JPH06216370A - Quantum device - Google Patents

Quantum device

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JPH06216370A
JPH06216370A JP2198293A JP2198293A JPH06216370A JP H06216370 A JPH06216370 A JP H06216370A JP 2198293 A JP2198293 A JP 2198293A JP 2198293 A JP2198293 A JP 2198293A JP H06216370 A JPH06216370 A JP H06216370A
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JP
Japan
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quantum
layer
type
type gaas
electrons
Prior art date
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Application number
JP2198293A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Ugajin
隆一 宇賀神
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH06216370A publication Critical patent/JPH06216370A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable modulating intensity of tunnel coupling between quantum structures. CONSTITUTION:Quantum fine lines QW are formed in an array type, in which fine-line-shaped I-type GaAs layers 1 serve as quantum well layers, and I-type AlGaAs layers 2 serve as barrier layers. An N-type AlGaAs layer 3 is formed on one end surface of the quantum fine lines QW, and a gate electrode G is formed on the layer 3. Electrons supplied from the N-type AlGaAs to the I-type GaAs layer 1 are 3-dimensionally confined in the I-type GaAs layer 1 in the vicinity of a hetero interface of the N-type AlGaAs layer 3 and the I-type GaAs layer 1. The intensity of electron cofinement in the axial direction of the I-type GaAs layer 1 is modulated by a voltage applied to a gate electrode G.

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、量子素子に関し、特
に、量子構造間での電子の量子力学的トンネリングを利
用する量子素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum device, and more particularly to a quantum device utilizing quantum mechanical tunneling of electrons between quantum structures.

【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
極微細線や極微箱構造のような量子構造が注目されてい
る。これらの極微細線および極微箱構造はそれぞれ量子
細線および量子箱と呼ばれ、その構造内に閉じ込められ
た1次元または0次元の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 quantum structure such as an ultrafine wire or an ultrafine box structure having a cross-sectional dimension about the same as the de Broglie wavelength of electrons has attracted attention. These ultrafine wire and ultrafine box structures are called quantum wires and quantum boxes, respectively, and there is great interest in the quantum effect exhibited by one-dimensional or zero-dimensional electrons confined in the structure.

【0003】上述のような量子構造を複数近接させて配
列すると、これらの量子構造は、それらの間で電子の量
子力学的トンネリングが起きることにより相互に結合す
ることが可能である。そこで、これらの量子構造間で電
子を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考えら
れる。
When a plurality of quantum structures as described above are arranged in close proximity to each other, these quantum structures can be coupled to each other by causing quantum mechanical tunneling of electrons between them. Therefore, it is possible to conduct information processing by conducting electrons by quantum mechanical tunneling between these quantum structures to change the electron distribution.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のように複数の量
子構造間で電子を量子力学的トンネリングにより伝導さ
せることにより情報処理を行う場合、これらの量子構造
間のトンネル結合の強度を変調することができれば、多
様な情報処理を行うことが可能である。
When information processing is performed by conducting electrons by quantum mechanical tunneling among a plurality of quantum structures as described above, it is necessary to modulate the strength of tunnel coupling between these quantum structures. If it is possible, various information processing can be performed.

【0005】このトンネル結合の強度は量子構造間での
電子のトンネル透過率(またはトンネル確率)によって
決まるが、このトンネル透過率を決める要素としては、
量子構造間の相対距離、量子構造間の障壁高さ、量子構
造内の電子の有効質量などがある。しかしながら、量子
構造を形成する材料を決めれば有効質量を変えることは
不可能であり、量子構造をヘテロ接合で形成すれば相対
距離を変えることも難しい。残る方法は量子構造間の障
壁高さを変えることであるが、これを実際に行うことは
従来は困難であった。
The strength of this tunnel coupling is determined by the tunnel transmittance (or tunnel probability) of electrons between quantum structures. The factors that determine this tunnel transmittance are:
These include the relative distance between quantum structures, the barrier height between quantum structures, and the effective mass of electrons in quantum structures. However, it is impossible to change the effective mass if the material forming the quantum structure is determined, and it is difficult to change the relative distance if the quantum structure is formed of a heterojunction. The remaining method is to change the barrier height between the quantum structures, but it has been difficult to do this actually.

【0006】従って、この発明の目的は、制御電極に電
圧を印加して量子構造間の障壁高さを実効的に変えるこ
とにより量子構造間のトンネル結合の強度を変調するこ
とができる量子素子を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a quantum device capable of modulating the strength of tunnel coupling between quantum structures by effectively changing the barrier height between quantum structures by applying a voltage to a control electrode. To provide.

【0007】[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、複数の柱状の量子井戸部
(1)と、量子井戸部(1)の一端に間隔をおいて設け
られた制御電極(G)とを有する量子素子である。
In order to achieve the above-mentioned object, the first invention of the present invention provides a plurality of columnar quantum well portions (1) and one end of each quantum well portion (1) with a space. And a control electrode (G) provided therein.

【0008】この発明の第2の発明は、この発明の第1
の発明による量子素子において、量子井戸部(1)の一
端に電子供給層(3)または絶縁層を介して制御電極
(G)が設けられている量子素子である。
The second invention of the present invention is the first invention of the present invention.
In the quantum device according to the invention, a control electrode (G) is provided at one end of a quantum well portion (1) via an electron supply layer (3) or an insulating layer.

【0009】[0009]

【作用】第1の発明による量子素子によれば、量子井戸
部(1)の一端に間隔をおいて設けられた制御電極
(G)に電圧を印加することにより、この制御電極
(G)側の部分の量子井戸部(1)におけるこの量子井
戸部(1)の軸方向の電子の閉じ込めの強さを変調し、
それによって量子井戸部(1)の配列面内における量子
井戸部(1)間、すなわち量子構造間の障壁高さを実効
的に変えることにより、量子構造間のトンネル結合の強
度を変調することができる。
According to the quantum element of the first aspect of the invention, by applying a voltage to the control electrode (G) provided at one end of the quantum well portion (1) with a space, the control electrode (G) side Modulates the strength of the axial electron confinement in the quantum well portion (1) of the portion of
Thereby, the strength of the tunnel coupling between the quantum structures can be modulated by effectively changing the barrier height between the quantum wells (1) in the array plane of the quantum wells (1), that is, between the quantum structures. it can.

【0010】第2の発明による量子素子によれば、第1
の発明による量子素子と同様に、量子井戸部(1)の一
端に電子供給層(3)または絶縁層を介して設けられた
制御電極(G)に電圧を印加することにより、量子構造
間のトンネル結合の強度を変調することができる。ここ
で、電子供給層(3)を介して制御電極(G)が設けら
れている場合には、この電子供給層(3)から量子井戸
部(1)に電子が供給され、この電子が制御電極(G)
側の部分の量子井戸部(1)内に3次元的に閉じ込めら
れる。
According to the quantum element of the second invention, the first
Similarly to the quantum device according to the invention of claim 1, by applying a voltage to the control electrode (G) provided at one end of the quantum well portion (1) through the electron supply layer (3) or the insulating layer, a quantum electrode The strength of the tunnel coupling can be modulated. Here, when the control electrode (G) is provided via the electron supply layer (3), electrons are supplied from the electron supply layer (3) to the quantum well portion (1), and the electrons are controlled. Electrode (G)
It is three-dimensionally confined in the quantum well portion (1) of the side portion.

【0011】[0011]

【実施例】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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1はこの発明の第1実施例による量子素
子を示す。
FIG. 1 shows a quantum device according to the first embodiment of the present invention.

【0013】図1に示すように、この第1実施例による
量子素子においては、z軸方向に延びる複数の細線状の
i型(真性)GaAs層1がx−y平面内に互いに近接
してかつ互いに平行に配列され、これらのi型GaAs
層1の間の部分がi型AlGaAs層2により埋められ
ている。そして、これによって、これらのi型AlGa
As層2およびi型GaAs層1をそれぞれ障壁層およ
び量子井戸層とする量子細線QWのアレイが形成されて
いる。
As shown in FIG. 1, in the quantum device according to the first embodiment, a plurality of thin linear i-type (intrinsic) GaAs layers 1 extending in the z-axis direction are close to each other in the xy plane. And these i-type GaAs are arranged in parallel with each other.
The portion between the layers 1 is filled with the i-type AlGaAs layer 2. And, by this, these i-type AlGa
An array of quantum wires QW having the As layer 2 and the i-type GaAs layer 1 as a barrier layer and a quantum well layer, respectively, is formed.

【0014】これらの量子細線QWのそれぞれの一端面
上には電子供給層としてのn型AlGaAs層3が形成
され、このn型AlGaAs層3上に例えばこのn型A
lGaAs層3とショットキー接合を形成する金属から
成るゲート電極Gが形成されている。
An n-type AlGaAs layer 3 as an electron supply layer is formed on one end face of each of the quantum wires QW, and the n-type AlGaAs layer 3 is provided on the n-type AlGaAs layer 3, for example.
A gate electrode G made of a metal forming a Schottky junction with the 1GaAs layer 3 is formed.

【0015】次に、上述のように構成されたこの第1実
施例による量子素子の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the quantum device according to the first embodiment constructed as described above will be described.

【0016】まず、図2に示すように、図示省略した例
えば半絶縁性GaAs基板のような基板上に、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i型GaAs層1をエピタキシャル
成長させた後、このi型GaAs層1のうちの量子井戸
部となる部分の上にこの量子井戸部の断面形状と同一の
形状のマスク4を形成する。このマスク4は、例えば、
図示省略した電子ビーム照射装置の真空室内に所定の原
料ガスを導入し、この原料ガス雰囲気中でi型GaAs
層1の表面に十分に細く絞った電子ビームを選択的に照
射し、この照射部に原料ガスの分解生成物を堆積させる
ことにより形成することができる。
First, as shown in FIG. 2, i-type GaAs is formed on a substrate (not shown) such as a semi-insulating GaAs substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). After the layer 1 is epitaxially grown, a mask 4 having the same shape as the cross-sectional shape of the quantum well portion is formed on the portion of the i-type GaAs layer 1 that will be the quantum well portion. This mask 4 is, for example,
A predetermined source gas is introduced into a vacuum chamber of an electron beam irradiation apparatus (not shown), and i-type GaAs is introduced in the source gas atmosphere.
The layer 1 can be formed by selectively irradiating the surface of the layer 1 with a sufficiently narrowed electron beam and depositing a decomposition product of the source gas on the irradiated portion.

【0017】次に、上述のようにして形成されたマスク
4を用いてi型GaAs層1を例えばCl系のエッチン
グガスを用いた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と垂直方向に
異方性エッチングし、図3に示すように、i型GaAs
層1を細線状にパターニングする。
Next, the i-type GaAs layer 1 is formed on the substrate by a dry etching method such as a reactive ion etching (RIE) method using a Cl-based etching gas using the mask 4 formed as described above. Anisotropically etched in the direction perpendicular to the surface, and as shown in FIG.
Layer 1 is patterned into a fine line.

【0018】次に、マスク4をエッチング除去した後、
図4に示すように、上述と同様な方法によりi型AlG
aAs層2をエピタキシャル成長させて細線状のi型G
aAs層1の間を埋める。このi型AlGaAs層2の
表面は、細線状のi型GaAs層1の上端面とほぼ同一
の高さになるようにする。
Next, after removing the mask 4 by etching,
As shown in FIG. 4, i-type AlG is formed by the same method as described above.
A thin line-shaped i-type G is formed by epitaxially growing the aAs layer 2.
The space between the aAs layers 1 is filled. The surface of the i-type AlGaAs layer 2 is set to have substantially the same height as the upper end surface of the thin-line i-type GaAs layer 1.

【0019】次に、図1に示すように、上述と同様な方
法により全面にn型AlGaAs層3をエピタキシャル
成長させた後、このn型AlGaAs層3上にこのn型
AlGaAs層3とショットキー接合を形成する金属膜
を例えば真空蒸着法により形成し、この金属膜を必要に
応じてパターニングしてゲート電極Gを形成し、目的と
する量子素子を完成させる。
Next, as shown in FIG. 1, after the n-type AlGaAs layer 3 is epitaxially grown on the entire surface by the same method as described above, the n-type AlGaAs layer 3 and the Schottky junction are formed on the n-type AlGaAs layer 3. A metal film for forming is formed by, for example, a vacuum vapor deposition method, and the metal film is patterned as needed to form a gate electrode G, thereby completing a target quantum device.

【0020】図5はz軸方向におけるi型GaAs層
1、n型AlGaAs層3およびゲート電極Gのエネル
ギーバンド図を示し、図6はx−y平面内におけるi型
GaAs層1およびi型AlGaAs層2のエネルギー
バンド図を示す。この第1実施例による量子素子におい
ては、n型AlGaAs層3と量子井戸層としてのi型
GaAs層1とによる変調ドープ構造により、n型Al
GaAs層3中の電子がi型GaAs層1に供給され
る。この場合、このn型AlGaAs層3からi型Ga
As層1に供給された電子は、i型AlGaAs層2と
i型GaAs層1とから成るヘテロ接合によりx軸方向
およびy軸方向に閉じ込められるほか、n型AlGaA
s層3とi型GaAs層1とから成るヘテロ接合により
z軸方向にも閉じ込められる。すなわち、n型AlGa
As層3からi型GaAs層1に供給された電子は、n
型AlGaAs層3とi型GaAs層1とのヘテロ界面
の近傍の部分のi型GaAs層1中に3次元的に閉じ込
められる。従って、この場合、各量子細線QW内に閉じ
込められた電子は、量子箱内に閉じ込められた電子と同
等である。
FIG. 5 shows an energy band diagram of the i-type GaAs layer 1, the n-type AlGaAs layer 3 and the gate electrode G in the z-axis direction, and FIG. 6 shows the i-type GaAs layer 1 and the i-type AlGaAs in the xy plane. 3 shows an energy band diagram of Layer 2. FIG. In the quantum device according to the first embodiment, the n-type AlGaAs layer 3 and the i-type GaAs layer 1 serving as the quantum well layer provide a modulation-doping structure.
The electrons in the GaAs layer 3 are supplied to the i-type GaAs layer 1. In this case, from the n-type AlGaAs layer 3 to the i-type Ga
The electrons supplied to the As layer 1 are confined in the x-axis direction and the y-axis direction by the heterojunction composed of the i-type AlGaAs layer 2 and the i-type GaAs layer 1, and the n-type AlGaA
It is also confined in the z-axis direction by the heterojunction composed of the s layer 3 and the i-type GaAs layer 1. That is, n-type AlGa
The electrons supplied from the As layer 3 to the i-type GaAs layer 1 are n
It is three-dimensionally confined in the i-type GaAs layer 1 in the vicinity of the hetero interface between the i-type GaAs layer 3 and the i-type GaAs layer 1. Therefore, in this case, the electrons confined in each quantum wire QW are equivalent to the electrons confined in the quantum box.

【0021】図5および図6に示すように、量子細線Q
W内での電子の3次元的な閉じ込めにより上昇する基底
エネルギー準位のシフト幅ΔEは、i型AlGaAs層
2とi型GaAs層1とから成るヘテロ接合によるx軸
方向およびy軸方向の閉じ込めによるエネルギー上昇分
ΔEx-y と、ゲート電極Gに印加するバイアス電圧、す
なわちゲート電圧Vg の関数であるz軸方向の閉じ込め
によるエネルギー上昇分ΔEz (Vg )との和である。
すなわち、 ΔE(Vg )=ΔEx-y +ΔEz (Vg ) (1) となる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the quantum wire Q
The shift width ΔE of the ground energy level that rises due to the three-dimensional confinement of electrons in W is the confinement in the x-axis direction and the y-axis direction due to the heterojunction composed of the i-type AlGaAs layer 2 and the i-type GaAs layer 1. Is the sum of the energy increase ΔE xy due to the bias voltage applied to the gate electrode G, that is, the energy increase ΔE z (V g ) due to the confinement in the z-axis direction that is a function of the gate voltage V g .
That is, ΔE (V g ) = ΔE xy + ΔE z (V g ) (1).

【0022】このときの量子細線QW間での電子のトン
ネル透過率をPとすると、これはWKB(Wentzel-Kram
ers-Brillouin)近似の範囲で次式のように表される。 P〜exp[−2L{2me (V0 −ΔE(Vg ))}1/2 /(h/2π)] (2) ただし、me は電子の有効質量、V0 はAlGaAs/
GaAsヘテロ界面における伝導帯のバンド不連続の大
きさ、Lは量子細線QW間の距離である。(2)式か
ら、ゲート電圧Vg によりトンネル透過率Pを制御する
ことができることがわかる。
Letting P be the tunnel transmittance of electrons between the quantum wires QW at this time, this is WKB (Wentzel-Kram).
ers-Brillouin) It is expressed as the following equation in the range of approximation. P~exp [-2L {2m e (V 0 -ΔE (V g))} 1/2 / (h / 2π)] (2) However, m e is the electron effective mass, V 0 is AlGaAs /
The band discontinuity of the conduction band at the GaAs hetero interface, L is the distance between the quantum wires QW. From the equation (2), it is understood that the tunnel transmittance P can be controlled by the gate voltage V g .

【0023】いま、ゲート電圧がVg1であるときとVg2
であるときとのトンネル透過率の比をRとすると、これ
は R〜exp[2L(2me 1/2 {(V0 −ΔE(Vg1))1/2 −(V0 −ΔE(Vg2))1/2 }/(h/2π)] (3) のように表される。ここで、典型的な例として、i型A
lGaAs層2およびn型AlGaAs層3がそれぞれ
i型Al0.4 Ga0.6 As層およびn型Al0.4Ga
0.6 As層である場合を考えると、L〜10nm、me
〜0.10m0 (ただし、m0 は電子の静止質量)、V
0 〜0.3eV、ΔE(Vg1)〜0.1eVとして、Δ
E(Vg2)を変調したときには、 ΔE(Vg2) R 0.15eV 7.1 0.20eV 71.7 0.25eV 1482.9 のようにトンネル透過率の比Rを変調することができ
る。すなわち、ゲート電圧Vg により、量子細線QW間
のトンネル透過率の比Rを3桁もの範囲で変調すること
ができることがわかる。
Now, when the gate voltage is V g1 and V g2
Let R be the ratio of the tunnel transmissivity to that when R = exp [2L (2m e ) 1/2 {(V 0 −ΔE (V g1 )) 1/2 − (V 0 −ΔE ( V g2 )) 1/2 } / (h / 2π)] (3). Here, as a typical example, i-type A
The 1 GaAs layer 2 and the n-type AlGaAs layer 3 are an i-type Al 0.4 Ga 0.6 As layer and an n-type Al 0.4 Ga layer, respectively.
Considering the case where 0.6 As layer, L~10nm, m e
~ 0.10 m 0 (where m 0 is the rest mass of the electron), V
When 0 to 0.3 eV and ΔE (V g1 ) to 0.1 eV, Δ
When E (V g2 ) is modulated, the tunnel transmittance ratio R can be modulated as ΔE (V g2 ) R 0.15 eV 7.1 0.20 eV 71.7 0.25 eV 1482.9. That is, it is understood that the gate voltage V g can modulate the tunnel transmittance ratio R between the quantum wires QW within a range of three digits.

【0024】以上のように、この第1実施例によれば、
複数の量子細線QWのそれぞれの一端面に電子供給層と
してのn型AlGaAs層3を介して設けられたゲート
電極Gにゲート電圧Vg を印加することにより量子細線
QW中の電子のz軸方向の閉じ込めによるエネルギー上
昇分ΔEz (Vg )を変調して量子細線QW間のトンネ
ル透過率Pを変調することにより、量子細線QW間のト
ンネル結合の強度を変調することができる。そして、こ
のように量子細線QW間のトンネル結合の強度を変調す
ることができることから、例えば、量子細線QW間で電
子を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場合、多様な情
報処理を行うことができる。
As described above, according to this first embodiment,
By applying a gate voltage V g to a gate electrode G provided on one end surface of each of the plurality of quantum wires QW via an n-type AlGaAs layer 3 as an electron supply layer, the electrons in the quantum wires QW are directed in the z-axis direction. The intensity of the tunnel coupling between the quantum wires QW can be modulated by modulating the energy increase ΔE z (V g ) due to the confinement of the quantum wires to modulate the tunnel transmittance P between the quantum wires QW. Since the strength of the tunnel coupling between the quantum wires QW can be modulated in this way, for example, information processing is performed by changing the electron distribution by conducting electrons by quantum mechanical tunneling between the quantum wires QW. In this case, various information processing can be performed.

【0025】なお、量子細線QWが周期的に配列されて
いるとすると、この人工的な周期構造によりサブバンド
が形成されるが、このサブバンドの幅は量子細線QW間
のトンネル結合の強度に比例する。従って、ゲート電圧
g でこのトンネル結合の強度を変調することにより、
図7に示すように、サブバンドの変調が可能となる。こ
のサブバンド変調により電子や正孔の有効質量も変わる
ため、このサブバンド変調技術は、例えば速度変調型ト
ランジスタへの応用が可能である。
If the quantum wires QW are arrayed periodically, a subband is formed by this artificial periodic structure. The width of this subband depends on the strength of the tunnel coupling between the quantum wires QW. Proportional. Therefore, by modulating the strength of this tunnel coupling with the gate voltage V g ,
As shown in FIG. 7, subband modulation is possible. Since the effective mass of electrons and holes also changes due to this sub-band modulation, this sub-band modulation technique can be applied to, for example, a velocity modulation type transistor.

【0026】次に、この発明の第2実施例について説明
する。この第2実施例においては、ペトロフ(Petroff)
らにより提案され、実験的にも確認されている縦型超格
子の形成方法(Appl. Phys. Lett. 45(1984)620)を利用
して第1実施例による量子素子と同等な構造の量子素子
を製造する場合について説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this second embodiment, Petroff
Quantum having a structure equivalent to that of the quantum device according to the first embodiment using the method for forming a vertical superlattice (Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 620) proposed by et al. And confirmed experimentally. The case of manufacturing an element will be described.

【0027】すなわち、この第2実施例においては、図
8に示すように、低指数面から微小角度オフした、原子
ステップが互いに平行に存在する主面を有する半絶縁性
GaAs基板11上に、例えばMOCVD法により、供
給する原料ガスの成分を調節しながら、i型AlGaA
s層12、i型GaAs層13およびi型AlGaAs
層14を必要な層数だけ繰り返しエピタキシャル成長さ
せ、z軸方向に延びるAlGaAs/GaAsヘテロ接
合による量子細線QWを形成する。
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 8, on a semi-insulating GaAs substrate 11 having a main surface in which atomic steps are parallel to each other, which is off by a small angle from a low index surface, For example, the i-type AlGaA is adjusted by adjusting the composition of the source gas to be supplied by MOCVD
s layer 12, i-type GaAs layer 13 and i-type AlGaAs
The layer 14 is repeatedly epitaxially grown by the required number of layers to form a quantum wire QW formed by an AlGaAs / GaAs heterojunction extending in the z-axis direction.

【0028】次に、このようにして形成された量子細線
QWを例えばRIE法により、図9に示すように、z軸
方向に対して斜めにエッチングする。
Next, the quantum wires QW thus formed are etched by the RIE method, for example, obliquely with respect to the z-axis direction, as shown in FIG.

【0029】次に、図10に示すように、少なくともこ
の斜めにエッチングされた面上にn型AlGaAs層1
5をエピタキシャル成長させた後、この斜めの部分のn
型AlGaAs層15上にゲート電極Gを形成する。こ
れによって、第1実施例による量子素子と実質的に同等
な構造を有する量子素子が完成される。
Next, as shown in FIG. 10, the n-type AlGaAs layer 1 is formed on at least this obliquely etched surface.
5 is epitaxially grown, then n
A gate electrode G is formed on the AlGaAs layer 15. As a result, a quantum device having a structure substantially equivalent to that of the quantum device according to the first embodiment is completed.

【0030】次に、この発明の第3実施例による量子素
子について説明する。
Next explained is a quantum device according to the third embodiment of the invention.

【0031】図11に示すように、この第3実施例によ
る量子素子においては、例えば半絶縁性のGaSb基板
21上に、ゲート電極として用いられるn型InAs層
22が形成され、このn型InAs層22上に実質的に
絶縁層であるp- 型AlSb層23が形成されている。
そして、このp- 型AlSb層23上に、量子井戸部を
構成する細線状のi型InAs層24が複数配列されて
いる。図示は省略するが、これらのi型InAs層24
の間の部分は例えばi型AlGaAs層により埋められ
る。
As shown in FIG. 11, in the quantum device according to the third embodiment, for example, an n-type InAs layer 22 used as a gate electrode is formed on a semi-insulating GaSb substrate 21, and this n-type InAs is formed. A p -type AlSb layer 23, which is a substantially insulating layer, is formed on the layer 22.
On the p -type AlSb layer 23, a plurality of thin-line i-type InAs layers 24 that form the quantum well portion are arranged. Although not shown, these i-type InAs layers 24 are formed.
The portion between the two is filled with, for example, an i-type AlGaAs layer.

【0032】この第3実施例による量子素子において
は、例えば、図11中上側から、選択されたi型InA
s層24に光を入射させて電子−正孔対を生成すること
により入力を行うことができる。この場合、この電子−
正孔対のうちの電子を量子細線QW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。
In the quantum device according to the third embodiment, for example, the i-type InA selected from the upper side in FIG. 11 is selected.
Input can be performed by making light incident on the s layer 24 to generate electron-hole pairs. In this case, this electron-
Information processing can be performed by causing electrons in the hole pairs to be conducted between the quantum wires QW by quantum mechanical tunneling to change the electron distribution.

【0033】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。
The embodiments of the present invention have been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

【0034】例えば、上述の第1実施例および第2実施
例におけるn型AlGaAs層3の代わりに絶縁層であ
るi型AlGaAs層を用いてもよく、さらにはこのn
型AlGaAs層3やi型AlGaAs層を設けず、量
子細線QWの一端に間隔をおいてゲート電極Gを設ける
ようにしてもよい。
For example, an i-type AlGaAs layer which is an insulating layer may be used instead of the n-type AlGaAs layer 3 in the above-mentioned first and second embodiments.
Alternatively, the gate electrode G may be provided at one end of the quantum wire QW at a distance without providing the type AlGaAs layer 3 and the i-type AlGaAs layer.

【0035】さらに、上述の第1実施例および第2実施
例においては、AlGaAs(障壁層)/GaAs(井
戸層)ヘテロ接合により量子細線QWを形成している
が、このAlGaAs/GaAsヘテロ接合の代わりに
例えばGaSb(障壁層)/InAs(井戸層)ヘテロ
接合により量子細線QWを形成してもよい。
Further, in the above-described first and second embodiments, the quantum wire QW is formed by the AlGaAs (barrier layer) / GaAs (well layer) heterojunction, but this AlGaAs / GaAs heterojunction is formed. Alternatively, the quantum wire QW may be formed by, for example, a GaSb (barrier layer) / InAs (well layer) heterojunction.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の柱状の量子井戸部の一端に間隔をおいて設け
られた制御電極に電圧を印加して量子井戸部の軸方向の
電子の閉じ込めの強さを変調することにより、量子構造
間のトンネル結合の強度を変調することができる。
As described above, according to the present invention, a voltage is applied to a control electrode provided at one end of a plurality of columnar quantum well portions at a distance, and electrons are emitted in the axial direction of the quantum well portion. By modulating the confinement strength of the, the strength of the tunnel coupling between the quantum structures can be modulated.

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

【図1】この発明の第1実施例による量子素子を示す斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a quantum device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1実施例による量子素子の製造方
法を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing a quantum device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1実施例による量子素子の製造方
法を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the quantum element according to the first embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第1実施例による量子素子の製造方
法を説明するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the quantum device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第1実施例による量子素子の動作を
説明するためのエネルギーバンド図である。
FIG. 5 is an energy band diagram for explaining the operation of the quantum device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第1実施例による量子素子の動作を
説明するためのエネルギーバンド図である。
FIG. 6 is an energy band diagram for explaining the operation of the quantum device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第1実施例による量子素子における
サブバンドの変調を説明するためのエネルギーバンド図
である。
FIG. 7 is an energy band diagram for explaining subband modulation in the quantum device according to the first embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第2実施例による量子素子の製造方
法を説明するための斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view for explaining a method of manufacturing a quantum device according to the second embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第2実施例による量子素子の製造方
法を説明するための斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the second embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第2実施例による量子素子の製造
方法を説明するための斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the second embodiment of the present invention.

【図11】この発明の第3実施例による量子素子を示す
断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a quantum device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 i型GaAs層 2 i型AlGaAs層 3 n型AlGaAs層 QW 量子細線 G ゲート電極 11 半絶縁性GaAs基板 12、14 i型AlGaAs層 13 i型GaAs層 1 i-type GaAs layer 2 i-type AlGaAs layer 3 n-type AlGaAs layer QW quantum wire G gate electrode 11 semi-insulating GaAs substrate 12, 14 i-type AlGaAs layer 13 i-type GaAs layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の柱状の量子井戸部と、 上記量子井戸部の一端に間隔をおいて設けられた制御電
極とを有する量子素子。
1. A quantum device having a plurality of columnar quantum well portions and a control electrode provided at one end of the quantum well portion with a space therebetween.
【請求項2】 上記量子井戸部の一端に電子供給層また
は絶縁層を介して上記制御電極が設けられていることを
特徴とする請求項1記載の量子素子。
2. The quantum device according to claim 1, wherein the control electrode is provided at one end of the quantum well portion via an electron supply layer or an insulating layer.
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