JPH07147392A - Quantum element - Google Patents
Quantum elementInfo
- Publication number
- JPH07147392A JPH07147392A JP1209294A JP1209294A JPH07147392A JP H07147392 A JPH07147392 A JP H07147392A JP 1209294 A JP1209294 A JP 1209294A JP 1209294 A JP1209294 A JP 1209294A JP H07147392 A JPH07147392 A JP H07147392A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum
- boxes
- respect
- layer
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、量子素子に関し、特
に、量子箱(量子ドットとも呼ばれる)を用いた量子素
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 using a quantum box (also called a quantum dot).
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスの将来像として、電子間
の相互作用を積極的に利用することが考えられ始めてい
る。その理由としては、半導体結晶の高品質化により低
電荷密度を均質に実現することができるようになったこ
と、および、化合物半導体ヘテロ接合により電荷を狭い
領域に閉じ込めることが可能になってきたことが挙げら
れる。そして、このような観点から、近年、結合量子ド
ット・アレイが注目を集めている。2. Description of the Related Art As a future image of semiconductor devices, positive use of interaction between electrons is beginning to be considered. The reason for this is that it has become possible to realize a low charge density homogeneously by improving the quality of semiconductor crystals, and it has become possible to confine charges in a narrow region by means of compound semiconductor heterojunctions. Is mentioned. From such a point of view, the coupled quantum dot array has recently attracted attention.
【0003】本出願人は先に、特願平5−21982号
において、このような結合量子ドット・アレイにおける
量子ドット間の電子の移動を外部電場によって変調する
方法を提案し、さらに特願平5−174774号におい
て、この方法を応用した量子ドット集合素子を提案し
た。The present applicant has previously proposed in Japanese Patent Application No. 5-21982 a method of modulating the movement of electrons between quantum dots in such a coupled quantum dot array by an external electric field, and further, Japanese Patent Application No. In No. 5-174774, we proposed a quantum dot assembly device to which this method is applied.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平5−21982号および特願平5−174774号
に提案された方法では、外部電場による量子ドット・ア
レイ中の電子間相関変調の効率は必ずしも十分に高くな
かった。However, in the methods proposed in Japanese Patent Application Nos. 5-21982 and 5-174774, the efficiency of inter-electron correlation modulation in a quantum dot array by an external electric field is high. Not necessarily high enough.
【0005】従って、この発明の目的は、外部電場によ
る量子箱アレイ中の電子間または正孔間相関の変調を効
率良く行うことができる量子素子を提供することにあ
る。この発明の他の目的は、外部電場により、量子箱ア
レイの一端から他端に流れる電流の変調を効率良く行う
ことができるトランジスタを提供することにある。Therefore, it is an object of the present invention to provide a quantum device capable of efficiently modulating the correlation between electrons or holes in a quantum box array by an external electric field. Another object of the present invention is to provide a transistor capable of efficiently modulating the current flowing from one end to the other end of the quantum box array by an external electric field.
【0006】[0006]
【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の発明による量子素子は、一面内に
互いに隣接して配列された複数の量子箱(QD)を有
し、複数の量子箱(QD)が上記面と直交する方向に対
して組成的に非対称になっているものである。In order to achieve the above object, a quantum device according to the first invention of the present invention has a plurality of quantum boxes (QD) arranged adjacent to each other in one plane, A plurality of quantum boxes (QD) are compositionally asymmetric with respect to a direction orthogonal to the above plane.
【0007】第1の発明による量子素子においては、複
数の量子箱(QD)が上記方向に対して組成的に非対称
になっていることにより複数の量子箱(QD)の量子閉
じ込めの障壁の高さが上記方向に対して変化している。In the quantum device according to the first aspect of the present invention, since the plurality of quantum boxes (QD) are compositionally asymmetric with respect to the above-mentioned direction, the quantum confinement barrier of the plurality of quantum boxes (QD) is high. Changes with respect to the above direction.
【0008】第1の発明による量子素子においては、好
適には、複数の量子箱(QD)が化合物半導体ヘテロ接
合により形成され、その化合物半導体ヘテロ接合を構成
する化合物半導体の混晶比が上記方向に対して変化して
いることにより障壁の高さが上記方向に対して変化して
いる。In the quantum device according to the first aspect of the present invention, preferably, a plurality of quantum boxes (QD) are formed by compound semiconductor heterojunctions, and the mixed crystal ratio of the compound semiconductors forming the compound semiconductor heterojunctions is in the above direction. The height of the barrier changes with respect to the above direction due to the change.
【0009】第1の発明による量子素子の典型的な一実
施形態においては、障壁の高さが上記方向に対して単調
に増加または減少している。In an exemplary embodiment of the quantum device according to the first invention, the height of the barrier increases or decreases monotonically with respect to the above direction.
【0010】第1の発明による量子素子の好適な一実施
形態においては、上記方向に外部電場を印加することに
より複数の量子箱(QD)内の電気伝導度を変調するよ
うにしている。In a preferred embodiment of the quantum device according to the first aspect of the present invention, the electrical conductivity in the plurality of quantum boxes (QDs) is modulated by applying an external electric field in the above direction.
【0011】第1の発明による量子素子の好適な一実施
形態においては、外部電場を印加するための電極(4)
が複数の量子箱(QD)に隣接して設けられている。In a preferred embodiment of the quantum device according to the first invention, an electrode (4) for applying an external electric field.
Are provided adjacent to a plurality of quantum boxes (QDs).
【0012】この発明の第2の発明による量子素子は、
一面内に互いに隣接して配列された複数の量子箱(Q
D)を有し、複数の量子箱(QD)が上記面と直交する
方向に対して形状的に非対称になっているものである。A quantum device according to the second invention of the present invention is
A plurality of quantum boxes (Q
D), and a plurality of quantum boxes (QD) are geometrically asymmetric with respect to the direction orthogonal to the plane.
【0013】第2の発明による量子素子においては、複
数の量子箱(QD)が上記方向に対して形状的に非対称
になっていることにより互いに隣接する量子箱(QD)
間の間隔が上記方向に対して変化している。In the quantum device according to the second aspect of the present invention, the plurality of quantum boxes (QDs) are geometrically asymmetric with respect to the above direction, so that the quantum boxes (QDs) adjacent to each other are formed.
The distance between them changes in the above direction.
【0014】第2の発明による量子素子の典型的な一実
施形態においては、量子箱(QD)間の間隔が上記方向
に対して単調に増加または減少している。In an exemplary embodiment of the quantum device according to the second aspect of the invention, the spacing between the quantum boxes (QDs) monotonically increases or decreases with respect to the above direction.
【0015】第2の発明による量子素子においては、好
適には、複数の量子箱(QD)が化合物半導体ヘテロ接
合により形成されている。In the quantum device according to the second aspect of the present invention, preferably, a plurality of quantum boxes (QD) are formed by a compound semiconductor heterojunction.
【0016】第2の発明による量子素子の好適な一実施
形態においては、上記方向に外部電場を印加することに
より複数の量子箱(QD)内の電気伝導度を変調するよ
うにしている。In a preferred embodiment of the quantum device according to the second invention, the electrical conductivity in the plurality of quantum boxes (QDs) is modulated by applying an external electric field in the above direction.
【0017】第2の発明による量子素子の好適な一実施
形態においては、外部電場を印加するための電極(2
4)が複数の量子箱(QD)に隣接して設けられてい
る。In a preferred embodiment of the quantum device according to the second invention, an electrode (2) for applying an external electric field is used.
4) is provided adjacent to the plurality of quantum boxes (QDs).
【0018】第2の発明による量子素子の好適な実施形
態においては、量子箱(QD)間の間隔が上記方向に対
して変化するようにするため、量子箱(QD)は、錐状
の形状、例えば円錐、三角錐、四角錐または正四面体の
形状を有する。In a preferred embodiment of the quantum device according to the second aspect of the invention, the quantum boxes (QD) have a pyramidal shape so that the spacing between the quantum boxes (QD) changes in the above direction. , For example having the shape of a cone, a triangular pyramid, a quadrangular pyramid or a regular tetrahedron.
【0019】量子箱(QD)は、円錐、三角錐、四角錐
または正四面体の頂部を切除した形状を有するものでも
よい。The quantum box (QD) may have a shape in which the top of a cone, a triangular pyramid, a quadrangular pyramid or a regular tetrahedron is cut off.
【0020】この発明の第3の発明によるトランジスタ
は、一面内に互いに隣接して配列された複数の量子箱
(QD)がチャネル領域に設けられ、複数の量子箱(Q
D)が上記面と直交する方向に対して組成的または形状
的に非対称になっているものである。In the transistor according to the third aspect of the present invention, a plurality of quantum boxes (QD) arranged adjacent to each other in one plane are provided in the channel region, and a plurality of quantum boxes (QD) are provided.
D) is compositionally or geometrically asymmetric with respect to the direction orthogonal to the plane.
【0021】ここで、以下の説明において用いられる
「トランスファー・エネルギー」の物理的意味について
説明しておく。Here, the physical meaning of "transfer energy" used in the following description will be described.
【0022】今、中心座標が(rx 、ry )の量子箱1
と中心座標が(−rx 、−ry )の量子箱2との二つの
量子箱から成る量子箱結合系を考える。そして、この量
子箱結合系における電子のダイナミックスを、孤立した
水素原子の電子状態の厳密解から水素分子イオン(H2
+ )の電子状態を考える場合の有効な近似法として知ら
れているLCAO(Linear Combination of Atomic Orb
itals)近似に基づいて考察する。Now, the quantum box 1 whose center coordinates are (r x , r y )
Considered center coordinates (-r x, -r y) quantum boxes binding system consisting of two quantum boxes and quantum box 2. Then, the dynamics of electrons in this quantum box coupled system can be calculated from the exact solution of the electronic state of the isolated hydrogen atom to the hydrogen molecular ion (H 2
LCAO, which is known as an effective approximation of when considering the electronic states of +) (Linear Combination of Atomic Orb
Itals) Consider based on the approximation.
【0023】このLCAO近似で考えると、最初は孤立
していた量子箱1および量子箱2が互いに接近したとき
には、量子箱1の電子の基底状態|1〉および量子箱2
の電子の基底状態|2〉のエネルギー準位E0 に幅2Δ
Eの分裂が起こり、結合状態と反結合状態との二状態が
得られる。これらの結合状態および反結合状態のエネル
ギーおよび波動関数は次のように表される。Considering this LCAO approximation, when the quantum boxes 1 and 2 that were initially isolated approach each other, the ground state | 1> of the electrons in the quantum box 1 and the quantum box 2
Width of the energy level E 0 of the ground state | 2> of the electron
Splitting of E occurs, and two states, a bound state and an anti-bound state, are obtained. The energies and wave functions of these bound and anti-bound states are expressed as follows.
【0024】[0024]
【数1】 [Equation 1]
【数2】 ここで、ΔEがトランスファー・エネルギーと呼ばれ、
後述のように量子箱間の電子のトンネル時間τの目安と
なるものである。[Equation 2] Where ΔE is called transfer energy,
As described later, it is a measure of the electron tunneling time τ between the quantum boxes.
【0025】この量子箱結合系のハミルトニアンをThe Hamiltonian of this quantum box coupled system is
【数3】 と書くと、[Equation 3] Is written,
【数4】 は、次式で示されるようにこのハミルトニアンの固有状
態となっている。[Equation 4] Is an eigenstate of this Hamiltonian as shown in the following equation.
【数5】 [Equation 5]
【0026】さて、今、例えば量子箱1に電子が局在し
ているとすると、この状態はNow, for example, assuming that electrons are localized in the quantum box 1, this state is
【数6】 と書くことができる。この状態からシュレーディンガー
方程式によって時間発展させると、時刻tにおける状態
は[Equation 6] Can be written. When this state is time-developed by the Schrodinger equation, the state at time t is
【数7】 となる。[Equation 7] Becomes
【0027】これより、From this,
【数8】 を満たす時刻tになると、量子箱1に局在していた電子
は量子箱2に到達していることがわかる。従って、この
LCAO近似の範囲で、量子箱1から量子箱2への電子
のトンネル時間τを[Equation 8] It can be seen that at time t that satisfies, the electrons localized in the quantum box 1 reach the quantum box 2. Therefore, within this LCAO approximation range, the electron tunneling time τ from quantum box 1 to quantum box 2 is
【数9】 と考えることができる。[Equation 9] Can be considered.
【0028】このトンネル時間τは、より一般的には、More generally, this tunnel time τ is
【数10】 と書くことができる。[Equation 10] Can be written.
【0029】以上より、量子箱結合系における電子のダ
イナミックスを最も単純化すれば、量子箱間のトランス
ファー・エネルギーΔEの大きさに依存するトンネリン
グにより電子は運動することになる。From the above, if the dynamics of electrons in the quantum box coupled system is simplified most, the electrons will move by tunneling depending on the magnitude of the transfer energy ΔE between the quantum boxes.
【0030】次に、LCAO近似の範囲内でのトランス
ファー・エネルギーΔEの表式を求める。Next, the expression of the transfer energy ΔE within the range of LCAO approximation will be found.
【0031】今、一辺の長さが2dの単独の正方形量子
箱を考えると、そのポテンシャルエネルギーはNow, considering a single square quantum box having a side length of 2d, its potential energy is
【数11】 である。従って、運動エネルギーをKと書けば、この系
のハミルトニアンは[Equation 11] Is. Therefore, if we write the kinetic energy as K, the Hamiltonian of this system is
【数12】 である。このハミルトニアンの基底状態を[Equation 12] Is. This Hamiltonian ground state
【数13】 とし、そのエネルギーをE0 とすれば、[Equation 13] And its energy is E 0 ,
【数14】 が成り立つ。[Equation 14] Holds.
【0032】これに対し、二つの正方形量子箱からなる
量子箱結合系のハミルトニアンは、次式のように書くこ
とができる。On the other hand, the Hamiltonian of a coupled quantum box system consisting of two square quantum boxes can be written as
【0033】[0033]
【数15】 ただし、一方の量子箱の中心座標および他方の量子箱の
中心座標をすでに述べたように書くと、[Equation 15] However, if the center coordinates of one quantum box and the center coordinates of the other quantum box are written as described above,
【数16】 である。[Equation 16] Is.
【0034】一方、(10)式で示される単独正方形量子箱
のハミルトニアンの基底状態の波動関数はOn the other hand, the wave function of the Hamiltonian ground state of the single square quantum box expressed by the equation (10) is
【数17】 であるが、[Equation 17] In Although,
【数18】 はそれぞれ、[Equation 18] Respectively
【数19】 を満たしている。[Formula 19] Meets
【0035】以上の準備ができたところで、(12)式で示
される量子箱結合系のハミルトニアンのエネルギー固有
値を、(15)式で示される単独正方形量子箱の固有状態の
張る二次元部分空間上で求める。この(15)式で示される
二つの固有状態は直交していないので、まず直交基底を
構成すると、これは例えば以下のようになる。When the above preparation is completed, the energy eigenvalue of the Hamiltonian of the coupled quantum box system expressed by Eq. (12) is calculated on the two-dimensional subspace where the eigenstates of the single square quantum box expressed by Eq. (15) extend. Ask in. Since the two eigenstates shown in Eq. (15) are not orthogonal, if an orthogonal basis is first constructed, this will be as follows, for example.
【0036】[0036]
【数20】 [Equation 20]
【0037】この直交基底でハミルトニアン行列要素を
計算すると、When the Hamiltonian matrix elements are calculated with this orthogonal basis,
【数21】 [Equation 21]
【数22】 [Equation 22]
【数23】 [Equation 23]
【数24】 となる。ただし、これらの行列要素の計算においては、
(16)式および次の式を用いた。[Equation 24] Becomes However, in the calculation of these matrix elements,
Equation (16) and the following equation were used.
【0038】[0038]
【数25】 [Equation 25]
【0039】(20)式および(21)式からわかるようにハミ
ルトニアン行列の非対角要素は0であるので、このハミ
ルトニアン行列は実は対角化されている。従って、エネ
ルギー固有値はAs can be seen from the equations (20) and (21), since the non-diagonal elements of the Hamiltonian matrix are 0, this Hamiltonian matrix is actually diagonalized. Therefore, the energy eigenvalue is
【数26】 であり、その固有ベクトルがそれぞれ、[Equation 26] And their eigenvectors are
【数27】 となっている。[Equation 27] Has become.
【0040】(18)式および(19)式の中で、波動関数の局
在性より、In equations (18) and (19), from the localization of the wave function,
【数28】 が言えるので、エネルギーとして[Equation 28] As energy,
【数29】 のように考えることができる。[Equation 29] Can be thought of as.
【0041】上記のトランスファー・エネルギー(Δ
E)が小さい場合には、電子は各量子箱に局在し、量子
箱間のトンネリングによる電子の運動は抑制される。The transfer energy (Δ
When E) is small, the electrons are localized in each quantum box, and the electron motion due to tunneling between quantum boxes is suppressed.
【0042】[0042]
【作用】上述のように構成されたこの発明の第1の発明
による量子素子によれば、複数の量子箱(QD)がそれ
らの配列面と直交する方向に対して組成的に非対称にな
っていることから、その方向に外部電場を印加して複数
の量子箱(QD)内の電子または正孔の波動関数の分布
を制御することにより、複数の量子箱(QD)から成る
量子箱アレイ中の電子間または正孔間相関の変調を効率
良く行うことができる。According to the quantum device of the first aspect of the present invention configured as described above, a plurality of quantum boxes (QDs) are compositionally asymmetric with respect to a direction orthogonal to their array plane. Therefore, an external electric field is applied in that direction to control the distribution of the electron or hole wave function in the multiple quantum boxes (QDs), so that a quantum box array composed of multiple quantum boxes (QDs) It is possible to efficiently modulate the correlation between electrons or holes.
【0043】上述のように構成されたこの発明の第2の
発明による量子素子によれば、複数の量子箱(QD)が
それらの配列面と直交する方向に対して形状的に非対称
になっていることから、その方向に外部電場を印加して
複数の量子箱(QD)内の電子または正孔の波動関数の
分布を制御することにより、第1の発明による量子素子
と同様に、複数の量子箱(QD)から成る量子箱アレイ
中の電子間または正孔間相関の変調を効率良く行うこと
ができる。According to the quantum element of the second aspect of the present invention configured as described above, the plurality of quantum boxes (QDs) are geometrically asymmetric with respect to the direction orthogonal to their array plane. Therefore, an external electric field is applied in that direction to control the distribution of the wave function of electrons or holes in a plurality of quantum boxes (QDs), so that a plurality of quantum boxes can be produced. It is possible to efficiently modulate the correlation between electrons or holes in a quantum box array including quantum boxes (QD).
【0044】上述のように構成されたこの発明の第3の
発明によるトランジスタによれば、チャネル領域に設け
られた複数の量子箱(QD)がそれらの配列面と直交す
る方向に対して組成的または形状的に非対称になってい
ることから、その方向に外部電場を印加して複数の量子
箱(QD)内の電子または正孔の波動関数の分布を制御
することにより、複数の量子箱(QD)から成る量子箱
アレイ中の電子間または正孔間相関の変調を効率良く行
うことができる。これによって、チャネル領域中をこの
量子箱アレイの一端から他端に流れる電流を外部電場に
より効率良く変調することができ、トランジスタ動作を
実現することができる。According to the transistor of the third aspect of the present invention configured as described above, the plurality of quantum boxes (QDs) provided in the channel region are compositional with respect to the direction orthogonal to their arrangement planes. Or, since they are asymmetrical in shape, a plurality of quantum boxes (QD) are controlled by applying an external electric field in that direction to control the distribution of electron or hole wavefunctions in the plurality of quantum boxes (QD). It is possible to efficiently modulate the correlation between electrons or between holes in a quantum box array made of QD). Thereby, the current flowing from one end to the other end of the quantum box array in the channel region can be efficiently modulated by the external electric field, and the transistor operation can be realized.
【0045】[0045]
【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。図1はこの発明の第1実施例による
量子素子を示す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a quantum device according to the first embodiment of the present invention.
【0046】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、n型GaAs基板1上に、障壁層
としてのi型AlAs層2が設けられている。このi型
AlAs層2中には、量子井戸部としての、例えば直方
体の形状を有するi型AlxGa1-x As層3が所定の
配置でx−y面内に二次元的に複数個埋め込まれてい
る。そして、障壁層としてのi型AlAs層2により量
子井戸部としてのi型Alx Ga1-x As層3の周囲が
取り囲まれた構造によりAlAs/Alx Ga1-x As
ヘテロ接合による量子ドットQDが形成され、この量子
ドットQDがx−y面内に二次元的に複数個配列されて
二次元の量子ドット・アレイが形成されている。ここ
で、量子ドットQDの大きさや隣接する量子ドットQD
間の間隔は、例えばそれぞれ10nm程度に選ばれる。
また、障壁層としてのi型AlAs層2上には、例えば
金属のような導体から成る電極4が設けられている。こ
の場合、n型GaAs基板1がもう一方の電極として用
いられる。この第1実施例による量子素子の動作時にお
いては、例えば、この電極としてのn型GaAs基板1
が接地され、電極4に電圧が印加される。As shown in FIG. 1, in the quantum device according to the first embodiment, an i-type AlAs layer 2 as a barrier layer is provided on an n-type GaAs substrate 1. In the i-type AlAs layer 2, a plurality of i-type Al x Ga 1-x As layers 3 each having a rectangular parallelepiped shape are two-dimensionally arranged in the xy plane in a predetermined arrangement. It is embedded. Then, a structure in which the i-type AlAs layer 2 as a barrier layer surrounds the i-type Al x Ga 1-x As layer 3 as a quantum well portion is surrounded by AlAs / Al x Ga 1-x As.
A heterojunction quantum dot QD is formed, and a plurality of quantum dots QD are two-dimensionally arranged in the xy plane to form a two-dimensional quantum dot array. Here, the size of the quantum dots QD and the adjacent quantum dots QD
The distance between them is selected to be about 10 nm, for example.
Further, an electrode 4 made of a conductor such as a metal is provided on the i-type AlAs layer 2 as the barrier layer. In this case, the n-type GaAs substrate 1 is used as the other electrode. During operation of the quantum device according to the first embodiment, for example, the n-type GaAs substrate 1 as this electrode is used.
Is grounded and a voltage is applied to the electrode 4.
【0047】この第1実施例による量子素子において
は、各量子ドットQDの組成はx−y面に垂直なz軸方
向に沿って変化しており、従って各量子ドットQDはz
軸方向に対して組成的に非対称になっている。具体的に
は、量子井戸部としてのi型Alx Ga1-x As層3の
混晶比(Al組成比)xは、z座標の関数であり、典型
的には線形関数である。In the quantum device according to the first embodiment, the composition of each quantum dot QD changes along the z-axis direction perpendicular to the xy plane, so that each quantum dot QD has a z-direction.
It is compositionally asymmetric with respect to the axial direction. Specifically, the mixed crystal ratio (Al composition ratio) x of the i-type Al x Ga 1-x As layer 3 as the quantum well portion is a function of z coordinate, and is typically a linear function.
【0048】このときの図1の線α−α(z軸方向)に
沿ってのエネルギーバンド構造の一例を図2に示す。図
2に示すように、この場合、i型Alx Ga1-x As層
3の混晶比xは、図1におけるその下側の部分のi型A
lAs層2との界面での0の値から、図1におけるその
上側の部分のi型AlAs層2との界面でのx0の値
(例えば、0.1)までz軸の正方向に線形に単調増加
しており、その結果、i型Alx Ga1-x As層3の伝
導帯の底のエネルギーEc はz軸の正方向に単調に上昇
している。FIG. 2 shows an example of the energy band structure along the line α-α (z-axis direction) in FIG. 1 at this time. As shown in FIG. 2, in this case, the mixed crystal ratio x of the i-type Al x Ga 1 -x As layer 3 is equal to the i-type A of the lower portion in FIG.
From the value of 0 at the interface with the lAs layer 2 to the value of x0 (for example, 0.1) at the interface with the i-type AlAs layer 2 in the upper portion in FIG. 1, linearly in the positive direction of the z axis. The energy E c at the bottom of the conduction band of the i-type Al x Ga 1 -x As layer 3 monotonically increases as a result, and monotonically increases in the positive direction of the z axis.
【0049】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動作原理について説明する。Next, the operating principle of the quantum device according to the first embodiment constructed as described above will be explained.
【0050】まず、この第1実施例による量子素子にお
いて制御すべき量を定義しておく。隣接する量子ドット
QD間を電子がトンネリングにより移動するときの電子
の移りやすさを決める量が、すでに述べたトランスファ
ー・エネルギーT(ここではΔEの代わりにTで表す)
である。また、ここでは、量子ドット・アレイにおける
電子間の多体相互作用のうち、オンサイト・クーロン・
エネルギーUのみを考える。このオンサイト・クーロン
・エネルギーUは、一つの量子ドットQDに電子が二個
入ったときにそれらの間に働くクーロン力により上昇す
るエネルギーである。量子ドット・アレイがハーフ・フ
ィルド(half filled)のとき、つまり一つの量子ドット
QD当たり電子が一つ入っているという電子密度のと
き、この電子系の電気伝導度は、R=T/Uの変化によ
って劇的に変化することが知られている(モット転
移)。この第1実施例による量子素子においては、以下
のようにしてこのRを外部電場により有効に変調する。First, the amount to be controlled in the quantum device according to the first embodiment will be defined. The transfer energy T (which is represented here by T instead of ΔE) is the amount that determines the ease of electron transfer when electrons move between adjacent quantum dots QD by tunneling.
Is. In addition, here, of the many-body interactions between electrons in the quantum dot array, on-site coulomb
Consider only energy U. This on-site Coulomb energy U is energy that rises due to the Coulomb force acting between two electrons when one quantum dot QD contains two electrons. When the quantum dot array is half filled, that is, when the quantum dot QD has an electron density of one electron, the electric conductivity of this electron system is R = T / U. It is known to change dramatically (Mott transition). In the quantum device according to the first embodiment, this R is effectively modulated by the external electric field as follows.
【0051】今、電極4ともう一方の電極としてのn型
GaAs基板1との間に電位差がないとき、すなわちz
軸方向に外部電場が印加されていないときに、量子ドッ
トQDにおける電子状態が図3に示すようになっている
ものとする。図3に示すように、この状態では、量子ド
ットQDにおける電子の波動関数は、z軸の負側(図3
中左側)に偏って分布している。このときの量子ドット
QDにおける電子の量子閉じ込めの実効的障壁高さは図
3に示す通りである。Now, when there is no potential difference between the electrode 4 and the n-type GaAs substrate 1 as the other electrode, that is, z
It is assumed that the electronic state in the quantum dot QD is as shown in FIG. 3 when the external electric field is not applied in the axial direction. As shown in FIG. 3, in this state, the electron wave function in the quantum dot QD has a negative side of the z-axis (see FIG.
(Distributed in the middle left). The effective barrier height for quantum confinement of electrons in the quantum dot QD at this time is as shown in FIG.
【0052】次に、電極4の電位をn型GaAs基板1
の電位よりも高くすることにより、具体的には例えばn
型GaAs基板1を接地し、電極4に正電圧を印加する
ことにより、z軸の負方向の外部電場を印加する。する
と、図4に示すように、量子ドットQDにおける電子の
波動関数の分布は、z軸の正側(図4中右側)、すなわ
ち高電位側に移動する。このときの量子ドットQDにお
ける電子の量子閉じ込めの実効的障壁高さは図4に示す
通りであり、外部電場印加前に比べて減少している。従
って、隣接量子ドットQD間を隔てているトンネリング
障壁高さの低い方、すなわちz軸の正側の部分の隣接量
子ドットQDにおける電子の存在確率が高くなり、その
結果、隣接量子ドットQD間のトランスファー・エネル
ギーTが増加することになる。Next, the potential of the electrode 4 is set to the n-type GaAs substrate 1
By setting the potential higher than the potential of, specifically, for example, n
An external electric field in the negative direction of the z-axis is applied by grounding the GaAs substrate 1 and applying a positive voltage to the electrode 4. Then, as shown in FIG. 4, the distribution of the electron wave function in the quantum dot QD moves to the positive side of the z axis (the right side in FIG. 4), that is, to the high potential side. The effective barrier height of the quantum confinement of electrons in the quantum dot QD at this time is as shown in FIG. 4, which is smaller than that before the application of the external electric field. Therefore, the existence probability of electrons in the one having a lower tunneling barrier height separating the adjacent quantum dots QD, that is, in the adjacent quantum dot QD on the positive side of the z-axis becomes higher, and as a result, between the adjacent quantum dots QD. The transfer energy T will increase.
【0053】このとき、単独の量子ドットQDに着目す
ると、電子の波動関数は外部電場によりz軸方向に広が
っており、電子の量子閉じ込めの強さは小さくなってい
る。一方、オンサイト・クーロン・エネルギーUは、一
般的に、量子閉じ込めの強さの増大に対して増加するの
で、外部電場によりUは減少する。従って、外部電場に
より、 T → 増大 U → 減少 となり、R=T/Uは極めて大幅に増大することがわか
る。そして、この方法によって、量子ドット・アレイ中
の電子系の電子間相関を、外部電場によって効率的に変
調することができる。At this time, focusing on the single quantum dot QD, the wave function of the electron spreads in the z-axis direction by the external electric field, and the quantum confinement strength of the electron becomes small. On the other hand, the on-site Coulomb energy U generally increases as the quantum confinement strength increases, so that U decreases due to the external electric field. Therefore, it can be seen that due to the external electric field, T → increases U → decreases, and R = T / U extremely increases. By this method, the inter-electron correlation of the electron system in the quantum dot array can be efficiently modulated by the external electric field.
【0054】印加電場によるトランスファー・エネルギ
ーTの変化を隣接量子ドット間の間隔dをパラメータと
して計算した結果の一例を図5に示す。ただし、この計
算においては、量子ドットのz軸方向の長さが16n
m、z軸方向に垂直な断面が一辺の長さ6nmの正方形
であるとしている。図5より、d=3nm、4nm、5
nmのいずれの場合においても、電場印加によりトラン
スファー・エネルギーが大きく変化していることがわか
る。FIG. 5 shows an example of the result of calculation of the change in the transfer energy T due to the applied electric field using the interval d between the adjacent quantum dots as a parameter. However, in this calculation, the length of the quantum dot in the z-axis direction is 16n.
A cross section perpendicular to the m and z axis directions is a square having a side length of 6 nm. From FIG. 5, d = 3 nm, 4 nm, 5
It can be seen that in any case of nm, the transfer energy is greatly changed by applying the electric field.
【0055】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.
【0056】まず、図6に示すように、例えば有機金属
化学気相成長(MOCVD)法により、n型GaAs基
板1上に、i型AlAs層2a、i型Alx Ga1-x A
s層3およびi型AlAs層2bを順次エピタキシャル
成長させる。ここで、i型Alx Ga1-x As層3のエ
ピタキシャル成長は、成長原料の供給量を変化させるこ
とにより混晶比xを変化させながら行う。First, as shown in FIG. 6, the i-type AlAs layer 2a and the i-type Al x Ga 1-x A are formed on the n-type GaAs substrate 1 by, for example, the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
The s layer 3 and the i-type AlAs layer 2b are sequentially epitaxially grown. Here, the epitaxial growth of the i-type Al x Ga 1-x As layer 3 is performed while changing the mixed crystal ratio x by changing the supply amount of the growth raw material.
【0057】次に、形成すべき量子ドットQDに対応す
る部分のi型AlAs層2b上に例えば電子ビームリソ
グラフィー法によりレジストパターン(図示せず)を形
成した後、このレジストパターンをマスクとして例えば
反応性イオンエッチング(RIE)法により基板表面と
垂直方向に異方性エッチングを行う。この異方性エッチ
ングは、i型AlAs層2aが露出するまで行う。この
後、レジストパターンを除去する。これによって、図7
に示すように、i型Alx Ga1-x As層3およびi型
AlAs層2bが四角柱状にパターニングされる。Next, after forming a resist pattern (not shown) on the i-type AlAs layer 2b at a portion corresponding to the quantum dot QD to be formed by, for example, an electron beam lithography method, the resist pattern is used as a mask to react, for example. Anisotropic etching is performed in the direction perpendicular to the substrate surface by the reactive ion etching (RIE) method. This anisotropic etching is performed until the i-type AlAs layer 2a is exposed. After that, the resist pattern is removed. As a result, FIG.
As shown in FIG. 5, the i-type Al x Ga 1-x As layer 3 and the i-type AlAs layer 2b are patterned into a rectangular column shape.
【0058】次に、図8に示すように、例えばMOCV
D法によりi型AlAs層2cをエピタキシャル成長さ
せて、四角柱状のi型Alx Ga1-x As層3およびi
型AlAs層2bの間の部分を埋める。この場合、i型
AlAs層2a、2b、2cの全体が図1におけるi型
AlAs層2に対応する。Next, as shown in FIG. 8, for example, MOCV
The i-type AlAs layer 2c is epitaxially grown by the D method to form a square columnar i-type Al x Ga 1-x As layer 3 and i.
The portion between the type AlAs layers 2b is filled. In this case, the entire i-type AlAs layer 2a, 2b, 2c corresponds to the i-type AlAs layer 2 in FIG.
【0059】次に、例えば真空蒸着法やスパッタリング
法によりi型AlAs層2b、2cの全面に金属膜を形
成した後、必要に応じてこの金属膜のパターニングを行
って、図9に示すように、電極4を形成する。これによ
って、目的とする量子素子が完成する。Next, a metal film is formed on the entire surfaces of the i-type AlAs layers 2b and 2c by, for example, a vacuum vapor deposition method or a sputtering method, and then the metal film is patterned as necessary, as shown in FIG. , The electrode 4 is formed. This completes the desired quantum device.
【0060】以上のように、この第1実施例によれば、
各量子ドットQDをそれらの配列面に直交するz軸方向
に対して組成的に非対称にしていることにより、z軸方
向の外部電場による量子ドット・アレイ中の電子間相関
変調を効率良く行うことができる。As described above, according to this first embodiment,
Efficiently performing inter-electron correlation modulation in a quantum dot array by an external electric field in the z-axis direction by making each quantum dot QD compositionally asymmetric with respect to the z-axis direction orthogonal to the array planes thereof. You can
【0061】上述の第1実施例においては、各量子ドッ
トQDをそれらの配列面に垂直なz軸方向に対して組成
的に非対称にしているが、各量子ドットQDをそれらの
配列面に垂直なz軸方向に対して形状的に非対称にした
場合にも、第1実施例と同様な効果を得ることができ
る。すなわち、図10に示すように、例えば、z軸方向
に対して非対称な四面体形状の量子ドットQDを用いて
量子ドット・アレイを形成してもよい。このような四面
体形状の量子ドットQDは、例えば、図11に示すよう
に、図示省略したGaAs基板の全面に例えばSiO2
膜を形成し、このSiO2 膜を選択的にエッチングする
ことにより三角形状の開口を形成した後、この開口の部
分のGaAs基板上にAlGaAs層11を選択的にエ
ピタキシャル成長させ、その上に三角錐状にGaAs層
12をエピタキシャル成長させ、さらにそれらを覆うよ
うにAlGaAs層13をエピタキシャル成長させるこ
とにより形成することができる。In the above-described first embodiment, the quantum dots QD are compositionally asymmetric with respect to the z-axis direction perpendicular to their arrangement planes, but each quantum dot QD is perpendicular to their arrangement planes. Even when the shape is asymmetric with respect to the z-axis direction, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, as shown in FIG. 10, for example, a quantum dot array may be formed using tetrahedral quantum dots QD that are asymmetric with respect to the z-axis direction. Quantum dots QD of such tetrahedral shape, for example, as shown in FIG. 11, the entire surface, for example, SiO 2 of the GaAs substrate (not shown in the figure)
After forming a film and selectively etching the SiO 2 film to form a triangular opening, the AlGaAs layer 11 is selectively epitaxially grown on the GaAs substrate at the opening, and a triangular pyramid is formed thereon. It can be formed by epitaxially growing the GaAs layer 12 and then by epitaxially growing the AlGaAs layer 13 so as to cover them.
【0062】そこで、次に、上述のような量子ドットQ
Dの形状非対称性を利用したこの発明の第2実施例につ
いて説明する。図12はこの発明の第2実施例による量
子素子を示す。Then, next, the quantum dot Q as described above is used.
A second embodiment of the present invention utilizing the shape asymmetry of D will be described. FIG. 12 shows a quantum device according to the second embodiment of the present invention.
【0063】図12に示すように、この第2実施例によ
る量子素子においては、n型GaAs基板21上に、障
壁層としてのi型Aly Ga1-y As層22が設けられ
ている。このi型Aly Ga1-y As層22中には、量
子井戸部としての、例えば四面体の形状を有するi型G
aAs層23が所定の配置でx−y面内に二次元的に複
数個埋め込まれている。そして、障壁層としてのi型A
ly Ga1-y As層22により量子井戸部としてのi型
GaAs層23の周囲が取り囲まれた構造によりAly
Ga1-y As/GaAsヘテロ接合による量子ドットQ
Dが形成され、この量子ドットQDがx−y面内に二次
元的に複数個配列されて二次元の量子ドット・アレイが
形成されている。ここで、量子ドットQDの大きさは例
えば10nm程度に選ばれ、隣接する量子ドットQD間
の間隔はその最大値と最小値との平均値で例えば10n
m程度に選ばれる。また、障壁層としてのi型Aly G
a1-y As層22上には、例えば金属のような導体から
成る電極24が設けられている。この場合、n型GaA
s基板21がもう一方の電極として用いられる。第1実
施例による量子素子と同様に、この第2実施例による量
子素子の動作時においては、例えば、この電極としての
n型GaAs基板21が接地され、電極24に電圧が印
加される。As shown in FIG. 12, in the quantum device according to the second embodiment, an i-type Al y Ga 1-y As layer 22 as a barrier layer is provided on an n-type GaAs substrate 21. In the i-type Al y Ga 1-y As layer 22, for example, an i-type G having a tetrahedral shape as a quantum well portion is formed.
A plurality of aAs layers 23 are two-dimensionally embedded in the xy plane in a predetermined arrangement. And i-type A as a barrier layer
Al y by l y Ga 1-y structure peripherally-surrounded the i-type GaAs layer 23 serving as a quantum well portion by As layer 22
Quantum dot Q with Ga 1-y As / GaAs heterojunction
D is formed, and the quantum dots QD are two-dimensionally arranged in the xy plane to form a two-dimensional quantum dot array. Here, the size of the quantum dots QD is selected to be, for example, about 10 nm, and the interval between the adjacent quantum dots QD is, for example, 10 n as an average value of the maximum value and the minimum value.
m is selected. Further, i-type Al y G as a barrier layer
An electrode 24 made of a conductor such as a metal is provided on the a 1-y As layer 22. In this case, n-type GaA
The s substrate 21 is used as the other electrode. Similar to the quantum device according to the first embodiment, during operation of the quantum device according to the second embodiment, for example, the n-type GaAs substrate 21 as this electrode is grounded and a voltage is applied to the electrode 24.
【0064】この第2実施例による量子素子において
は、量子井戸部としてのi型GaAs層23が四面体の
形状を有していることにより、各量子ドットQDはz軸
方向に対して形状的に非対称になっている。この場合、
x−y面に平行に切断したときの各量子ドットQDの断
面積は、z軸の正方向に単調に減少している。そして、
隣接する量子ドットQD間の間隔は、図13に示すよう
に、z軸の正方向に単調に増加している。In the quantum device according to the second embodiment, since the i-type GaAs layer 23 as the quantum well portion has a tetrahedral shape, each quantum dot QD has a geometrical shape in the z-axis direction. Is asymmetrical. in this case,
The cross-sectional area of each quantum dot QD when cut in parallel to the xy plane monotonically decreases in the positive direction of the z axis. And
The spacing between the adjacent quantum dots QD monotonically increases in the positive direction of the z-axis, as shown in FIG.
【0065】次に、上述のように構成されたこの第2実
施例による量子素子の動作原理について説明する。Next, the operating principle of the quantum device according to the second embodiment constructed as described above will be explained.
【0066】まず、電極24の電位をもう一方の電極と
してのn型GaAs基板21よりも低くすることによ
り、具体的には例えばn型GaAs基板21を接地し、
電極24に負電圧を印加することにより、z軸の正方向
の外部電場を印加する。すると、各量子ドットQD内の
電子は、z軸の負方向に力を受け、図13における各量
子ドットQDの下部に引き寄せられる。すなわち、各量
子ドットQD内の電子の波動関数はz軸の負側に偏って
分布する。このとき、隣接する量子ドットQD間の間隔
は実効的に減少し、従って隣接する量子ドットQD間の
障壁の幅は実効的に減少する。このため、電子は隣接す
る量子ドットQD間をトンネリングにより移動しやすく
なり、トランスファー・エネルギーTは増加する。First, the potential of the electrode 24 is set lower than that of the n-type GaAs substrate 21 serving as the other electrode, specifically, for example, the n-type GaAs substrate 21 is grounded,
By applying a negative voltage to the electrode 24, an external electric field in the positive direction of the z axis is applied. Then, the electrons in each quantum dot QD receive a force in the negative direction of the z-axis and are attracted to the lower part of each quantum dot QD in FIG. That is, the wave function of the electron in each quantum dot QD is distributed biased to the negative side of the z axis. At this time, the interval between the adjacent quantum dots QD is effectively reduced, and thus the width of the barrier between the adjacent quantum dots QD is effectively reduced. Therefore, the electrons easily move between the adjacent quantum dots QD by tunneling, and the transfer energy T increases.
【0067】これに対し、外部電場の印加方向を上述と
逆方向、すなわちz軸の負方向にすると、各量子ドット
QD内の電子は、z軸の正方向に力を受け、図13にお
ける各量子ドットQDの上部、すなわち四面体の頂部に
押しやられる。すなわち、各量子ドットQD内の電子の
波動関数はz軸の正側に偏って分布する。このとき、隣
接する量子ドットQD間の間隔は実効的に増加し、従っ
て隣接する量子ドットQD間の障壁の幅は実効的に増加
する。このため、電子は隣接する量子ドットQD間をト
ンネリングにより移動しにくくなり、トランスファー・
エネルギーTは減少する。On the other hand, when the external electric field is applied in the opposite direction, that is, in the negative direction of the z-axis, the electrons in each quantum dot QD receive a force in the positive direction of the z-axis, and the electrons in FIG. It is pushed to the top of the quantum dot QD, that is, the top of the tetrahedron. That is, the wave function of the electron in each quantum dot QD is distributed biased to the positive side of the z axis. At this time, the interval between the adjacent quantum dots QD effectively increases, and therefore the width of the barrier between the adjacent quantum dots QD effectively increases. For this reason, it becomes difficult for electrons to move between adjacent quantum dots QD due to tunneling, and
Energy T decreases.
【0068】以上のようにして、量子ドットQD間のト
ランスファー・エネルギーTをz軸方向の外部電場によ
って効率的に変調することができる。As described above, the transfer energy T between the quantum dots QD can be efficiently modulated by the external electric field in the z-axis direction.
【0069】第1実施例で説明したと同様に、量子ドッ
ト・アレイがハーフ・フィルドのとき、つまり一つの量
子ドットQD当たり電子が一つ入っているという電子密
度のとき、この電子系の電気伝導度は、R=T/Uの変
化によって劇的に変化する。すなわち、z軸方向の外部
電場により、量子ドット・アレイ中の電子系の電子間相
関を効率的に変調することができ、これによってR=T
/Uを効率的に変調することができる。As described in the first embodiment, when the quantum dot array is half-filled, that is, when the quantum dot QD has an electron density of one electron, the electricity of this electron system is changed. The conductivity changes dramatically with changes in R = T / U. That is, an external electric field in the z-axis direction can efficiently modulate the inter-electron correlation of the electron system in the quantum dot array, whereby R = T
/ U can be efficiently modulated.
【0070】なお、量子ドット・アレイを構成する量子
ドットQDが周期的に配列されている場合、その周期性
により形成されるサブバンドの幅は、トランスファー・
エネルギーTに比例する。従って、この場合には、この
量子ドットQDが周期的に配列された量子ドット・アレ
イのサブバンドの幅を効率的に変調することができるこ
とがわかる。このようなサブバンド幅変調法は、例え
ば、速度変調トランジスタ(Jpn. J. Appl. Phys. 21,
L381(1982))に応用することができる。When the quantum dots QD forming the quantum dot array are arranged periodically, the width of the subband formed by the periodicity is
Proportional to energy T. Therefore, in this case, it is understood that the width of the subband of the quantum dot array in which the quantum dots QD are periodically arranged can be efficiently modulated. Such a sub-bandwidth modulation method is disclosed in, for example, a velocity modulation transistor (Jpn. J. Appl. Phys. 21,
L381 (1982)) can be applied.
【0071】次に、上述のように構成されたこの第2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 second embodiment having the above structure will be described.
【0072】まず、図14に示すように、例えばMOC
VD法により、n型GaAs基板21上に、i型Aly
Ga1-y As層22aをエピタキシャル成長させる。First, as shown in FIG. 14, for example, MOC
By the VD method, i-type Al y is formed on the n-type GaAs substrate 21.
The Ga 1-y As layer 22a is epitaxially grown.
【0073】次に、例えば、福井らにより提案された方
法(T.Fukui, S.Ando, and H.Saito,Science and Techno
logy of Mesoscopic Structures, p.353, ed. S.Namba,
C.Hamaguchi, and T.Ando(Springer-Verlag, Tokyo, 1
992)) により、図15に示すように、i型Aly Ga
1-y As層22a上に、量子井戸層としての四面体形状
のi型GaAs層23を二次元アレイ状に形成する。す
なわち、i型Aly Ga1-y As層22aの全面にCV
D法により例えばSiO2 膜(図示せず)を形成し、こ
のSiO2 膜を選択的にエッチングすることにより正三
角形状の開口を二次元アレイ状に形成した後、i型Ga
As層をエピタキシャル成長させる。これによって、図
15に示すように、これらの開口の部分のi型Aly G
a1-y As層22a上に四面体形状のi型GaAs層2
3が選択的にエピタキシャル成長される。Next, for example, the method proposed by Fukui et al. (T. Fukui, S. Ando, and H. Saito, Science and Techno
logy of Mesoscopic Structures, p.353, ed. S. Namba,
C. Hamaguchi, and T. Ando (Springer-Verlag, Tokyo, 1
By 992)), as shown in FIG. 15, i-type Al y Ga
A tetrahedral i-type GaAs layer 23 serving as a quantum well layer is formed in a two-dimensional array on the 1-y As layer 22a. That is, the CV is formed on the entire surface of the i-type Al y Ga 1-y As layer 22a.
For example, a SiO 2 film (not shown) is formed by the D method, and the SiO 2 film is selectively etched to form equilateral triangular openings in a two-dimensional array.
The As layer is epitaxially grown. Thus, as shown in FIG. 15, i-type Al y G portion of these openings
The tetrahedral i-type GaAs layer 2 is formed on the a 1-y As layer 22a.
3 is selectively epitaxially grown.
【0074】次に、上述の選択エピタキシャル成長に用
いたSiO2 膜をエッチング除去した後、図16に示す
ように、例えばMOCVD法によりi型Aly Ga1-y
As層22bをエピタキシャル成長させて、四面体形状
のi型GaAs層23の間の部分を埋める。この場合、
i型Aly Ga1-y As層22a、22bの全体が図1
2におけるi型Aly Ga1-y As層22に対応する。Next, after removing the SiO 2 film used for the selective epitaxial growth by etching, as shown in FIG. 16, for example, i-type Al y Ga 1-y is formed by MOCVD.
The As layer 22b is epitaxially grown to fill the portion between the tetrahedral i-type GaAs layers 23. in this case,
The i-type Al y Ga 1-y As layers 22a and 22b are entirely shown in FIG.
2 corresponds to the i-type Al y Ga 1-y As layer 22 in FIG.
【0075】次に、例えば真空蒸着法やスパッタリング
法によりi型Aly Ga1-y As層22bの全面に金属
膜を形成した後、必要に応じてこの金属膜のパターニン
グを行って、図12に示すように、電極24を形成す
る。これによって、目的とする量子素子が完成する。Next, a metal film is formed on the entire surface of the i-type Al y Ga 1-y As layer 22b by, for example, a vacuum vapor deposition method or a sputtering method, and then the metal film is patterned if necessary, and the pattern shown in FIG. The electrode 24 is formed as shown in FIG. This completes the desired quantum device.
【0076】以上のように、この第2実施例によれば、
各量子ドットQDをそれらの配列面に直交するz軸方向
に対して形状的に非対称にしていることにより、第1実
施例と同様に、z軸方向の外部電場による量子ドット・
アレイ中の電子間相関変調を効率良く行うことができ
る。As described above, according to the second embodiment,
By making each quantum dot QD geometrically asymmetric with respect to the z-axis direction orthogonal to their array plane, the quantum dots by an external electric field in the z-axis direction can be formed in the same manner as in the first embodiment.
Correlation modulation between electrons in the array can be efficiently performed.
【0077】図17はこの発明の第3実施例による量子
素子を示す。図17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、量子ドットQDの量子井戸部と
してのi型GaAs層23は、例えば四角錐の頂部をそ
れに対向する底面に平行な面で切除した凸形状を有す
る。量子井戸部としてのi型GaAs層23がこのよう
な形状を有していることにより、各量子ドットQDはz
軸方向に対して形状的に非対称になっている。そして、
この場合、x−y面に平行に切断したときの各量子ドッ
トQDの断面積は、z軸の正方向に単調に減少してお
り、隣接する量子ドットQD間の間隔は、z軸の正方向
に単調に増加している。FIG. 17 shows a quantum device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 17, in the quantum device according to the third embodiment, the i-type GaAs layer 23 as the quantum well part of the quantum dot QD is cut off, for example, at the top of the quadrangular pyramid in a plane parallel to the bottom face opposite thereto. It has a convex shape. Since the i-type GaAs layer 23 as the quantum well portion has such a shape, each quantum dot QD is z-shaped.
The shape is asymmetric with respect to the axial direction. And
In this case, the cross-sectional area of each quantum dot QD when cut parallel to the xy plane monotonically decreases in the positive direction of the z-axis, and the interval between adjacent quantum dots QD is the positive z-axis. Direction is increasing monotonically.
【0078】この第3実施例による量子素子の上記以外
の構成は、第2実施例による量子素子と同様であるの
で、説明を省略する。また、この第3実施例による量子
素子の動作原理も第2実施例による量子素子と同様であ
るので、説明を省略する。The structure of the quantum device according to the third embodiment other than the above is the same as that of the quantum device according to the second embodiment, and the description thereof will be omitted. Further, the operating principle of the quantum device according to the third embodiment is also the same as that of the quantum device according to the second embodiment, and the description thereof will be omitted.
【0079】次に、この第3実施例による量子素子の製
造方法について説明する。まず、図18に示すように、
例えばMOCVD法により、n型GaAs基板21上
に、i型Aly Ga1-y As層22a、i型GaAs層
23およびi型Aly Ga1-y As層22bを順次エピ
タキシャル成長させる。次に、このi型Aly Ga1-y
As層22b上に、形成すべき量子ドットQDに対応し
た形状のマスク25を形成する。このマスク25は例え
ばレジストにより形成される。Next, a method of manufacturing the quantum device according to the third embodiment will be described. First, as shown in FIG.
For example, the i-type Al y Ga 1-y As layer 22a, the i-type GaAs layer 23, and the i-type Al y Ga 1-y As layer 22b are sequentially epitaxially grown on the n-type GaAs substrate 21 by the MOCVD method. Next, this i-type Al y Ga 1-y
A mask 25 having a shape corresponding to the quantum dots QD to be formed is formed on the As layer 22b. The mask 25 is formed of, for example, a resist.
【0080】次に、このマスク25を用いて、例えばウ
エットエッチング法により、サイドエッチングが大きく
なる条件で、i型Aly Ga1-y As層22bおよびi
型GaAs層23を順次エッチングする。これによっ
て、図19に示すように、これらのi型Aly Ga1-y
As層22bおよびi型GaAs層23が、頂部が切除
された四角錐状の形状にパターニングされる。Next, using the mask 25, the i-type Al y Ga 1-y As layers 22b and i are formed by the wet etching method under the condition that the side etching becomes large.
The type GaAs layer 23 is sequentially etched. As a result, as shown in FIG. 19, these i-type Al y Ga 1-y are formed.
The As layer 22b and the i-type GaAs layer 23 are patterned into a quadrangular pyramid shape with the top cut off.
【0081】次に、マスク25を除去した後、例えばM
OCVD法により、図20に示すように、i型Aly G
a1-y As層22cをエピタキシャル成長させて、頂部
が切除された四角錐状の形状のi型Aly Ga1-y As
層22bおよびi型GaAs層23の間の部分を埋め
る。この場合、i型Aly Ga1-y As層22a、22
b、22cの全体が図17におけるi型Aly Ga1-y
As層22に対応する。Next, after removing the mask 25, for example, M
By the OCVD method, as shown in FIG. 20, i-type Al y G
a 1-y, As layer 22c is epitaxially grown, the pyramidal shape in which the top portion is cut i-type Al y Ga 1-y As
The portion between the layer 22b and the i-type GaAs layer 23 is filled. In this case, the i-type Al y Ga 1-y As layers 22a, 22
b, i overall 22c is shown in FIG. 17 type Al y Ga 1-y
It corresponds to the As layer 22.
【0082】次に、例えば真空蒸着法やスパッタリング
法によりi型Aly Ga1-y As層22b、22c上に
金属膜を形成した後、必要に応じてこの金属膜のパター
ニングを行って、図17に示すように、電極24を形成
する。これによって、目的とする量子素子が完成する。
この第3実施例によっても、第2実施例と同様な利点を
得ることができる。Next, after a metal film is formed on the i-type Al y Ga 1-y As layers 22b and 22c by, for example, a vacuum vapor deposition method or a sputtering method, the metal film is patterned as necessary, As shown in 17, an electrode 24 is formed. This completes the desired quantum device.
Also in the third embodiment, the same advantages as those in the second embodiment can be obtained.
【0083】次に、この発明の第4実施例について説明
する。この第4実施例は、この発明を電界効果トランジ
スタに適用した実施例である。図21はこの発明の第4
実施例による電界効果トランジスタを示す。Next explained is the fourth embodiment of the invention. The fourth embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a field effect transistor. FIG. 21 shows the fourth embodiment of the present invention.
3 shows a field effect transistor according to an example.
【0084】図21に示すように、この第4実施例によ
る電界効果トランジスタにおいては、例えば半絶縁性G
aAs基板31中に、電極として用いられるn型GaA
s層32が設けられている。これらの半絶縁性GaAs
基板31およびn型GaAs層32上には、チャネル領
域としてのi型Aly Ga1-y As層33が設けられて
いる。第2実施例と同様に、このi型Aly Ga1-y A
s層33中に、量子井戸部としての、例えば四面体の形
状を有するi型GaAs層34が所定の配置でx−y面
内に二次元的に複数個埋め込まれている。そして、障壁
層としてのi型Aly Ga1-y As層33により量子井
戸部としてのi型GaAs層34の周囲が取り囲まれた
構造によりAly Ga1-y As/GaAsヘテロ接合に
よる量子ドットQDが形成され、この量子ドットQDが
x−y面内に二次元的に複数個配列されて二次元の量子
ドット・アレイが形成されている。また、このi型Al
yGa1-y As層33上には、例えば金属のような導体
から成るゲート電極35が設けられている。さらに、こ
のi型Aly Ga1-y As層33の両端には、例えば金
属のような導体から成るソース電極36およびドレイン
電極37がそれぞれ設けられている。As shown in FIG. 21, in the field effect transistor according to the fourth embodiment, for example, semi-insulating G
n-type GaA used as an electrode in the aAs substrate 31
The s layer 32 is provided. These semi-insulating GaAs
An i-type Al y Ga 1-y As layer 33 as a channel region is provided on the substrate 31 and the n-type GaAs layer 32. Similar to the second embodiment, this i-type Al y Ga 1-y A
In the s layer 33, a plurality of i-type GaAs layers 34 having a tetrahedral shape, for example, as quantum well portions are two-dimensionally embedded in the xy plane in a predetermined arrangement. Then, a quantum dot formed by an Al y Ga 1-y As / GaAs heterojunction is formed by a structure in which the i-type Al y Ga 1-y As layer 33 as a barrier layer surrounds the i-type GaAs layer 34 as a quantum well portion. QDs are formed, and the quantum dots QDs are two-dimensionally arranged in the xy plane to form a two-dimensional quantum dot array. In addition, this i-type Al
A gate electrode 35 made of a conductor such as a metal is provided on the y Ga 1 -y As layer 33. Further, a source electrode 36 and a drain electrode 37 made of a conductor such as metal are provided on both ends of the i-type Al y Ga 1-y As layer 33, respectively.
【0085】次に、上述のように構成されたこの第4実
施例による電界効果トランジスタの動作原理について説
明する。ここでは、ソース電極36は接地しておき、ド
レイン電極37には所定の正電圧を印加しておくものと
する。また、電極として用いられるn型GaAs層32
は接地しておくものとする。Next, the operating principle of the field effect transistor according to the fourth embodiment constructed as described above will be described. Here, the source electrode 36 is grounded and a predetermined positive voltage is applied to the drain electrode 37. Also, the n-type GaAs layer 32 used as an electrode
Shall be grounded.
【0086】まず、ゲート電極35に負電圧を印加する
ことにより、チャネル領域としてのi型Aly Ga1-y
As層33にz軸の正方向の外部電場を印加すると、第
2実施例で述べたと同様に、このチャネル領域としての
i型Aly Ga1-y As層33中に埋め込まれた各量子
ドットQD内の電子は、z軸の負方向に力を受け、各量
子ドットQDの下部に引き寄せられる。このとき、隣接
する量子ドットQD間の間隔は実効的に減少し、従って
隣接する量子ドットQD間の障壁の幅は実効的に減少す
る。このため、電子は隣接する量子ドットQD間をトン
ネリングにより移動しやすくなり、トランスファー・エ
ネルギーTは増加する。このとき、ソース電極36およ
びドレイン電極37間にはドレイン電流が流れやすい。First, by applying a negative voltage to the gate electrode 35, an i-type Al y Ga 1-y as a channel region is formed.
When applying a positive direction of the external electric field in the z-axis As layer 33, in the same manner as described in the second embodiment, the quantum dots embedded in the i-type Al y Ga 1-y As layer 33 serving as the channel region The electrons in the QD receive a force in the negative direction of the z-axis and are attracted to the bottom of each quantum dot QD. At this time, the interval between the adjacent quantum dots QD is effectively reduced, and thus the width of the barrier between the adjacent quantum dots QD is effectively reduced. Therefore, the electrons easily move between the adjacent quantum dots QD by tunneling, and the transfer energy T increases. At this time, a drain current easily flows between the source electrode 36 and the drain electrode 37.
【0087】一方、外部電場の印加方向を上述と逆方
向、すなわちz軸の負方向とすると、各量子ドットQD
内の電子は、z軸の正方向に力を受け、各量子ドットQ
Dの上部、すなわち四面体の頂部に押しやられる。この
とき、隣接する量子ドットQD間の間隔は実効的に増加
し、従って隣接する量子ドットQD間の障壁の幅は実効
的に増加する。このため、電子は隣接する量子ドットQ
D間をトンネリングにより移動しにくくなり、トランス
ファー・エネルギーTは減少する。このとき、ソース電
極36およびドレイン電極37間にはドレイン電流が流
れにくい。On the other hand, assuming that the external electric field is applied in the opposite direction, that is, in the negative direction of the z-axis, each quantum dot QD
The electrons inside receive a force in the positive direction of the z-axis, and each quantum dot Q
Pushed to the top of D, the top of the tetrahedron. At this time, the interval between the adjacent quantum dots QD effectively increases, and therefore the width of the barrier between the adjacent quantum dots QD effectively increases. For this reason, the electrons are
It becomes difficult to move between D by tunneling, and the transfer energy T decreases. At this time, it is difficult for a drain current to flow between the source electrode 36 and the drain electrode 37.
【0088】以上のように、ゲート電極35に電圧を印
加することによりz軸方向の外部電場を印加し、この外
部電場により量子ドットQD間のトランスファー・エネ
ルギーTを効率的に変調することができる。これによっ
て、ソース電極36およびドレイン電極37間に流れる
ドレイン電流の変調を効率的に行うことができ、トラン
ジスタ動作を実現することができる。As described above, an external electric field in the z-axis direction is applied by applying a voltage to the gate electrode 35, and the transfer energy T between the quantum dots QD can be efficiently modulated by this external electric field. . Thereby, the drain current flowing between the source electrode 36 and the drain electrode 37 can be efficiently modulated, and the transistor operation can be realized.
【0089】次に、上述のように構成されたこの第4実
施例による電界効果トランジスタの製造方法について説
明する。Next, a method of manufacturing the field effect transistor according to the fourth embodiment having the above structure will be described.
【0090】まず、半絶縁性GaAs基板31中にn型
不純物を例えばイオン注入法により選択的にドープする
ことにより、n型GaAs層32を形成する。次に、こ
れらの半絶縁性GaAs基板31およびn型GaAs層
32上に、例えばMOCVD法によりi型Aly Ga
1-y As層33をエピタキシャル成長させた後、このi
型Aly Ga1-y As層33をエッチングによりチャネ
ル領域の形状にパターニングする。この後、このi型A
ly Ga1-y As層33上にゲート電極35を形成する
とともに、このi型Aly Ga1-y As層33の両端に
ソース電極36およびドレイン電極37をそれぞれ形成
する。これによって、目的とする電界効果トランジスタ
が完成する。First, the n-type GaAs layer 32 is formed by selectively doping the semi-insulating GaAs substrate 31 with an n-type impurity by, for example, an ion implantation method. Next, on the semi-insulating GaAs substrate 31 and the n-type GaAs layer 32, i-type Al y Ga is formed by, for example, the MOCVD method.
After epitaxially growing the 1-y As layer 33, this i
Type Al y Ga 1-y As layer 33 is patterned into the shape of the channel region by etching. After this, this i-type A
A gate electrode 35 is formed on the l y Ga 1-y As layer 33, and a source electrode 36 and a drain electrode 37 are formed on both ends of the i-type Al y Ga 1-y As layer 33, respectively. As a result, the intended field effect transistor is completed.
【0091】以上のように、この第4実施例によれば、
チャネル領域としてのi型Aly Ga1-y As層33中
にx−y面内の量子ドット・アレイを設けているので、
この量子ドット・アレイを構成する量子ドットQDの配
列面に直交するz軸方向に印加する外部電場により、ド
レイン電流を効率的に変調することができる。As described above, according to the fourth embodiment,
Since there is provided a quantum dot array in the x-y plane in the i-type Al y Ga 1-y As layer 33 as a channel region,
The drain current can be efficiently modulated by the external electric field applied in the z-axis direction orthogonal to the array surface of the quantum dots QD forming the quantum dot array.
【0092】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。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, 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.
【0093】例えば、上述の第1実施例〜第4実施例に
おいては、量子ドットが二次元的に配列された二次元の
量子ドット・アレイを用いた場合について説明したが、
この発明は、量子ドットが一次元的または三次元的に配
列された一次元または三次元の量子ドット・アレイを用
いる場合にも、同様に適用することが可能である。For example, in the above-described first to fourth embodiments, the case where the two-dimensional quantum dot array in which the quantum dots are two-dimensionally arranged is used has been described.
The present invention can be similarly applied to the case of using a one-dimensional or three-dimensional quantum dot array in which quantum dots are arranged one-dimensionally or three-dimensionally.
【0094】また、上述の第4実施例においては、チャ
ネル領域に設ける量子ドット・アレイを構成する量子ド
ットQDとしてz軸方向に形状非対称性を有するものを
用いているが、この量子ドットQDとしては、例えば第
1実施例において用いたような、z軸方向に組成非対称
性を有するものを用いてもよい。In the fourth embodiment described above, the quantum dots QD forming the quantum dot array provided in the channel region have the shape asymmetry in the z-axis direction. May have composition asymmetry in the z-axis direction as used in the first embodiment, for example.
【0095】なお、上述の第1実施例においては、量子
ドットQDの量子井戸部を構成するi型Alx Ga1-x
As層3の混晶比xをz軸方向に変化させているが、量
子ドットQDの量子井戸部をz軸方向の多重量子井戸構
造とし、その量子井戸部の幅を変えて電子の有効質量を
z軸方向に変化させることによっても、第1実施例と同
様な効果を得ることが可能である。In the first embodiment, the i-type Al x Ga 1-x forming the quantum well portion of the quantum dot QD is used.
Although the mixed crystal ratio x of the As layer 3 is changed in the z-axis direction, the quantum well portion of the quantum dot QD has a multiple quantum well structure in the z-axis direction and the effective mass of electrons is changed by changing the width of the quantum well portion. It is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment by changing the value in the z-axis direction.
【0096】[0096]
【発明の効果】以上説明したように、この発明による量
子素子によれば、複数の量子箱がその配列面と直交する
方向に対して組成的または形状的に非対称になっている
ことから、外部電場による量子箱アレイ中の電子間また
は正孔間相関の変調を効率良く行うことができる。ま
た、この発明によるトランジスタによれば、一面内に互
いに隣接して配列された複数の量子箱がチャネル領域に
設けられ、これらの複数の量子箱が上記面と直交する方
向に対して組成的または形状的に非対称になっているこ
とから、外部電場により、量子箱アレイの一端から他端
に流れる電流の変調を効率良く行うことができる。As described above, according to the quantum device of the present invention, a plurality of quantum boxes are compositionally or geometrically asymmetric with respect to the direction orthogonal to the array plane, It is possible to efficiently modulate the correlation between electrons or holes in the quantum box array by the electric field. Further, according to the transistor of the present invention, a plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other in one surface are provided in the channel region, and the plurality of quantum boxes are compositionally or perpendicular to the direction orthogonal to the surface. Since the shapes are asymmetric, the current flowing from one end to the other end of the quantum box array can be efficiently modulated by the external electric field.
【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】図1の線α−αに沿う方向のエネルギーバンド
図である。FIG. 2 is an energy band diagram in a direction along a line α-α of FIG.
【図3】この発明の第1実施例による量子素子の動作原
理を説明するためのエネルギーバンド図である。FIG. 3 is an energy band diagram for explaining the operating principle of the quantum device 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動作原
理を説明するためのエネルギーバンド図である。FIG. 4 is an energy band diagram for explaining the operating principle of the quantum device according to the first embodiment of the present invention.
【図5】トランスファー・エネルギーの印加電場依存性
の計算結果の一例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of a calculation result of applied electric field dependence of transfer energy.
【図6】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斜視図である。FIG. 6 is a perspective view for explaining the method of manufacturing 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の製造方
法を説明するための斜視図である。FIG. 7 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the first embodiment of the present invention.
【図8】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斜視図である。FIG. 8 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the first embodiment of the present invention.
【図9】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斜視図である。FIG. 9 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the first embodiment of the present invention.
【図10】四面体形状の量子ドットを示す斜視図であ
る。FIG. 10 is a perspective view showing a tetrahedral quantum dot.
【図11】四面体形状の量子ドットの具体的な構造例を
示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a specific structural example of a tetrahedral quantum dot.
【図12】この発明の第2実施例による量子素子を示す
斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing a quantum device according to a second embodiment of the present invention.
【図13】この発明の第2実施例による量子素子の動作
原理を説明するための略線図である。FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the quantum device according to the second embodiment of the present invention.
【図14】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. 14 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the second embodiment of the present invention.
【図15】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. 15 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the second embodiment of the present invention.
【図16】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. 16 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the second embodiment of the present invention.
【図17】この発明の第3実施例による量子素子を示す
斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a quantum device according to a third embodiment of the present invention.
【図18】この発明の第3実施例による量子素子の製造
方法を説明するための略線図である。FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the method of manufacturing the quantum element according to the third embodiment of the present invention.
【図19】この発明の第3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. 19 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the third embodiment of the present invention.
【図20】この発明の第3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. 20 is a perspective view for explaining the method of manufacturing the quantum device according to the third embodiment of the present invention.
【図21】この発明の第4実施例による電界効果トラン
ジスタを示す断面図である。FIG. 21 is a sectional view showing a field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
1、21 n型GaAs基板 2、2a、2b、2c i型AlAs層 3 i型Alx Ga1-x As層 4、24 電極 22、22a、22b、22c、33 i型Aly Ga
1-y As層 23、34 i型GaAs層 31 半絶縁性GaAs基板 32 n型GaAs層 35 ゲート電極 36 ソース電極 37 ドレイン電極 QD 量子ドット1, 21 n-type GaAs substrate 2, 2a, 2b, 2c i-type AlAs layer 3 i-type Al x Ga 1-x As layer 4, 24 electrode 22, 22a, 22b, 22c, 33 i-type Al y Ga
1-y As layer 23, 34 i-type GaAs layer 31 semi-insulating GaAs substrate 32 n-type GaAs layer 35 gate electrode 36 source electrode 37 drain electrode QD quantum dot
Claims (17)
の量子箱を有し、 上記複数の量子箱が上記面と直交する方向に対して組成
的に非対称になっていることを特徴とする量子素子。1. A plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other in one plane, wherein the plurality of quantum boxes are compositionally asymmetric with respect to a direction orthogonal to the plane. Quantum element to do.
成的に非対称になっていることにより上記複数の量子箱
の量子閉じ込めの障壁の高さが上記方向に対して変化し
ていることを特徴とする請求項1記載の量子素子。2. The height of barriers for quantum confinement of the plurality of quantum boxes changes with respect to the direction because the plurality of quantum boxes are compositionally asymmetric with respect to the direction. The quantum device according to claim 1, wherein:
接合により形成されていることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の量子素子。3. The quantum device according to claim 1, wherein the plurality of quantum boxes are formed by a compound semiconductor heterojunction.
化合物半導体の混晶比が上記方向に対して変化している
ことにより上記障壁の高さが上記方向に対して変化して
いることを特徴とする請求項3記載の量子素子。4. The height of the barrier changes with respect to the direction because the mixed crystal ratio of the compound semiconductor forming the compound semiconductor heterojunction changes with respect to the direction. The quantum device according to claim 3.
に増加または減少していることを特徴とする請求項2、
3または4記載の量子素子。5. The height of the barrier increases or decreases monotonically with respect to the direction.
3. The quantum device according to 3 or 4.
り上記複数の量子箱内の電気伝導度を変調するようにし
たことを特徴とする請求項2、3、4または5記載の量
子素子。6. The quantum device according to claim 2, wherein the electrical conductivity in the quantum boxes is modulated by applying an external electric field in the direction.
記複数の量子箱に隣接して設けられていることを特徴と
する請求項6記載の量子素子。7. The quantum device according to claim 6, wherein an electrode for applying the external electric field is provided adjacent to the plurality of quantum boxes.
の量子箱を有し、 上記複数の量子箱が上記面と直交する方向に対して形状
的に非対称になっていることを特徴とする量子素子。8. A plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other in one plane, wherein the plurality of quantum boxes are geometrically asymmetric with respect to a direction orthogonal to the plane. Quantum element to do.
状的に非対称になっていることにより互いに隣接する上
記量子箱間の間隔が上記方向に対して変化していること
を特徴とする請求項8記載の量子素子。9. The plurality of quantum boxes are geometrically asymmetric with respect to the direction, so that the interval between the quantum boxes adjacent to each other changes with respect to the direction. The quantum device according to claim 8.
て単調に増加または減少していることを特徴とする請求
項9記載の量子素子。10. The quantum device according to claim 9, wherein the spacing between the quantum boxes monotonically increases or decreases with respect to the direction.
ロ接合により形成されていることを特徴とする請求項
8、9または10記載の量子素子。11. The quantum device according to claim 8, wherein the plurality of quantum boxes are formed by a compound semiconductor heterojunction.
より上記複数の量子箱内の電気伝導度を変調するように
したことを特徴とする請求項9、10または11記載の
量子素子。12. The quantum device according to claim 9, 10 or 11, wherein the electrical conductivity in each of the quantum boxes is modulated by applying an external electric field in the direction.
上記複数の量子箱に隣接して設けられていることを特徴
とする請求項12記載の量子素子。13. The quantum device according to claim 12, wherein an electrode for applying the external electric field is provided adjacent to the plurality of quantum boxes.
を特徴とする請求項8、9、10、11、12または1
3記載の量子素子。14. The quantum box has a pyramidal shape, and the quantum box has a conical shape.
3. The quantum device according to 3.
たは正四面体の形状を有することを特徴とする請求項
8、9、10、11、12または13記載の量子素子。15. The quantum device according to claim 8, wherein the quantum box has a conical shape, a triangular pyramid shape, a quadrangular pyramid shape, or a regular tetrahedron shape.
たは正四面体の頂部を切除した形状を有することを特徴
とする請求項8、9、10、11、12または13記載
の量子素子。16. The quantum device according to claim 8, wherein the quantum box has a conical shape, a triangular pyramid shape, a quadrangular pyramid shape, or a regular tetrahedron shape with the top portion cut off. .
数の量子箱がチャネル領域に設けられ、 上記複数の量子箱が上記面と直交する方向に対して組成
的または形状的に非対称になっていることを特徴とする
トランジスタ。17. A plurality of quantum boxes arranged adjacent to each other in a plane are provided in a channel region, and the plurality of quantum boxes are compositionally or geometrically asymmetric with respect to a direction orthogonal to the plane. Transistor.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1209294A JP3339160B2 (en) | 1993-09-30 | 1994-01-07 | Quantum element and method of manufacturing the same, transistor and method of manufacturing the same |
US08/784,411 US5831294A (en) | 1993-09-30 | 1997-01-16 | Quantum box structure and carrier conductivity modulating device |
US09/033,465 US6020605A (en) | 1993-09-30 | 1998-03-02 | Quantum box structure and carrier conductivity modulating device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5-268052 | 1993-09-30 | ||
JP26805293 | 1993-09-30 | ||
JP1209294A JP3339160B2 (en) | 1993-09-30 | 1994-01-07 | Quantum element and method of manufacturing the same, transistor and method of manufacturing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07147392A true JPH07147392A (en) | 1995-06-06 |
JP3339160B2 JP3339160B2 (en) | 2002-10-28 |
Family
ID=26347650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1209294A Expired - Fee Related JP3339160B2 (en) | 1993-09-30 | 1994-01-07 | Quantum element and method of manufacturing the same, transistor and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3339160B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009065142A (en) * | 2008-08-08 | 2009-03-26 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Quantum dot type infrared ray detector |
JP2009065141A (en) * | 2008-08-08 | 2009-03-26 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Infrared ray detector |
JP2009065143A (en) * | 2008-08-08 | 2009-03-26 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Optical semiconductor device |
EP2157625A3 (en) * | 2008-08-19 | 2013-04-24 | United Technologies Corporation | Composite materials with anisotropic electrical and thermal conductivities |
-
1994
- 1994-01-07 JP JP1209294A patent/JP3339160B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009065142A (en) * | 2008-08-08 | 2009-03-26 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Quantum dot type infrared ray detector |
JP2009065141A (en) * | 2008-08-08 | 2009-03-26 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Infrared ray detector |
JP2009065143A (en) * | 2008-08-08 | 2009-03-26 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Optical semiconductor device |
EP2157625A3 (en) * | 2008-08-19 | 2013-04-24 | United Technologies Corporation | Composite materials with anisotropic electrical and thermal conductivities |
US8754320B2 (en) | 2008-08-19 | 2014-06-17 | United Technologies Corporation | Composite materials with anisotropic electrical and thermal conductivities |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3339160B2 (en) | 2002-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3635683B2 (en) | Field effect transistor | |
US5701016A (en) | Semiconductor device and method for its manufacture | |
US4575924A (en) | Process for fabricating quantum-well devices utilizing etch and refill techniques | |
EP1088347B1 (en) | Single charge carrier transistor and detection method using the same | |
US5831294A (en) | Quantum box structure and carrier conductivity modulating device | |
US8416823B2 (en) | Quantum well active region with three dimensional barriers and fabrication | |
JP3541425B2 (en) | Quantum memory and operation method thereof | |
JP3339160B2 (en) | Quantum element and method of manufacturing the same, transistor and method of manufacturing the same | |
RANDALL et al. | Quantum dot devices | |
GB2295272A (en) | Semiconductor device | |
JPS63316484A (en) | Quantum effect semiconductor device | |
JPH07326730A (en) | Semiconductor device, unit electronic device and manufacturing method thereof | |
EP0588062A1 (en) | Quantum Device and its Manufacturing Method | |
US11227765B1 (en) | Self-organized quantum dot manufacturing method and quantum dot semiconductor structure | |
JP2005005663A (en) | Quantum chaos device and quantum chaos controlling method | |
US20080237576A1 (en) | Voltage Controlled Computing Element for Quantum Computer | |
EP0170044B1 (en) | Quantum-coupled device | |
JP3435793B2 (en) | Quantum device | |
JP3435791B2 (en) | Quantum device | |
JPH07273308A (en) | Quantum element | |
JPH07283388A (en) | Manufacture of quantum element | |
JPH0590636A (en) | Quantum effect device | |
JP2757258B2 (en) | Superlattice element manufacturing method | |
JP3297758B2 (en) | Quantum element and method of manufacturing the same | |
JP3381466B2 (en) | Quantum device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |