面図である。
図１１において、半導体基板１１１上には、ブラッグ反射鏡１１２が積層され、ブラッグ反射鏡１１２上には、キャリア閉じ込め層１１３が積層されている。なお、ブラッグ反射鏡１１２は、例えば、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とをペアとした積層構造から構成することができ、各層の厚みは、λ／（４ｎ）（ただし、λは波長、ｎは屈折率）を満たすように設定することができる。

そして、キャリア閉じ込め層１１３上には超音波発生部１１４および導電層１１５が形成されている。なお、超音波発生部１１４は、キャリア閉じ込め層１１３に横方向量子閉じ込めポテンシャルを生成させる表面弾性波を発生させることができる。また、導電層１１５は、高反射金属ミラーを構成することができ、導電層１１５の材料として、例えば、Ａｕを用いることができる。また、導電層１１５は、例えば、直径１μｍの円形状とすることができる。

そして、表面弾性波がキャリア閉じ込め層１１３を進行すると、横方向ピエゾ電界によって生成された電子と正孔とが空間的に分離され、これらの電子と正孔とが表面弾性波の伝播に伴って空間的に掃引される。
すなわち、表面弾性波がキャリア閉じ込め層１１３を進行し、キャリア閉じ込め層１１３を進行している表面弾性波が導電層１１５下に達すると、表面弾性波のピエゾ電界にて変調されたエネルギーバンド構造が平坦化される。そして、導電層１１５下では、横方向ピエゾ電界が消失するため、表面弾性波にて掃引されてきた電子と正孔とが導電層１１５下に蓄積され、電子と正孔との発光再結合が発生する。

ここで、導電層１１５下では、導電層１１５とブラッグ反射鏡１１２との間で垂直光共振器が構成されているため、垂直共振器モードでのみ強い発光を生じさせることができ、微小な面発光光源として機能させることができる。
また、導電層１１５下では、ピエゾ電界の効果は消失しているが、表面弾性波がもたらす格子歪みによるバンドギャップの変調効果は残っているため、発光エネルギーが垂直共振器モードに一致した時だけ発光を生じさせることができる。

図１２は、図１１の半導体光デバイスに１０ＧＨｚの制御信号が入力されている時の発光強度の時間変化を示す図である。
図１２において、実線で示した光パルス１２１ａは、バンドギャップが引っ張り歪みによって最小値をとる時に垂直共振器モードに一致する場合に生成させることができる。また、点線で示した光パルス１２１ｂ、１２１ｃは、歪みがゼロの時にバンドギャップが垂直共振器モードに一致する場合に生成させることができる。なお、光パルス１２１ｂ、１２１ｃは、変調周波数の倍の周波数で発生させることができる。

なお、図１１の実施形態では、垂直光共振器を構成するために、導電層１１５を高反射金属ミラーとして用いる方法について説明したが、薄い導電層上に誘電体多層膜を形成するようにしてもよい。
また、２方向からの表面弾性波による０次元閉じ込めを行い、キャリア閉じ込め層１１３に動的量子ドットを形成すると、共振器部分に搬送されるキャリアが各量子ドットに１つだけしか存在しないようにすることができる。このため、正確な繰り返し周期で光子を１つ１つ発生する単一光子光源を構成することが可能となる。

また、図１１において、例えば、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ量子ドットをキャリア閉じ込め層１１３に埋め込むようにしてもよい。なお、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ量子ドットをキャリア閉じ込め層１１３に埋め込む方法としては、例えば、半導体材料への微細加工技術を基盤としたトップダウン法、または結晶成長中に生じる歪みなどをきっかけとして、自己形成的にナノ構造を自然に生成させることができるボトムアップ法などを用いることができる。
ここで、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ量子ドットをキャリア閉じ込め層１１３に埋め込むことにより、垂直光共振モードと量子ドットの発光準位が一致した時だけ発光を生じさせることが可能となり、規則正しく高効率に単一光子を発生する光源を実現することができる。

また、導電層１１５の存在しない領域でキャリアを光生成させた後に、表面弾性波によるキャリアの輸送効果によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ量子ドットにキャリアを注入することができる。このため、キャリア生成用の光源の波長を、導電層１１５の反射波長特性に制限されることなく自由に選択することが可能となる。
さらに、表面弾性波による歪みに基づいてバンドギャップを変調することにより、量子ドットの発光準位を垂直光共振モードに容易に一致させることが可能となり、単一光子光源の製造歩留りを向上させることができる。

図１３は、本発明の第４実施形態に係る半導体光デバイスの概略構成を示す斜視図である。
図１３において、半導体基板１３１の表面または内部にはキャリア閉じ込め層が形成されている。なお、半導体基板１３１は、結晶面方位（１１１）Ａ面または（１１１）Ｂ面を主面とすることができる。また、半導体基板１３１として、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いることができ、キャリア閉じ込め層として、ＧａＡｓ量子井戸構造を用いることができる。

そして、キャリア閉じ込め層が形成された半導体基板１３１上には、６個のトランスデューサー１３３ａ〜１３３ｆが放射状に配置され、トランスデューサー１３３ａ、１３３ｄは、［−１１０］方向に沿って配置され、トランスデューサー１３３ｂ、１３３ｅは、［−１０１］方向に沿って配置され、トランスデューサー１３３ｃ、１３３ｆは、［０−１１］方向に沿って配置されている。

また、トランスデューサー１３３ａ、１３３ｄの前段には、トランスデューサー１３３ｃ、１３３ｆに入力される制御信号に対して６０度の位相差を与えることが可能な位相シフタ１３５ａ、１３５ｄが配置され、トランスデューサー１３３ｂ、１３３ｅの前段には、トランスデューサー１３３ｃ、１３３ｆに入力される制御信号に対して１２０度の位相差を与えることが可能な位相シフタ１３５ｂ、１３５ｅが配置されている。

そして、少なくともいずれか１個のトランスデューサー１３３ａ〜１３３ｆに制御信号を入力することにより、半導体基板１３１に形成されたキャリア閉じ込め層に表面弾性波を伝播させることが可能となり、閉じ込めポテンシャルの空間分布を制御することを可能となる。このため、横方向量子閉じ込め構造をキャリア閉じ込め層に発現させることが可能となり、発光および吸収の生じる位置、発光および吸収の波長、発光および吸収の強度および発光および吸収の偏光特性などを電気的に制御することができる。

図１４は、図１３のトランスデューサー１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅに同一周波数の正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。なお、図１４（ａ）は時刻ｔ＝ｎＴ、図１４（ｂ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／４）Ｔ、図１４（ｃ）は時刻ｔ＝（ｎ＋１／２）Ｔ、図１４（ｄ）は時刻ｔ＝（ｎ＋３／４）Ｔにおける閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す。

図１４において、３個のトランスデューサー１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅにて表面弾性波をキャリア閉じ込め層に発生させると、３方向に進行する表面弾性波を互いに干渉させることが可能となり、３角格子状に０次元閉じ込め構造を実現させることが可能となるとともに、キャリアの閉じ込め位置を振動させることができる。この場合、閉じ込めポテンシャルの空間分布は、図１４（ａ）→図１４（ｂ）→図１４（ｃ）→図１４（ｄ）→図１４（ａ）の順に変化させることができる。

また、３個のトランスデューサー１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅに入力される制御信号の強度比を変えることにより、キャリア閉じ込めの位置をｘｙ面内の任意の方向に連続的に移動させることができる。
なお、６個のトランスデューサー１３３ａ〜１３３ｆに同一周波数の正弦波信号を入力した場合においても、０次元閉じ込め構造を実現させることができる。この場合、閉じ込めポテンシャルは、０次元状態と２次元状態との間で振動させることが可能となる。

図１５は、図１３のトランスデューサー１３３ａ〜１３３ｆに同一周波数の正弦波信号が入力されている時のフォトルミネッセンス強度の空間分布を示す平面図である。なお、図１５の例では、フォトルミネッセンス強度の空間分布は、ＳＮＯＭ（走査型近接場光学顕微鏡）を用いて観測した。また、励起光は、波長が７００ｎｍのＴｉサファイアレーザを用いた。また、スポット径は３０μｍである。
図１５において、トランスデューサー１３３ａ〜１３３ｆに同一周波数の正弦波信号を入力することにより、３角格子状に配置されたドットアレーが形成されている。そして、電子と正孔とが主に定在波の節で発光再結合するため、時間積分すると、白い部分で発光領域を観測することができる。

また、図１３において、トランスデューサー１３３ｃ、１３３ｆに正弦波信号を入力し、位相シフタ１３５ａ、１３５ｄをそれぞれ介してトランスデューサー１３３ａ、１３３ｄに正弦波信号を入力し、位相シフタ１３５ｂ、１３５ｅをそれぞれ介してトランスデューサー１３３ｂ、１３３ｅに正弦波信号を入力することにより、入力信号と同じ周波数で閉じ込めポテンシャルの位置および電界を回転させることができる。なお、この場合の偏光方向は、［−１１０］方向、［１０−１］方向および［０−１１］方向、または［１−１０］方向、［−１０１］方向および［０１−１］方向とすることができる。

このように、上述した実施形態によれば、電気信号により波動関数の制御を行うことが可能となり、微細加工技術の精度を緩和することを可能としつつ、量子閉じ込め構造のサイズの制御を行うことができる。
また、従来の静的量子閉じ込めを基本とした低次元ナノ構造では実現不可能な閉じ込め領域の移動、位置制御または閉じ込め次元のスイッチングなどの新しい機能を提供することができる。
この新しい機能では、閉じ込められたキャリアを空間的に移動させることができるため、キャリアが生成または注入された位置と異なる位置で発光させることが可能となる。また、発光強度や偏光方向をスイッチングさせることができるため、新しい光機能や単一光子光源などに応用することができる。

なお、上述した実施形態では、ＧａＡｓ量子井戸構造を例にとって説明したが、ＩｎＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＮ系などのすべてのIII−Ｖ族半導体またはその混晶系を用いるようにしてもよい。また、ＺｎＯ系、ＣｄＳなどのすべてのII−IV族半導体またはその混晶系を用いるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、超音波発生部としてトランスデューサー対を用いる方法を例にとって説明したが、トランスデューサー対以外にも、表面弾性波共振構造を用いるようにしてもよい。

本発明の半導体光デバイスは、キャリア閉じ込め層に表面弾性波を発生させることにより、波動関数の横方向量子閉じ込めを実現することが可能となり、新しい電子機能および光機能を有する半導体デバイスや単一光子光源などの発光デバイスを実現することが可能となる。

本発明に関連する半導体光デバイスの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体光デバイスの概略構成を示す斜視図である。 図２のトランスデューサー２３ｂに連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 図２のトランスデューサー２３ｂ、２３ｄに同一周波数の連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 図２のトランスデューサー２３ａ、２３ｂに同一周波数の連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 図２のトランスデューサー２３ａ〜２３ｄに同一周波数で位相差のない正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 図２のトランスデューサー２３ａ、２３ｂ、２３ｄに同一周波数の正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 図２のトランスデューサー２３ａ、２３ｃとトランスデューサー２３ｂ、２３ｄとの間で９０度の位相差のある正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体光デバイスのバンド構造を示す図である。 図２の半導体基板２１上に導電層１０１ａ、１０１ｂが形成され、トランスデューサー２３ａ、２３ｂに同一周波数の連続的な正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体光デバイスの概略構成を示す断面図である。 図１１の半導体光デバイスに１０ＧＨｚの制御信号が入力されている時の発光強度の時間変化を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体光デバイスの概略構成を示す斜視図である。 図１３のトランスデューサー１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅに同一周波数の正弦波信号が入力されている時の電子に対する閉じ込めポテンシャルの空間分布を示す平面図である。 図１３のトランスデューサー１３３ａ〜１３３ｆに同一周波数の正弦波信号が入力されている時のフォトルミネッセンス強度の空間分布を示す平面図である。 従来の量子細線の構成を示す断面図である。 従来の量子ドットのＳＥＭ像を示す図である。 従来のゲート電極による量子ドットの構成を示す平面図である。

符号の説明

１１、２１、１１１、１３１ 半導体基板
１２、１１３ キャリア閉じ込め層
１３、１１４ 超音波発生部
１４、２４ａ〜２４ｄ 制御信号発生部
２３ａ〜２３ｄ、１３３ａ〜１３３ｆ トランスデューサー
２５ｂ、２５ｄ、１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｄ、１３５ｅ 位相シフタ
９１、１０１ａ、１０１ｂ、１１５ 導電層
１１２ ブラッグ反射鏡
１２１ａ〜１２１ｃ 光パルス

Claims (11)

1. キャリア閉じ込め層が表面に形成された半導体層と、
   前記キャリア閉じ込め層上に形成され、前記キャリア閉じ込め層に横方向量子閉じ込めポテンシャルを生成させる表面弾性波を発生させる超音波発生部とを備え、
   前記超音波発生部は、
   前記キャリア閉じ込め層上に形成された櫛形電極からなるトランスデューサー対を少なくとも１組備え、
   前記トランスデューサー対は、表面弾性波が互いに重なり合うように、１直線上で対向する位置、又は対をなすトランスデューサーそれぞれの伝搬方向が互いに直交する位置に配置され、
   前記櫛形電極の周期Ｌと前記表面弾性波の伝搬速度Ｖ _ＳＡＷ とが、
   Ｌ＜５×１０ ^−１０ ×Ｖ _ＳＡＷ
   の関係を満たすことを特徴とする半導体光デバイス。
2. キャリア閉じ込め層が表層に埋め込まれた半導体層と、
   前記半導体層上に形成され、前記キャリア閉じ込め層および前記半導体層に横方向量子閉じ込めポテンシャルを生成させる表面弾性波を発生させる超音波発生部とを備え、
   前記超音波発生部は、
   前記半導体層上に形成された櫛形電極からなるトランスデューサー対を少なくとも１組備え、
   前記トランスデューサー対は、表面弾性波が互いに重なり合うように、１直線上で対向する位置、又は対をなすトランスデューサーそれぞれの伝播方向が互いに直交する位置に配置され、
   前記櫛形電極の周期Ｌと前記表面弾性波の伝播速度Ｖ _ＳＡＷ とが、
   Ｌ＜５×１０ ^−１０ ×Ｖ _ＳＡＷ
   の関係を満たすことを特徴とする半導体光デバイス。
3. 前記半導体層がIII−Ｖ族またはII−IV族化合物半導体から構成され、前記キャリア閉じ込め層が量子井戸構造、ダブルヘテロ構造、シングルヘテロ構造またはバルクであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体光デバイス。
4. 前記表面弾性波が伝播する前記キャリア閉じ込め層または前記半導体層上の少なくとも一部の領域に導電層が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体光デバイス。
5. 前記表面弾性波が伝播する前記キャリア閉じ込め層または前記半導体層上の少なくとも一部の領域がｎ形またはｐ形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体光デバイス。
6. 前記半導体層は結晶面方位（００１）面を主面とし、［１１０］方向または［−１１０］方向の少なくとも一方向に前記表面弾性波が伝播するように、前記超音波発生部が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の半導体光デバイス。
7. 前記超音波発生部は、
   表面弾性波が互いに重なり合うように［１１０］方向および［−１１０］方向にそれぞれ配置された２組のトランスデューサー対と、
   前記トランスデューサー対を駆動する制御信号を発生させる制御信号発生部と、
   前記２組のトランスデューサー対から選択されたいずれか一方のトランスデューサー対と前記制御信号発生部との間に接続され、前記選択されたトランスデューサー対にて発生された表面弾性波に９０度の位相差を与える位相シフタとを備えることを特徴とする請求項６記載の半導体光デバイス。
8. 前記半導体層は結晶面方位（１１１）Ａ面または（１１１）Ｂ面を主面とし、［−１１０］方向、［１０−１］方向または［０−１１］方向の少なくとも一方向に前記表面弾性波が伝播するように、前記超音波発生部が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の半導体光デバイス。
9. 前記超音波発生部は、
   表面弾性波が互いに重なり合うように［−１１０］方向、［１０−１］方向および［０−１１］にそれぞれ配置された３組のトランスデューサー対と、
   前記トランスデューサー対を駆動する制御信号を発生させる制御信号発生部と、
   前記３組のトランスデューサー対から選択されたいずれか一対のトランスデューサー対と前記制御信号発生部との間に接続され、前記選択されたトランスデューサー対にて発生された表面弾性波に６０度の位相差を与える第１位相シフタと、
   前記３組のトランスデューサー対のうちの残りから選択されたいずれか一対のトランスデューサー対と前記制御信号発生部との間に接続され、前記選択されたトランスデューサー対にて発生された表面弾性波に１２０度の位相差を与える第２位相シフタとを備えることを特徴とする請求項８記載の半導体光デバイス。
10. 前記キャリア閉じ込め層の下層に形成されたブラッグ反射鏡と、
    前記キャリア閉じ込め層の上層に形成され、前記ブラッグ反射鏡と対向配置された導電膜とを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の半導体光デバイス。
11. 前記キャリア閉じ込め層の内部に量子ドットが形成されていることを特徴とする請求項１０記載の半導体光デバイス。