JPH06244436A - 量子箱集合素子 - Google Patents
量子箱集合素子Info
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- JPH06244436A JPH06244436A JP5052995A JP5299593A JPH06244436A JP H06244436 A JPH06244436 A JP H06244436A JP 5052995 A JP5052995 A JP 5052995A JP 5299593 A JP5299593 A JP 5299593A JP H06244436 A JPH06244436 A JP H06244436A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光照射により入力を行い、光照射により生成
された電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱間でトン
ネリングにより伝導させて情報処理を行い、発光により
出力を行うことができる量子箱集合素子を実現する。 【構成】 下段の量子ドットＱＤdownのアレイ上に上段
の量子ドットＱＤupのアレイを形成し、その上に電極６
を形成して量子ドット集合素子を構成する。上段の量子
ドットＱＤup間の結合の強さは弱くしてそれらの間で電
子の伝導が許されないようにし、下段の量子ドットＱＤ
down間の結合の強さは強くしてそれらの間で電子の伝導
が許されるようにする。
された電子−正孔対のうちの電子のみを量子箱間でトン
ネリングにより伝導させて情報処理を行い、発光により
出力を行うことができる量子箱集合素子を実現する。 【構成】 下段の量子ドットＱＤdownのアレイ上に上段
の量子ドットＱＤupのアレイを形成し、その上に電極６
を形成して量子ドット集合素子を構成する。上段の量子
ドットＱＤup間の結合の強さは弱くしてそれらの間で電
子の伝導が許されないようにし、下段の量子ドットＱＤ
down間の結合の強さは強くしてそれらの間で電子の伝導
が許されるようにする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、量子箱集合素子に関
する。
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おうとするものである。
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おうとするものである。
【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、光励起で電子−正孔対を生成することによ
り情報の入力を行い、この電子−正孔対のうちの電子の
みを量子箱間でトンネリングにより伝導させて情報処理
を行うことが考えられる。
においては、光励起で電子−正孔対を生成することによ
り情報の入力を行い、この電子−正孔対のうちの電子の
みを量子箱間でトンネリングにより伝導させて情報処理
を行うことが考えられる。
【０００５】しかしながら、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、光励起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。従って、
光励起で生成された電子−正孔対のうちの電子を量子箱
間でトンネリングにより伝導させて情報処理を行うこと
は、実際には困難である。
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、光励起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。従って、
光励起で生成された電子−正孔対のうちの電子を量子箱
間でトンネリングにより伝導させて情報処理を行うこと
は、実際には困難である。
【０００６】従って、この発明の目的は、光照射により
情報の入力を行い、この光照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によ
り伝導させて情報処理を行い、発光により情報の出力を
行うことができる量子箱集合素子を提供することにあ
る。
情報の入力を行い、この光照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によ
り伝導させて情報処理を行い、発光により情報の出力を
行うことができる量子箱集合素子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、この発明の第１の発明による量子箱集合素子は、電
極（６）と、電極（６）上に設けられた、電子親和力φ
1 およびエネルギーギャップＥg1を有する第１の半導体
から成る第１の井戸層（５）がφ2 ＜φ1 およびφ2 ＋
Ｅg2＜φ1 ＋Ｅg1の両関係式を満足する電子親和力φ2
およびエネルギーギャップＥg2を有する第２の半導体か
ら成る第１の障壁層（４）により囲まれた構造の複数の
第１の量子箱（ＱＤup）と、第１の障壁層（４）上に複
数の第１の量子箱（ＱＤup）に対応して設けられた、そ
の配列面内において、電子親和力φ3 を有する第３の半
導体から成る第２の井戸層（２）がφ4 ＜φ3 およびφ
3 −φ4 ＜φ1 −φ2 の両関係式を満足する電子親和力
φ4 を有する第４の半導体から成る第２の障壁層（３）
により囲まれた構造の複数の第２の量子箱（ＱＤdown）
とを有し、第１の量子箱（ＱＤup）の電子の基底状態の
エネルギーをＥ0 1 、第１の半導体の価電子帯の上端の
エネルギーをＨ0 1 、第２の量子箱（ＱＤdown）の電子
の基底状態のエネルギーをＥ0 3 、第３の半導体の価電
子帯の上端のエネルギーをＨ0 3 とするとき、Ｅ0 3 −
Ｈ0 3 ＞Ｅ0 1 −Ｈ0 1 およびＥ0 3 ＞Ｅ0 1 の両関係
式が成立するものである。
め、この発明の第１の発明による量子箱集合素子は、電
極（６）と、電極（６）上に設けられた、電子親和力φ
1 およびエネルギーギャップＥg1を有する第１の半導体
から成る第１の井戸層（５）がφ2 ＜φ1 およびφ2 ＋
Ｅg2＜φ1 ＋Ｅg1の両関係式を満足する電子親和力φ2
およびエネルギーギャップＥg2を有する第２の半導体か
ら成る第１の障壁層（４）により囲まれた構造の複数の
第１の量子箱（ＱＤup）と、第１の障壁層（４）上に複
数の第１の量子箱（ＱＤup）に対応して設けられた、そ
の配列面内において、電子親和力φ3 を有する第３の半
導体から成る第２の井戸層（２）がφ4 ＜φ3 およびφ
3 −φ4 ＜φ1 −φ2 の両関係式を満足する電子親和力
φ4 を有する第４の半導体から成る第２の障壁層（３）
により囲まれた構造の複数の第２の量子箱（ＱＤdown）
とを有し、第１の量子箱（ＱＤup）の電子の基底状態の
エネルギーをＥ0 1 、第１の半導体の価電子帯の上端の
エネルギーをＨ0 1 、第２の量子箱（ＱＤdown）の電子
の基底状態のエネルギーをＥ0 3 、第３の半導体の価電
子帯の上端のエネルギーをＨ0 3 とするとき、Ｅ0 3 −
Ｈ0 3 ＞Ｅ0 1 −Ｈ0 1 およびＥ0 3 ＞Ｅ0 1 の両関係
式が成立するものである。
【０００８】この発明の第２の発明による量子箱集合素
子は、第１の発明による量子箱集合素子において、電極
（６）は第１の量子箱（ＱＤup）に対応する部分に開口
（６ａ）を有するものである。
子は、第１の発明による量子箱集合素子において、電極
（６）は第１の量子箱（ＱＤup）に対応する部分に開口
（６ａ）を有するものである。
【０００９】この発明の第３の発明による量子箱集合素
子は、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、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立する条件で電極
（６）を第１の障壁層（４）に対して負の電位にバイア
スした状態で選択された第１の量子箱（ＱＤup）に光を
照射することにより入力を行い、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立
しない条件で電極（６）を第１の障壁層（４）に対して
負の電位にバイアスすることにより複数の第１の量子箱
（ＱＤup）における電子分布を複数の第２の量子箱（Ｑ
Ｄdown）に転写して情報処理を行い、その後複数の第２
の量子箱（ＱＤdown）における電子分布を複数の第１の
量子箱（ＱＤup）に転写し、電極（６）を第１の障壁層
（４）に対して正の電位にバイアスして電子−正孔再結
合による発光を起こさせることにより出力を行うように
したものである。
子は、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、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立する条件で電極
（６）を第１の障壁層（４）に対して負の電位にバイア
スした状態で選択された第１の量子箱（ＱＤup）に光を
照射することにより入力を行い、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立
しない条件で電極（６）を第１の障壁層（４）に対して
負の電位にバイアスすることにより複数の第１の量子箱
（ＱＤup）における電子分布を複数の第２の量子箱（Ｑ
Ｄdown）に転写して情報処理を行い、その後複数の第２
の量子箱（ＱＤdown）における電子分布を複数の第１の
量子箱（ＱＤup）に転写し、電極（６）を第１の障壁層
（４）に対して正の電位にバイアスして電子−正孔再結
合による発光を起こさせることにより出力を行うように
したものである。
【００１０】この発明の第４の発明による量子箱集合素
子は、第１の発明、第２の発明または第３の発明による
量子箱集合素子において、第１の半導体および第３の半
導体は互いに同一であり、かつ、互いに対応する第１の
量子箱（ＱＤup）および第２の量子箱（ＱＤdown）を結
ぶ方向に関して第１の井戸層（５）の幅は第２の井戸層
（２）の幅よりも大きいものである。
子は、第１の発明、第２の発明または第３の発明による
量子箱集合素子において、第１の半導体および第３の半
導体は互いに同一であり、かつ、互いに対応する第１の
量子箱（ＱＤup）および第２の量子箱（ＱＤdown）を結
ぶ方向に関して第１の井戸層（５）の幅は第２の井戸層
（２）の幅よりも大きいものである。
【００１１】この発明の第５の発明による量子箱集合素
子は、第１の発明、第２の発明、第３の発明または第４
の発明による量子箱集合素子において、第１の半導体お
よび第３の半導体はＩｎＡｓ、第２の半導体はＡｌＧａ
Ｓｂ、第４の半導体はＧａＳｂであるものである。
子は、第１の発明、第２の発明、第３の発明または第４
の発明による量子箱集合素子において、第１の半導体お
よび第３の半導体はＩｎＡｓ、第２の半導体はＡｌＧａ
Ｓｂ、第４の半導体はＧａＳｂであるものである。
【００１２】
【作用】第１の発明による量子箱集合素子によれば、第
１の量子箱（ＱＤup）の第１の障壁層（４）によるポテ
ンシャル障壁の高さ（φ1 −φ2 ）を大きく選んで第１
の量子箱（ＱＤup）間の結合の強さを十分に弱くするこ
とにより、第１の量子箱（ＱＤup）間ではトンネリング
による電子の伝導が許されないようにすることができ
る。また、第２の量子箱（ＱＤdown）の第２の障壁層
（３）によるポテンシャル障壁の高さ（φ3 −φ4 ）を
小さく選んで第２の量子箱（ＱＤdown）間の結合の強さ
を十分に強くすることにより、第２の量子箱（Ｑ
Ｄdown）間ではトンネリングによる電子の伝導が許され
るようにすることができる。
１の量子箱（ＱＤup）の第１の障壁層（４）によるポテ
ンシャル障壁の高さ（φ1 −φ2 ）を大きく選んで第１
の量子箱（ＱＤup）間の結合の強さを十分に弱くするこ
とにより、第１の量子箱（ＱＤup）間ではトンネリング
による電子の伝導が許されないようにすることができ
る。また、第２の量子箱（ＱＤdown）の第２の障壁層
（３）によるポテンシャル障壁の高さ（φ3 −φ4 ）を
小さく選んで第２の量子箱（ＱＤdown）間の結合の強さ
を十分に強くすることにより、第２の量子箱（Ｑ
Ｄdown）間ではトンネリングによる電子の伝導が許され
るようにすることができる。
【００１３】この量子箱集合素子に対する情報の入力
は、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立する条件で電極（６）を第１
の障壁層（４）に対して負の電位にバイアスした状態
で、入力すべき情報に応じて選択された第１の量子箱
（ＱＤup）に順次光を照射して電子−正孔対を生成する
ことにより行うことができる。この場合、この電子−正
孔対のうちの正孔は電極（６）で吸収し、電子のみを第
１の量子箱（ＱＤup）中に残す。
は、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立する条件で電極（６）を第１
の障壁層（４）に対して負の電位にバイアスした状態
で、入力すべき情報に応じて選択された第１の量子箱
（ＱＤup）に順次光を照射して電子−正孔対を生成する
ことにより行うことができる。この場合、この電子−正
孔対のうちの正孔は電極（６）で吸収し、電子のみを第
１の量子箱（ＱＤup）中に残す。
【００１４】上述のようにして情報の入力を行った後、
Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立しない条件で電極（６）を第１の
障壁層（４）に対して負の電位にバイアスする。これに
よって、第１の量子箱（ＱＤup）中の電子は対応する第
２の量子箱（ＱＤdown）中に移動し、複数の第１の量子
箱（ＱＤup）における電子分布が複数の第２の量子箱
（ＱＤdown）に転写される。第２の量子箱（ＱＤdown）
中に移動した電子は、この第２の量子箱（ＱＤdown）間
をそれらの配置に従ってトンネリングにより伝導する。
これによって、複数の第２の量子箱（ＱＤdown）におけ
る電子分布が時間とともに変化して所望の情報処理が行
われる。この後、電極（６）に対するバイアス電圧を０
にする。これによって、第２の量子箱（ＱＤdown）中の
電子は対応する第１の量子箱（ＱＤup）中に移動し、複
数の第２の量子箱（ＱＤdown）における情報処理後の電
子分布が複数の第１の量子箱（ＱＤup）に転写される。
この複数の第１の量子箱（ＱＤup）における電子分布が
出力情報となる。
Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立しない条件で電極（６）を第１の
障壁層（４）に対して負の電位にバイアスする。これに
よって、第１の量子箱（ＱＤup）中の電子は対応する第
２の量子箱（ＱＤdown）中に移動し、複数の第１の量子
箱（ＱＤup）における電子分布が複数の第２の量子箱
（ＱＤdown）に転写される。第２の量子箱（ＱＤdown）
中に移動した電子は、この第２の量子箱（ＱＤdown）間
をそれらの配置に従ってトンネリングにより伝導する。
これによって、複数の第２の量子箱（ＱＤdown）におけ
る電子分布が時間とともに変化して所望の情報処理が行
われる。この後、電極（６）に対するバイアス電圧を０
にする。これによって、第２の量子箱（ＱＤdown）中の
電子は対応する第１の量子箱（ＱＤup）中に移動し、複
数の第２の量子箱（ＱＤdown）における情報処理後の電
子分布が複数の第１の量子箱（ＱＤup）に転写される。
この複数の第１の量子箱（ＱＤup）における電子分布が
出力情報となる。
【００１５】この量子箱集合素子からの情報の出力は、
電極（６）を第１の障壁層（４）に対して正の電位にバ
イアスしてこの電極（６）から第１の障壁層（４）中に
正孔を注入し、この正孔と第１の量子箱（ＱＤup）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
発光を空間分解して検出することにより行うことができ
る。
電極（６）を第１の障壁層（４）に対して正の電位にバ
イアスしてこの電極（６）から第１の障壁層（４）中に
正孔を注入し、この正孔と第１の量子箱（ＱＤup）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
発光を空間分解して検出することにより行うことができ
る。
【００１６】第２の発明による量子箱集合素子によれ
ば、電極（６）が第１の量子箱（ＱＤup）に対応する部
分に開口（６ａ）を有することにより、入力用の光が使
用される電極材料に対して不透明であっても、この開口
（６ａ）を通じて第１の量子箱（ＱＤup）に光を照射す
ることができる。
ば、電極（６）が第１の量子箱（ＱＤup）に対応する部
分に開口（６ａ）を有することにより、入力用の光が使
用される電極材料に対して不透明であっても、この開口
（６ａ）を通じて第１の量子箱（ＱＤup）に光を照射す
ることができる。
【００１７】第３の発明による量子箱集合素子によれ
ば、第１の量子箱（ＱＤup）に光を照射することにより
情報の入力を行い、電極（６）から注入される正孔と第
１の量子箱（ＱＤup）中の電子と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。
ば、第１の量子箱（ＱＤup）に光を照射することにより
情報の入力を行い、電極（６）から注入される正孔と第
１の量子箱（ＱＤup）中の電子と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。
【００１８】第４の発明による量子箱集合素子によれ
ば、第１の半導体および第３の半導体として同一の半導
体を使用するときには、互いに対応する第１の量子箱
（ＱＤup）および第２の量子箱（ＱＤdown）を結ぶ方向
に関して第１の井戸層（５）の幅を第２の井戸層（２）
の幅よりも大きくすることにより、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 の条
件を実現することができる。
ば、第１の半導体および第３の半導体として同一の半導
体を使用するときには、互いに対応する第１の量子箱
（ＱＤup）および第２の量子箱（ＱＤdown）を結ぶ方向
に関して第１の井戸層（５）の幅を第２の井戸層（２）
の幅よりも大きくすることにより、Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 の条
件を実現することができる。
【００１９】第５の発明による量子箱集合素子によれ
ば、半導体材料として互いにほぼ格子整合するＩｎＡ
ｓ、ＡｌＧａＳｂおよびＧａＳｂを用いて量子箱集合素
子を実現することができる。
ば、半導体材料として互いにほぼ格子整合するＩｎＡ
ｓ、ＡｌＧａＳｂおよびＧａＳｂを用いて量子箱集合素
子を実現することができる。
【００２０】
【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。
しながら説明する。
【００２１】なお、以下の実施例においては、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。
【００２２】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。
【００２３】図１に示すように、この実施例による量子
ドット集合素子においては、ＡｌＧａＳｂ基板１上に井
戸層としての複数の箱状のＩｎＡｓ層２が所定の配列パ
ターンでアレイ状に形成され、これらのＩｎＡｓ層２の
間の部分に障壁層としてのＧａＳｂ層３が埋め込まれて
いる。これらのＩｎＡｓ層２およびＧａＳｂ層３の上に
は障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層４が形成されている。
このＡｌＧａＳｂ層４のうちＩｎＡｓ層２に対応する部
分には、井戸層としての箱状のＩｎＡｓ層５が埋め込ま
れている。ここで、基板表面に平行な方向に関してＩｎ
Ａｓ層２の幅およびＩｎＡｓ層５の幅は互いに同一であ
るが、基板表面に垂直な方向に関してはＩｎＡｓ層５の
幅の方がＩｎＡｓ層２の幅よりも大きくなっている。
ドット集合素子においては、ＡｌＧａＳｂ基板１上に井
戸層としての複数の箱状のＩｎＡｓ層２が所定の配列パ
ターンでアレイ状に形成され、これらのＩｎＡｓ層２の
間の部分に障壁層としてのＧａＳｂ層３が埋め込まれて
いる。これらのＩｎＡｓ層２およびＧａＳｂ層３の上に
は障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層４が形成されている。
このＡｌＧａＳｂ層４のうちＩｎＡｓ層２に対応する部
分には、井戸層としての箱状のＩｎＡｓ層５が埋め込ま
れている。ここで、基板表面に平行な方向に関してＩｎ
Ａｓ層２の幅およびＩｎＡｓ層５の幅は互いに同一であ
るが、基板表面に垂直な方向に関してはＩｎＡｓ層５の
幅の方がＩｎＡｓ層２の幅よりも大きくなっている。
【００２４】この場合、井戸層としてのＩｎＡｓ層５が
障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層４により囲まれた構造に
より図１中上段の量子ドットＱＤupが形成されている。
後述のように、この上段の量子ドットＱＤupのアレイは
情報の入出力に用いられる。また、井戸層としてのＩｎ
Ａｓ層２が障壁層としてのＡｌＧａＳｂ基板１、ＧａＳ
ｂ層３およびＡｌＧａＳｂ層４により囲まれた構造によ
り図１中下段の量子ドットＱＤdownが形成されている。
この下段の量子ドットＱＤdownは、上段の量子ドットＱ
Ｄupに対応した位置に形成されている。後述のように、
この下段の量子ドットＱＤdownのアレイは情報処理のた
めの電子の伝導に用いられる。
障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層４により囲まれた構造に
より図１中上段の量子ドットＱＤupが形成されている。
後述のように、この上段の量子ドットＱＤupのアレイは
情報の入出力に用いられる。また、井戸層としてのＩｎ
Ａｓ層２が障壁層としてのＡｌＧａＳｂ基板１、ＧａＳ
ｂ層３およびＡｌＧａＳｂ層４により囲まれた構造によ
り図１中下段の量子ドットＱＤdownが形成されている。
この下段の量子ドットＱＤdownは、上段の量子ドットＱ
Ｄupに対応した位置に形成されている。後述のように、
この下段の量子ドットＱＤdownのアレイは情報処理のた
めの電子の伝導に用いられる。
【００２５】なお、上段の量子ドットＱＤupを構成する
ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合はタイプＩＩの超格
子である。また、下段の量子ドットＱＤdownは、それら
の配列面の面内方向に関してはタイプＩＩＩの超格子で
あるＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合により構成され、配
列面に垂直な方向に関してはタイプＩＩの超格子である
ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合により構成されてい
る。
ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合はタイプＩＩの超格
子である。また、下段の量子ドットＱＤdownは、それら
の配列面の面内方向に関してはタイプＩＩＩの超格子で
あるＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合により構成され、配
列面に垂直な方向に関してはタイプＩＩの超格子である
ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合により構成されてい
る。
【００２６】一方、障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層４上
には金属から成る電極６が形成されている。この電極６
は、上段の量子ドットＱＤupに対応する部分にそれぞれ
開口６ａを有する。
には金属から成る電極６が形成されている。この電極６
は、上段の量子ドットＱＤupに対応する部分にそれぞれ
開口６ａを有する。
【００２７】図１の線αに沿う方向のエネルギーバンド
図を図２に示す。図２からわかるように、この場合、図
１の線αに沿う方向、すなわち隣接する上段の量子ドッ
トＱＤup間を結ぶ方向のＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ
接合におけるポテンシャル障壁の高さは非常に大きくな
っており、従って上段の量子ドットＱＤup間の結合の強
さは非常に弱い。このため、上段の量子ドットＱＤup間
では、トンネリングによる電子の伝導は許されない。こ
の場合、ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合におけるポ
テンシャル障壁の高さは、ＡｌＧａＳｂのＡｌとＧａと
の組成比を変えることにより調節することができるが、
具体的には例えば１．５ｅＶ程度にすることができる。
図を図２に示す。図２からわかるように、この場合、図
１の線αに沿う方向、すなわち隣接する上段の量子ドッ
トＱＤup間を結ぶ方向のＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ
接合におけるポテンシャル障壁の高さは非常に大きくな
っており、従って上段の量子ドットＱＤup間の結合の強
さは非常に弱い。このため、上段の量子ドットＱＤup間
では、トンネリングによる電子の伝導は許されない。こ
の場合、ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合におけるポ
テンシャル障壁の高さは、ＡｌＧａＳｂのＡｌとＧａと
の組成比を変えることにより調節することができるが、
具体的には例えば１．５ｅＶ程度にすることができる。
【００２８】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
沿う方向のＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合におけるポテ
ンシャル障壁の高さは、ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ
接合におけるポテンシャル障壁の高さに比べて十分に小
さくなっており、従って下段の量子ドットＱＤdown間の
結合の強さは強い。このため、下段の量子ドットＱＤ
down間では、トンネリングによる電子の伝導が許され
る。この場合、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合における
ポテンシャル障壁の高さは、具体的には例えば０．８ｅ
Ｖ程度である。
図を図３に示す。図３からわかるように、図１の線βに
沿う方向のＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合におけるポテ
ンシャル障壁の高さは、ＡｌＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ
接合におけるポテンシャル障壁の高さに比べて十分に小
さくなっており、従って下段の量子ドットＱＤdown間の
結合の強さは強い。このため、下段の量子ドットＱＤ
down間では、トンネリングによる電子の伝導が許され
る。この場合、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合における
ポテンシャル障壁の高さは、具体的には例えば０．８ｅ
Ｖ程度である。
【００２９】図１の線γに沿う方向のエネルギーバンド
図を図４に示す。図４中、Ｅ0 upは上段の量子ドットＱ
Ｄupの電子の基底状態のエネルギー、Ｅ0 downは下段の
量子ドットＱＤdownの電子の基底状態のエネルギーを示
す。図４からわかるように、この場合、上段の量子ドッ
トＱＤupの電子の基底状態のエネルギーＥ0 upは、下段
の量子ドットＱＤdownの電子の基底状態のエネルギーＥ
0 downよりも低くなっている。これは、すでに述べたよ
うに、線γに沿う方向に関して、上段の量子ドットＱＤ
upの寸法は下段の量子ドットＱＤdownの寸法に比べて大
きいためである。
図を図４に示す。図４中、Ｅ0 upは上段の量子ドットＱ
Ｄupの電子の基底状態のエネルギー、Ｅ0 downは下段の
量子ドットＱＤdownの電子の基底状態のエネルギーを示
す。図４からわかるように、この場合、上段の量子ドッ
トＱＤupの電子の基底状態のエネルギーＥ0 upは、下段
の量子ドットＱＤdownの電子の基底状態のエネルギーＥ
0 downよりも低くなっている。これは、すでに述べたよ
うに、線γに沿う方向に関して、上段の量子ドットＱＤ
upの寸法は下段の量子ドットＱＤdownの寸法に比べて大
きいためである。
【００３０】次に、上述のように構成されたこの実施例
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。
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。
【００３１】非動作状態においては、上述の条件より、 Ｅ0 up＜Ｅ0 down （１） が成立している。また、ＩｎＡｓの価電子帯の上端のエ
ネルギーをＨ0 とし（図４参照）、電極６の電位をＶe
とする。
ネルギーをＨ0 とし（図４参照）、電極６の電位をＶe
とする。
【００３２】まず、入力時には、（１）式が成立する条
件で、電極６をＡｌＧａＳｂ層４に対して小さな負の電
位Ｖe にバイアスする。このときの図１の線γ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量子ドットＱＤupに対し、電極
６の開口６ａを通して ｈνin＝Ｅ0 up−Ｈ0 （２） を満足する振動数νinを有する単色光を照射し、この量
子ドットＱＤup中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対を生
成する。ただし、ｈはプランク定数である。ここで、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。
件で、電極６をＡｌＧａＳｂ層４に対して小さな負の電
位Ｖe にバイアスする。このときの図１の線γ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量子ドットＱＤupに対し、電極
６の開口６ａを通して ｈνin＝Ｅ0 up−Ｈ0 （２） を満足する振動数νinを有する単色光を照射し、この量
子ドットＱＤup中に電子（ｅ- ）−正孔（ｈ+ ）対を生
成する。ただし、ｈはプランク定数である。ここで、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。
【００３３】この場合、この光照射により生成された電
子−正孔対のうちの正孔にとっては量子ドットＱＤupの
外部、すなわちＡｌＧａＳｂ層４中の方がエネルギー的
に低く、しかも電極６の電位Ｖe による電場が印加され
ているため、この正孔は、図７に示すように、速やかに
電極６側に引かれてこの電極６中に吸い込まれる。この
結果、量子ドットＱＤup中には電子のみが残される。
子−正孔対のうちの正孔にとっては量子ドットＱＤupの
外部、すなわちＡｌＧａＳｂ層４中の方がエネルギー的
に低く、しかも電極６の電位Ｖe による電場が印加され
ているため、この正孔は、図７に示すように、速やかに
電極６側に引かれてこの電極６中に吸い込まれる。この
結果、量子ドットＱＤup中には電子のみが残される。
【００３４】この段階では、この量子ドットＱＤup中に
残された電子は、そのまま量子ドットＱＤup中に留まっ
ている。これは、電極６の電位Ｖe が小さいため、下段
の量子ドットＱＤdownに移るよりもそのまま量子ドット
ＱＤup中に留まっていた方がエネルギー的に低いためで
ある。また、すでに述べたように、隣接する量子ドット
ＱＤup間の結合の強さは非常に弱いので（図２）、量子
ドットＱＤup中の電子は隣接する量子ドットＱＤup間で
も移動することができない。
残された電子は、そのまま量子ドットＱＤup中に留まっ
ている。これは、電極６の電位Ｖe が小さいため、下段
の量子ドットＱＤdownに移るよりもそのまま量子ドット
ＱＤup中に留まっていた方がエネルギー的に低いためで
ある。また、すでに述べたように、隣接する量子ドット
ＱＤup間の結合の強さは非常に弱いので（図２）、量子
ドットＱＤup中の電子は隣接する量子ドットＱＤup間で
も移動することができない。
【００３５】このようにして、光照射を行った量子ドッ
トＱＤup中に電子を保持しながら、選択された量子ドッ
トＱＤupの全てに対して光照射を行って入力を行うこと
により、初期電子分布を入力することができる。
トＱＤup中に電子を保持しながら、選択された量子ドッ
トＱＤupの全てに対して光照射を行って入力を行うこと
により、初期電子分布を入力することができる。
【００３６】なお、（１）式で示される光子エネルギー
ｈνinを有する光は ｈνin＜Ｅ0 down−Ｈ0 （３） を満足するので、この光によっては下段の量子ドットＱ
Ｄdown中に電子−正孔対は生成されない。
ｈνinを有する光は ｈνin＜Ｅ0 down−Ｈ0 （３） を満足するので、この光によっては下段の量子ドットＱ
Ｄdown中に電子−正孔対は生成されない。
【００３７】また、電極６が電位Ｖe に設定されている
ことから、いわゆるシュタルク（Stark)・シフトによ
り、実際の入力に用いられる光の光子エネルギーは、
（２）式で示されるｈνinよりもわずかに低い。しか
し、この差は非常に小さいので無視する。
ことから、いわゆるシュタルク（Stark)・シフトによ
り、実際の入力に用いられる光の光子エネルギーは、
（２）式で示されるｈνinよりもわずかに低い。しか
し、この差は非常に小さいので無視する。
【００３８】さらに、図４に示すように、ＩｎＡｓ層
２、５中の正孔のエネルギー準位はＩｎＡｓの価電子帯
の上端と一致しているが、その理由は、正孔にとってこ
の系はアンチ・ドット系であり、閉じ込めによるエネル
ギー上昇はないからである。
２、５中の正孔のエネルギー準位はＩｎＡｓの価電子帯
の上端と一致しているが、その理由は、正孔にとってこ
の系はアンチ・ドット系であり、閉じ込めによるエネル
ギー上昇はないからである。
【００３９】さて、上述のようにして上段の量子ドット
ＱＤupへの初期電子分布の入力を終了したら、電極６を
ＡｌＧａＳｂ層４に対してより大きな負の電位Ｖe にバ
イアスする。この結果、図１の線γに沿う方向のエネル
ギーバンドは、図８に示すように大きく傾斜する。ここ
で、電極６の電位Ｖe による電場により、 Ｅ0 up＞Ｅ0 down （５） が成立するようになると、上段の量子ドットＱＤup中の
電子は、一斉に下段の量子ドットＱＤdownに遷移する
（図８参照）。このようにして下段の量子ドットＱＤ
down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ＱＤdown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ＱＤdown間をトンネリ
ングにより伝導する。この電子の伝導は、下段の量子ド
ットＱＤdownの配置に従って起こる。そして、これによ
ってこの下段の量子ドットＱＤdownのアレイにおける電
子分布が時間とともに変化することにより、所望の情報
処理が行われる。
ＱＤupへの初期電子分布の入力を終了したら、電極６を
ＡｌＧａＳｂ層４に対してより大きな負の電位Ｖe にバ
イアスする。この結果、図１の線γに沿う方向のエネル
ギーバンドは、図８に示すように大きく傾斜する。ここ
で、電極６の電位Ｖe による電場により、 Ｅ0 up＞Ｅ0 down （５） が成立するようになると、上段の量子ドットＱＤup中の
電子は、一斉に下段の量子ドットＱＤdownに遷移する
（図８参照）。このようにして下段の量子ドットＱＤ
down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ＱＤdown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ＱＤdown間をトンネリ
ングにより伝導する。この電子の伝導は、下段の量子ド
ットＱＤdownの配置に従って起こる。そして、これによ
ってこの下段の量子ドットＱＤdownのアレイにおける電
子分布が時間とともに変化することにより、所望の情報
処理が行われる。
【００４０】必要な時間が経過した後、電極６の電位Ｖ
e を０にする。これによって、図１の線γに沿う方向の
エネルギーバンドは、図９に示すように元の状態に戻
る。そして、（１）式の条件が再び成立するようになる
ため、下段の量子ドットＱＤdown中の電子は再び上段の
量子ドットＱＤup中に戻り、従って下段の量子ドットＱ
Ｄdownのアレイにおける電子分布が上段の量子ドットＱ
Ｄupのアレイに転写される。この結果、下段の量子ドッ
トＱＤdown間での電子の伝導は起こらなくなる。
e を０にする。これによって、図１の線γに沿う方向の
エネルギーバンドは、図９に示すように元の状態に戻
る。そして、（１）式の条件が再び成立するようになる
ため、下段の量子ドットＱＤdown中の電子は再び上段の
量子ドットＱＤup中に戻り、従って下段の量子ドットＱ
Ｄdownのアレイにおける電子分布が上段の量子ドットＱ
Ｄupのアレイに転写される。この結果、下段の量子ドッ
トＱＤdown間での電子の伝導は起こらなくなる。
【００４１】次に、出力時には、電極６をＡｌＧａＳｂ
層４に対して正の電位Ｖe にバイアスする。このとき、
図１の線γに沿う方向のエネルギーバンドは図１０に示
すようになる。この結果、図１１に示すように、電極６
からこの電極６が接しているＡｌＧａＳｂ層４中に正孔
が注入される。そして、この正孔が量子ドットＱＤup中
の電子と再結合して、図１２に示すように、発光（ｈ
ν）が起きる。従って、この発光を空間分解して検出す
ることにより量子ドット集合素子における最終的な電子
分布を知ることができ、これによって出力情報を得るこ
とができる。
層４に対して正の電位Ｖe にバイアスする。このとき、
図１の線γに沿う方向のエネルギーバンドは図１０に示
すようになる。この結果、図１１に示すように、電極６
からこの電極６が接しているＡｌＧａＳｂ層４中に正孔
が注入される。そして、この正孔が量子ドットＱＤup中
の電子と再結合して、図１２に示すように、発光（ｈ
ν）が起きる。従って、この発光を空間分解して検出す
ることにより量子ドット集合素子における最終的な電子
分布を知ることができ、これによって出力情報を得るこ
とができる。
【００４２】以上のように、この実施例によれば、光入
力および光出力の量子ドット集合素子を実現することが
できる。
力および光出力の量子ドット集合素子を実現することが
できる。
【００４３】次に、この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。
子の製造方法について説明する。
【００４４】まず、図１３に示すように、ＡｌＧａＳｂ
基板１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により、厚さｄ1 のＩｎＡｓ層２、厚さｄ2 のＡ
ｌＧａＳｂ層４ａ、厚さｄ3 のＩｎＡｓ層５および厚さ
ｄ4 のＡｌＧａＳｂ層４ｂを順次エピタキシャル成長さ
せる。ここで、ｄ1 ＜ｄ3 とする。また、ｄ1 、ｄ2 、
ｄ3 およびｄ4 は、典型的にはそれぞれ１０ｎｍのオー
ダーに選ばれる。
基板１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により、厚さｄ1 のＩｎＡｓ層２、厚さｄ2 のＡ
ｌＧａＳｂ層４ａ、厚さｄ3 のＩｎＡｓ層５および厚さ
ｄ4 のＡｌＧａＳｂ層４ｂを順次エピタキシャル成長さ
せる。ここで、ｄ1 ＜ｄ3 とする。また、ｄ1 、ｄ2 、
ｄ3 およびｄ4 は、典型的にはそれぞれ１０ｎｍのオー
ダーに選ばれる。
【００４５】次に、例えばＣＶＤ法によりＡｌＧａＡｓ
層４ｂ上にＳｉＯ2 膜７を形成した後、このＳｉＯ2 膜
７をリソグラフィーおよびエッチングにより、量子ドッ
トＱＤupに対応した形状にパターニングする。なお、こ
のＳｉＯ2 膜７のパターニング用のレジストパターンの
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ＡｌＧａＳ
ｂ層４ｂ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。
層４ｂ上にＳｉＯ2 膜７を形成した後、このＳｉＯ2 膜
７をリソグラフィーおよびエッチングにより、量子ドッ
トＱＤupに対応した形状にパターニングする。なお、こ
のＳｉＯ2 膜７のパターニング用のレジストパターンの
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ＡｌＧａＳ
ｂ層４ｂ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。
【００４６】次に、このようにして形成されたＳｉＯ2
膜７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、基板表面と垂直方向にエッチングを行う。このエッ
チングは、最下層のＩｎＡｓ層２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１４に示すように、ＩｎＡｓ層２、ＡｌＧａＳ
ｂ層４ａ、ＩｎＡｓ層５およびＡｌＧａＳｂ層４ｂが四
角柱状にパターニングされる。
膜７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、基板表面と垂直方向にエッチングを行う。このエッ
チングは、最下層のＩｎＡｓ層２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１４に示すように、ＩｎＡｓ層２、ＡｌＧａＳ
ｂ層４ａ、ＩｎＡｓ層５およびＡｌＧａＳｂ層４ｂが四
角柱状にパターニングされる。
【００４７】次に、図１５に示すように、例えばＭＯＣ
ＶＤ法によりＧａＳｂ層３をエピタキシャル成長させ
て、四角柱状のＩｎＡｓ層２、ＡｌＧａＳｂ層４ａ、Ｉ
ｎＡｓ層５およびＡｌＧａＳｂ層４ｂの間の部分を埋め
る。ここで、四角柱状のＩｎＡｓ層２、ＡｌＧａＳｂ層
４ａ、ＩｎＡｓ層５およびＡｌＧａＳｂ層４ｂの間の部
分のこのＧａＳｂ層３の厚さは、ＩｎＡｓ層２の厚さと
ほぼ同一とする。
ＶＤ法によりＧａＳｂ層３をエピタキシャル成長させ
て、四角柱状のＩｎＡｓ層２、ＡｌＧａＳｂ層４ａ、Ｉ
ｎＡｓ層５およびＡｌＧａＳｂ層４ｂの間の部分を埋め
る。ここで、四角柱状のＩｎＡｓ層２、ＡｌＧａＳｂ層
４ａ、ＩｎＡｓ層５およびＡｌＧａＳｂ層４ｂの間の部
分のこのＧａＳｂ層３の厚さは、ＩｎＡｓ層２の厚さと
ほぼ同一とする。
【００４８】次に、図１６に示すように、例えばＭＯＣ
ＶＤ法によりＡｌＧａＳｂ層４ｃをエピタキシャル成長
させて、ＧａＳｂ層３の表面の溝を埋める。
ＶＤ法によりＡｌＧａＳｂ層４ｃをエピタキシャル成長
させて、ＧａＳｂ層３の表面の溝を埋める。
【００４９】次に、図１７に示すように、基板表面に対
して垂直な方向から例えばＡｌを真空蒸着することによ
り、Ａｌ膜８を形成する。この場合、このＡｌ膜８の厚
さをＳｉＯ2 膜７の厚さに対して十分に小さく選ぶこと
によって、ＳｉＯ2 膜７上のＡｌ膜８とＳｉＯ2 膜７以
外の部分の表面に形成されたＡｌ膜８とは、ＳｉＯ2膜
７による段差により、互いに分離される。
して垂直な方向から例えばＡｌを真空蒸着することによ
り、Ａｌ膜８を形成する。この場合、このＡｌ膜８の厚
さをＳｉＯ2 膜７の厚さに対して十分に小さく選ぶこと
によって、ＳｉＯ2 膜７上のＡｌ膜８とＳｉＯ2 膜７以
外の部分の表面に形成されたＡｌ膜８とは、ＳｉＯ2膜
７による段差により、互いに分離される。
【００５０】この後、ＳｉＯ2 膜７をウエットエッチン
グし、このＳｉＯ2 膜７上のＡｌ膜８を除去する。
グし、このＳｉＯ2 膜７上のＡｌ膜８を除去する。
【００５１】以上のようにして、図１８に示すように、
図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同一の構造の
量子ドット集合素子が完成される。
図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同一の構造の
量子ドット集合素子が完成される。
【００５２】図１９はこの発明の他の実施例による量子
ドット集合素子を示す。
ドット集合素子を示す。
【００５３】図１９に示すように、この他の実施例によ
る量子ドット集合素子においては、ＡｌＧａＳｂ基板１
１上にＩｎＡｓ層１２および障壁層としてのＧａＳｂ層
１３が順次形成されている。そして、このＧａＳｂ層１
３上に井戸層としての箱状の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
に障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層１５が形成されてい
る。このＡｌＧａＳｂ層１５上のＩｎＡｓ層１４に対応
した位置には井戸層としての箱状のＩｎＡｓ層１６が形
成され、それらの間の部分に障壁層としてのＧａＳｂ層
１７が埋め込まれている。これらのＩｎＡｓ層１６およ
びＧａＳｂ層１７上には障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層
１８が形成されている。
る量子ドット集合素子においては、ＡｌＧａＳｂ基板１
１上にＩｎＡｓ層１２および障壁層としてのＧａＳｂ層
１３が順次形成されている。そして、このＧａＳｂ層１
３上に井戸層としての箱状の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
に障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層１５が形成されてい
る。このＡｌＧａＳｂ層１５上のＩｎＡｓ層１４に対応
した位置には井戸層としての箱状のＩｎＡｓ層１６が形
成され、それらの間の部分に障壁層としてのＧａＳｂ層
１７が埋め込まれている。これらのＩｎＡｓ層１６およ
びＧａＳｂ層１７上には障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層
１８が形成されている。
【００５４】この他の実施例においては、井戸層として
のＩｎＡｓ層１４が障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層１
３、１５により囲まれた構造の量子ドットが上述の一実
施例における上段の量子ドットＱＤupに対応し、井戸層
としてのＩｎＡｓ層１６が障壁層としてのＡｌＧａＳｂ
層１５、１８およびＧａＳｂ層１７により囲まれた構造
の量子ドットが上述の一実施例における下段の量子ドッ
トＱＤdownに対応する。また、ＩｎＡｓ層１２が上述の
一実施例における電極６に対応する。
のＩｎＡｓ層１４が障壁層としてのＡｌＧａＳｂ層１
３、１５により囲まれた構造の量子ドットが上述の一実
施例における上段の量子ドットＱＤupに対応し、井戸層
としてのＩｎＡｓ層１６が障壁層としてのＡｌＧａＳｂ
層１５、１８およびＧａＳｂ層１７により囲まれた構造
の量子ドットが上述の一実施例における下段の量子ドッ
トＱＤdownに対応する。また、ＩｎＡｓ層１２が上述の
一実施例における電極６に対応する。
【００５５】この他の実施例による量子ドット集合素子
の動作は、図１９中上方から図１９中下段の量子ドット
に光を照射することにより入力を行うほかは、上述の一
実施例による量子ドット集合素子と同様である。
の動作は、図１９中上方から図１９中下段の量子ドット
に光を照射することにより入力を行うほかは、上述の一
実施例による量子ドット集合素子と同様である。
【００５６】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。
【００５７】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６を形成しているため、
上段の量子ドットＱＤupに光を照射するためにはこの量
子ドットＱＤupに対応する部分の電極６にあらかじめ開
口６ａを形成しておく必要があるが、この電極６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６に開口６ａを形成する
必要はなくなる。
対して不透明な金属により電極６を形成しているため、
上段の量子ドットＱＤupに光を照射するためにはこの量
子ドットＱＤupに対応する部分の電極６にあらかじめ開
口６ａを形成しておく必要があるが、この電極６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６に開口６ａを形成する
必要はなくなる。
【００５８】また、上述の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。
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。
【００５９】さらに、上述の実施例においては、量子ド
ット集合素子の材料としてＡｌＧａＳｂ、ＩｎＡｓおよ
びＧａＳｂ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。
ット集合素子の材料としてＡｌＧａＳｂ、ＩｎＡｓおよ
びＧａＳｂ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。
【００６０】
【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
ネリングにより伝導させて情報処理を行い、発光により
情報の出力を行うことができる量子箱集合素子を実現す
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
ネリングにより伝導させて情報処理を行い、発光により
情報の出力を行うことができる量子箱集合素子を実現す
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に沿う方向のエネルギーバンド図で
ある。
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γ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
明するための斜視図である。
明するための斜視図である。
【図７】図１に示す量子ドット集合素子の入力方法を説
明するための斜視図である。
明するための斜視図である。
【図８】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９】図１に示す量子ドット集合素子の情報処理後出
力前の動作を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。
力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１０】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。
説明するためのエネルギーバンド図である。
【図１１】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出力方法を
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１３】図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同
一の構造の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。
一の構造の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。
【図１４】図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同
一の構造の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。
一の構造の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。
【図１５】図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同
一の構造の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。
一の構造の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。
【図１６】図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同
一の構造の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。
一の構造の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。
【図１７】図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同
一の構造の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。
一の構造の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。
【図１８】図１に示す量子ドット集合素子と実質的に同
一の構造の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。
一の構造の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。
【図１９】この発明の他の実施例による量子ドット集合
素子を示す断面図である。
素子を示す断面図である。
１ ＡｌＧａＳｂ基板 ２、５ ＩｎＡｓ層 ３ ＧａＳｂ層 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ ＡｌＧａＳｂ層 ６ 電極 ６ａ 開口
Claims (5)
- 【請求項１】 電極と、 上記電極上に設けられた、電子親和力φ1 およびエネル
ギーギャップＥg1を有する第１の半導体から成る第１の
井戸層がφ2 ＜φ1 およびφ2 ＋Ｅg2＜φ1 ＋Ｅg1の両
関係式を満足する電子親和力φ2 およびエネルギーギャ
ップＥg2を有する第２の半導体から成る第１の障壁層に
より囲まれた構造の複数の第１の量子箱と、 上記第１の障壁層上に上記複数の第１の量子箱に対応し
て設けられた、その配列面内において、電子親和力φ3
を有する第３の半導体から成る第２の井戸層がφ4 ＜φ
3 およびφ3 −φ4 ＜φ1 −φ2 の両関係式を満足する
電子親和力φ4を有する第４の半導体から成る第２の障
壁層により囲まれた構造の複数の第２の量子箱とを有
し、 上記第１の量子箱の電子の基底状態のエネルギーをＥ0
1 、上記第１の半導体の価電子帯の上端のエネルギーを
Ｈ0 1 、上記第２の量子箱の電子の基底状態のエネルギ
ーをＥ0 3 、上記第３の半導体の価電子帯の上端のエネ
ルギーをＨ0 3とするとき、Ｅ0 3 −Ｈ0 3 ＞Ｅ0 1 −
Ｈ0 1 およびＥ0 3 ＞Ｅ0 1 の両関係式が成立すること
を特徴とする量子箱集合素子。 - 【請求項２】 上記電極は上記第１の量子箱に対応する
部分に開口を有す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】 Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立する条件で上記電
極を上記第１の障壁層に対して負の電位にバイアスした
状態で選択された上記第１の量子箱に光を照射すること
により入力を行い、 Ｅ0 3 ＞Ｅ0 1 が成立しない条件で上記電極を上記第１
の障壁層に対して負の電位にバイアスすることにより上
記複数の第１の量子箱における電子分布を上記複数の第
２の量子箱に転写して情報処理を行い、その後上記複数
の第２の量子箱における電子分布を上記複数の第１の量
子箱に転写し、 上記電極を上記第１の障壁層に対して正の電位にバイア
スして電子−正孔再結合による発光を起こさせることに
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】 上記第１の半導体および上記第３の半導
体は互いに同一であり、かつ、互いに対応する上記第１
の量子箱および上記第２の量子箱を結ぶ方向に関して上
記第１の井戸層の幅は上記第２の井戸層の幅よりも大き
いことを特徴とする請求項１、２または３記載の量子箱
集合素子。 - 【請求項５】 上記第１の半導体および上記第３の半導
体はＩｎＡｓ、上記第２の半導体はＡｌＧａＳｂ、上記
第４の半導体はＧａＳｂであることを特徴とする請求項
１、２、３または４記載の量子箱集合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052995A JPH06244436A (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 量子箱集合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052995A JPH06244436A (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 量子箱集合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244436A true JPH06244436A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12930514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5052995A Pending JPH06244436A (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 量子箱集合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06244436A (ja) |
-
1993
- 1993-02-18 JP JP5052995A patent/JPH06244436A/ja active Pending
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