JPH0876069A - 量子素子 - Google Patents
量子素子Info
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- JPH0876069A JPH0876069A JP23028494A JP23028494A JPH0876069A JP H0876069 A JPH0876069 A JP H0876069A JP 23028494 A JP23028494 A JP 23028494A JP 23028494 A JP23028494 A JP 23028494A JP H0876069 A JPH0876069 A JP H0876069A
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- quantum
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速で光を変調することができ、あるいは、
光により光を変調することができる量子素子を実現す
る。 【構成】 量子ドットＱＤを二次元アレー状に配列した
量子ドットアレーにその面に垂直な方向からその面内の
一方向に偏光した光Ｌを照射しておき、この状態で量子
ドットアレーに対してその一方向に外部電場を印加する
ことによって量子ドットアレーの光Ｌに対する光透過率
を変調する。この外部電場としては、量子ドットアレー
の両側に設けた一対の電極４、５の間に電圧を印加する
ことによって発生される外部電場を用いてもよいし、変
調すべき光とは別の光の電場を用いてもよい。
光により光を変調することができる量子素子を実現す
る。 【構成】 量子ドットＱＤを二次元アレー状に配列した
量子ドットアレーにその面に垂直な方向からその面内の
一方向に偏光した光Ｌを照射しておき、この状態で量子
ドットアレーに対してその一方向に外部電場を印加する
ことによって量子ドットアレーの光Ｌに対する光透過率
を変調する。この外部電場としては、量子ドットアレー
の両側に設けた一対の電極４、５の間に電圧を印加する
ことによって発生される外部電場を用いてもよいし、変
調すべき光とは別の光の電場を用いてもよい。
Description
【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。
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。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の大規模化に伴い、金属
配線を介して信号を送ることにより動作制御を行う従来
の方法が近い将来限界を迎えると考えられている。この
問題を解決するために、全く新しいデバイス概念の構築
が試みられている一方で、光による交差配線が考えられ
ている。配線のみではなく、情報処理の一部を光で実現
することは、本質的に重要である。このために、高速で
動作する光変調器あるいは光スイッチャーが求められて
きた。また、光により光を変調することができれば、種
々の応用が考えられるが、これは難しいため、通常は電
気的な操作で光の透過率を制御することにより変調して
いるのが現状である。従って、光により光を変調するこ
とができるデバイスが求められている。
配線を介して信号を送ることにより動作制御を行う従来
の方法が近い将来限界を迎えると考えられている。この
問題を解決するために、全く新しいデバイス概念の構築
が試みられている一方で、光による交差配線が考えられ
ている。配線のみではなく、情報処理の一部を光で実現
することは、本質的に重要である。このために、高速で
動作する光変調器あるいは光スイッチャーが求められて
きた。また、光により光を変調することができれば、種
々の応用が考えられるが、これは難しいため、通常は電
気的な操作で光の透過率を制御することにより変調して
いるのが現状である。従って、光により光を変調するこ
とができるデバイスが求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、この発明の目
的は、高速で光を変調することができる量子素子を提供
することにある。
的は、高速で光を変調することができる量子素子を提供
することにある。
【０００４】この発明の他の目的は、光により光を変調
することができる量子素子を提供することにある。
することができる量子素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、詳細な理論
的研究により以下の事実を見いだした。 １．井戸状の閉じ込めポテンシャルによって構成される
正方量子ドット（化合物半導体ヘテロ接合がその例であ
る）の中に２個の電子を詰めた系において、その正方量
子ドットの面に平行な一方向（ｚ方向とする）に外部電
場を印加した場合に初めて現れる強い赤外吸収が存在す
る。これは外部電場と同じｚ方向に偏光している光の吸
収であり、電子間相互作用（電子間クーロン相互作用）
がなければ存在しないものである。
的研究により以下の事実を見いだした。 １．井戸状の閉じ込めポテンシャルによって構成される
正方量子ドット（化合物半導体ヘテロ接合がその例であ
る）の中に２個の電子を詰めた系において、その正方量
子ドットの面に平行な一方向（ｚ方向とする）に外部電
場を印加した場合に初めて現れる強い赤外吸収が存在す
る。これは外部電場と同じｚ方向に偏光している光の吸
収であり、電子間相互作用（電子間クーロン相互作用）
がなければ存在しないものである。
【０００６】２．量子ドット中に１個の電子を詰めた系
においても、外部電場を印加した場合に初めて現れる赤
外吸収が存在するが、量子ドット中に２個の電子を詰め
た系においては、量子ドット中に１個の電子を詰めた系
における吸収強度に比べて１０倍以上の吸収強度が得ら
れる。
においても、外部電場を印加した場合に初めて現れる赤
外吸収が存在するが、量子ドット中に２個の電子を詰め
た系においては、量子ドット中に１個の電子を詰めた系
における吸収強度に比べて１０倍以上の吸収強度が得ら
れる。
【０００７】以下において、本発明者による理論的研究
の内容をより詳しく説明する。今、一例として、Ａｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓ／ＧａＡｓヘテロ接合により構成され
た量子ドット中に閉じ込められた電子系を考える。この
量子ドットは、有限の深さを有するポテンシャル井戸と
仮定し、有効質量近似の範囲で一電子ハミルトニアンと
して式（１）に示すものを導入する。
の内容をより詳しく説明する。今、一例として、Ａｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓ／ＧａＡｓヘテロ接合により構成され
た量子ドット中に閉じ込められた電子系を考える。この
量子ドットは、有限の深さを有するポテンシャル井戸と
仮定し、有効質量近似の範囲で一電子ハミルトニアンと
して式（１）に示すものを導入する。
【０００８】
【数１】
【０００９】この場合、量子ドットの形状は正方形と
し、一電子ポテンシャルＶ（ｘ，ｚ）によって表される
ものとする。ここでは、Ｖ（ｘ，ｚ）は−Ｌ／２≦ｘ，
ｚ≦Ｌ／２で−０．３６ｅＶとし、それ以外では０とし
た。ただし、Ｌは量子ドットの一辺であり、ここでは３
０ｎｍとした。また、量子ドット中の電子の有効質量ｍ
（ｘ，ｚ）は空間依存性を有しており、量子ドット内で
は０．０６７ｍ0 （ただし、ｍ0 は真空中の電子の質
量）、外部では０．１０４ｍ0 とした。Ｅz はｚ方向の
印加電場強度であり、量子ドットを含む最小の領域のみ
に電場が存在するように関数Θ（ｚ）を導入した。な
お、ｐは電子の運動量、Ａはベクトルポテンシャル、ｅ
は電気素量である。
し、一電子ポテンシャルＶ（ｘ，ｚ）によって表される
ものとする。ここでは、Ｖ（ｘ，ｚ）は−Ｌ／２≦ｘ，
ｚ≦Ｌ／２で−０．３６ｅＶとし、それ以外では０とし
た。ただし、Ｌは量子ドットの一辺であり、ここでは３
０ｎｍとした。また、量子ドット中の電子の有効質量ｍ
（ｘ，ｚ）は空間依存性を有しており、量子ドット内で
は０．０６７ｍ0 （ただし、ｍ0 は真空中の電子の質
量）、外部では０．１０４ｍ0 とした。Ｅz はｚ方向の
印加電場強度であり、量子ドットを含む最小の領域のみ
に電場が存在するように関数Θ（ｚ）を導入した。な
お、ｐは電子の運動量、Ａはベクトルポテンシャル、ｅ
は電気素量である。
【００１０】量子ドット中に２個の電子が存在する場合
のハミルトニアンは
のハミルトニアンは
【数２】 である。ただし、
【数３】 である。比誘電率εr としてはＧａＡｓの値１０．９を
用いた。
用いた。
【００１１】まず、式（１）または（２）でＡ＝０とし
たハミルトニアンのエネルギー固有状態｜ｎ〉を計算
し、吸収強度に比例する振動子強度の二乗
たハミルトニアンのエネルギー固有状態｜ｎ〉を計算
し、吸収強度に比例する振動子強度の二乗
【数４】 を計算する。
【００１２】量子ドット中に電子が１個しか存在しない
場合、最低エネルギーの吸収は、電子が基底状態から第
１励起状態へ遷移することによって生じるものである。
この吸収に関して、吸収強度に比例する振動子強度の二
乗（Γ）対吸収エネルギーは図３の□で示されている。
ここで、外部電場強度は０から４×１０6 Ｖ／ｍまで変
化させている。外部電場強度が増加するに従って、吸収
強度は速やかに減少してゆくが、これは波動関数の対称
性が外部電場によって壊されるためである。これは、よ
く知られた量子構造中のシュタルク効果である。外部電
場が０のときには存在しない吸収が図３の●で示されて
いる。この変化も同じ原因によるものであり、波動関数
の対称性が外部電場によって壊されたためである。この
二種類の吸収の振る舞いは容易に理解することができ
る。
場合、最低エネルギーの吸収は、電子が基底状態から第
１励起状態へ遷移することによって生じるものである。
この吸収に関して、吸収強度に比例する振動子強度の二
乗（Γ）対吸収エネルギーは図３の□で示されている。
ここで、外部電場強度は０から４×１０6 Ｖ／ｍまで変
化させている。外部電場強度が増加するに従って、吸収
強度は速やかに減少してゆくが、これは波動関数の対称
性が外部電場によって壊されるためである。これは、よ
く知られた量子構造中のシュタルク効果である。外部電
場が０のときには存在しない吸収が図３の●で示されて
いる。この変化も同じ原因によるものであり、波動関数
の対称性が外部電場によって壊されたためである。この
二種類の吸収の振る舞いは容易に理解することができ
る。
【００１３】次に、量子ドット中に２個の電子が存在す
る系における光の吸収について説明する。この二電子系
の吸収に関して、振動子強度の二乗（Γ）対吸収エネル
ギーを図４に示す。図４からわかるように、一電子系の
場合に見られた吸収と類似の振る舞いを示す吸収のほか
に、▲で示される外部電場により励起された吸収が見ら
れる。この新しい種類の吸収は外部電場強度の増加に伴
って非常に強くなり、外部電場強度が３．６×１０6 Ｖ
／ｍ以上では最低エネルギーの吸収を超えるほどにまで
増加する。この吸収は相互作用する電子系が外部電場下
にある場合にのみ存在するものである。
る系における光の吸収について説明する。この二電子系
の吸収に関して、振動子強度の二乗（Γ）対吸収エネル
ギーを図４に示す。図４からわかるように、一電子系の
場合に見られた吸収と類似の振る舞いを示す吸収のほか
に、▲で示される外部電場により励起された吸収が見ら
れる。この新しい種類の吸収は外部電場強度の増加に伴
って非常に強くなり、外部電場強度が３．６×１０6 Ｖ
／ｍ以上では最低エネルギーの吸収を超えるほどにまで
増加する。この吸収は相互作用する電子系が外部電場下
にある場合にのみ存在するものである。
【００１４】以上を要約すると、図３および図４の●で
示される外部電場によって生じる吸収が存在し、それ以
外に図４の▲で示される外部電場と電子間相互作用とが
共存する場合にのみ存在する吸収がある。以上の結果
は、ｚ方向に偏光した光の成分に関する吸収である。そ
して、この外部電場と電子間相互作用とが共存する場合
にのみ存在する新しい吸収は、単純な予想をはるかに超
えて強い吸収となる。この強い吸収は量子状態間の強い
混合によって引き起こされ、この混合は外部電場による
摂動によってもたらされるものである。
示される外部電場によって生じる吸収が存在し、それ以
外に図４の▲で示される外部電場と電子間相互作用とが
共存する場合にのみ存在する吸収がある。以上の結果
は、ｚ方向に偏光した光の成分に関する吸収である。そ
して、この外部電場と電子間相互作用とが共存する場合
にのみ存在する新しい吸収は、単純な予想をはるかに超
えて強い吸収となる。この強い吸収は量子状態間の強い
混合によって引き起こされ、この混合は外部電場による
摂動によってもたらされるものである。
【００１５】以上の計算においては量子ドットの一辺Ｌ
を３０ｎｍとしたが、Ｌをより小さくすることにより、
吸収される光の波長をより短くすることができる。ま
た、量子ドットをＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ／ＧａＡｓヘテ
ロ接合と異なる種類の化合物半導体ヘテロ接合により構
成することによっても、吸収される光の波長をより短く
することができる。
を３０ｎｍとしたが、Ｌをより小さくすることにより、
吸収される光の波長をより短くすることができる。ま
た、量子ドットをＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ／ＧａＡｓヘテ
ロ接合と異なる種類の化合物半導体ヘテロ接合により構
成することによっても、吸収される光の波長をより短く
することができる。
【００１６】この発明は、以上のような本発明者の理論
的研究に基づいて案出されたものである。
的研究に基づいて案出されたものである。
【００１７】すなわち、上記目的を達成するために、こ
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（Ｑ
Ｄ）に外部電場を印加することにより複数の量子箱（Ｑ
Ｄ）が配列された領域の光透過率を変調するようにした
ことを特徴とする。
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（Ｑ
Ｄ）に外部電場を印加することにより複数の量子箱（Ｑ
Ｄ）が配列された領域の光透過率を変調するようにした
ことを特徴とする。
【００１８】この発明による量子素子の一実施形態にお
いては、複数の量子箱（ＱＤ）が配列された領域の両側
に互いに対向して一対の電極（４、５）が設けられ、一
対の電極（４、５）の間に電圧を印加することにより外
部電場を印加する。
いては、複数の量子箱（ＱＤ）が配列された領域の両側
に互いに対向して一対の電極（４、５）が設けられ、一
対の電極（４、５）の間に電圧を印加することにより外
部電場を印加する。
【００１９】この発明による量子素子の他の実施形態に
おいては、複数の量子箱（ＱＤ）が配列された領域に第
１の光（Ｌ１）を照射しておき、第１の光（Ｌ１）より
も振動数が小さい第２の光（Ｌ２）を第１の光（Ｌ１）
の進行方向と直交しない方向から複数の量子箱（ＱＤ）
が配列された領域に照射し、第２の光（Ｌ２）の光量を
変化させることにより複数の量子箱（ＱＤ）が配列され
た領域の第１の光（Ｌ１）に対する光透過率を変調する
ようにしている。ここで、特に、第２の光（Ｌ２）の光
量の制御によって、第１の光（Ｌ１）のスイッチングを
行うこともできる。
おいては、複数の量子箱（ＱＤ）が配列された領域に第
１の光（Ｌ１）を照射しておき、第１の光（Ｌ１）より
も振動数が小さい第２の光（Ｌ２）を第１の光（Ｌ１）
の進行方向と直交しない方向から複数の量子箱（ＱＤ）
が配列された領域に照射し、第２の光（Ｌ２）の光量を
変化させることにより複数の量子箱（ＱＤ）が配列され
た領域の第１の光（Ｌ１）に対する光透過率を変調する
ようにしている。ここで、特に、第２の光（Ｌ２）の光
量の制御によって、第１の光（Ｌ１）のスイッチングを
行うこともできる。
【００２０】この発明による量子素子においては、好適
には、量子箱中に２個以上の電子が存在する。このと
き、電子間相互作用によって、強い光吸収が生じる。
には、量子箱中に２個以上の電子が存在する。このと
き、電子間相互作用によって、強い光吸収が生じる。
【００２１】この発明による量子素子において、量子箱
は、好適には、化合物半導体ヘテロ接合により形成され
る。この化合物半導体ヘテロ接合としては、例えば、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合やＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
ヘテロ接合などを用いることができる。
は、好適には、化合物半導体ヘテロ接合により形成され
る。この化合物半導体ヘテロ接合としては、例えば、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合やＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
ヘテロ接合などを用いることができる。
【００２２】この発明による量子素子において、量子箱
は、半導体と絶縁体との接合により形成することもでき
る。この半導体と絶縁体との接合において、典型的に
は、半導体は一種または複数種のＩＶ族元素から成り、
絶縁体はＩＶ族元素と酸素との化合物から成る。一例を
挙げると、半導体はＳｉであり、絶縁体はＳｉＯ2 であ
る。二種類のＩＶ族元素から成る半導体の例としては、
ＳｉＣが挙げられる。
は、半導体と絶縁体との接合により形成することもでき
る。この半導体と絶縁体との接合において、典型的に
は、半導体は一種または複数種のＩＶ族元素から成り、
絶縁体はＩＶ族元素と酸素との化合物から成る。一例を
挙げると、半導体はＳｉであり、絶縁体はＳｉＯ2 であ
る。二種類のＩＶ族元素から成る半導体の例としては、
ＳｉＣが挙げられる。
【００２３】
【作用】上述のように構成されたこの発明による量子素
子によれば、複数の量子箱に外部電場を印加することに
より複数の量子箱が配列された領域の光透過率を変調す
るようにしているので、高速で光を変調することができ
る。また、第２の光の光量を変化させることにより複数
の量子箱が配列された領域の第１の光に対する光透過率
を変調するようにしているので、光により光を変調する
ことができる。
子によれば、複数の量子箱に外部電場を印加することに
より複数の量子箱が配列された領域の光透過率を変調す
るようにしているので、高速で光を変調することができ
る。また、第２の光の光量を変化させることにより複数
の量子箱が配列された領域の第１の光に対する光透過率
を変調するようにしているので、光により光を変調する
ことができる。
【００２４】
【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。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。
しながら説明する。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。
【００２５】図１はこの発明の第１実施例による量子素
子を示す。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、例えばＧａＡｓ基板のような基板１
上にＡｌＧａＡｓ層２が積層されている。このＡｌＧａ
Ａｓ層２中には、複数の箱状のＧａＡｓ層３がｘｚ面内
に二次元アレー状に埋め込まれている。そして、ＡｌＧ
ａＡｓ層２によってＧａＡｓ層３が囲まれた構造によっ
て量子ドットＱＤが構成され、この量子ドットＱＤがｘ
ｚ面内に二次元アレー状に配列されて量子ドットアレー
が構成されている。また、この量子ドットアレーのｚ方
向の両側の部分における基板１上には、この量子ドット
アレーから十分に離れた位置に、一対の電極４、５が量
子ドットアレーをはさんで互いに対向して設けられてい
る。
子を示す。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、例えばＧａＡｓ基板のような基板１
上にＡｌＧａＡｓ層２が積層されている。このＡｌＧａ
Ａｓ層２中には、複数の箱状のＧａＡｓ層３がｘｚ面内
に二次元アレー状に埋め込まれている。そして、ＡｌＧ
ａＡｓ層２によってＧａＡｓ層３が囲まれた構造によっ
て量子ドットＱＤが構成され、この量子ドットＱＤがｘ
ｚ面内に二次元アレー状に配列されて量子ドットアレー
が構成されている。また、この量子ドットアレーのｚ方
向の両側の部分における基板１上には、この量子ドット
アレーから十分に離れた位置に、一対の電極４、５が量
子ドットアレーをはさんで互いに対向して設けられてい
る。
【００２６】ここで、好適には、量子ドットＱＤ中に２
個以上の電子が存在するように量子ドットＱＤの設計を
行う。
個以上の電子が存在するように量子ドットＱＤの設計を
行う。
【００２７】量子ドットアレーに対してｚ方向に均一な
外部電場が印加されるようにするために、電極４、５
は、好適には、量子ドットアレーの上下にはみだすよう
な十分な厚さを有するようにする。このために、必要に
応じて、電極４、５の下部の基板１中に例えばｎ+ 型層
を形成し、このｎ+ 型層も電極の一部として用いること
により、電極４、５の厚さを実効的に増大させてもよ
い。
外部電場が印加されるようにするために、電極４、５
は、好適には、量子ドットアレーの上下にはみだすよう
な十分な厚さを有するようにする。このために、必要に
応じて、電極４、５の下部の基板１中に例えばｎ+ 型層
を形成し、このｎ+ 型層も電極の一部として用いること
により、電極４、５の厚さを実効的に増大させてもよ
い。
【００２８】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。ま
ず、基板１上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有
機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、図１にお
ける基板１とＧａＡｓ層３との間の距離に相当する厚さ
のＡｌＧａＡｓ層２およびＧａＡｓ層３を順次エピタキ
シャル成長させる。
施例による量子素子の製造方法について説明する。ま
ず、基板１上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有
機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、図１にお
ける基板１とＧａＡｓ層３との間の距離に相当する厚さ
のＡｌＧａＡｓ層２およびＧａＡｓ層３を順次エピタキ
シャル成長させる。
【００２９】次に、量子ドットアレー形成領域における
ＧａＡｓ層３の上に量子ドットＱＤに対応した形状のレ
ジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形
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ＧａＡｓ層
３を基板表面に対して垂直方向にエッチングする。これ
によって、ＧａＡｓ層３が量子ドットＱＤの形状にパタ
ーニングされる。
ＧａＡｓ層３の上に量子ドットＱＤに対応した形状のレ
ジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形
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ＧａＡｓ層
３を基板表面に対して垂直方向にエッチングする。これ
によって、ＧａＡｓ層３が量子ドットＱＤの形状にパタ
ーニングされる。
【００３０】次に、レジストパターンを除去した後、Ｍ
ＢＥ法やＭＯＣＶＤ法により、全面に所定の厚さのＡｌ
ＧａＡｓ層２をエピタキシャル成長させ、ＧａＡｓ層３
を覆う。
ＢＥ法やＭＯＣＶＤ法により、全面に所定の厚さのＡｌ
ＧａＡｓ層２をエピタキシャル成長させ、ＧａＡｓ層３
を覆う。
【００３１】次に、量子ドットアレー形成領域以外の部
分のＡｌＧａＡｓ層２およびＧａＡｓ層３をエッチング
により除去する。
分のＡｌＧａＡｓ層２およびＧａＡｓ層３をエッチング
により除去する。
【００３２】この後、この量子ドットアレーのｚ方向の
両側の部分における基板１上に例えばリフトオフ法によ
り電極４、５を形成し、図１に示すように目的とする量
子素子を完成させる。
両側の部分における基板１上に例えばリフトオフ法によ
り電極４、５を形成し、図１に示すように目的とする量
子素子を完成させる。
【００３３】次に、この第１実施例による量子素子の動
作について説明する。図１に示すように、まず、基板１
の面に垂直な方向、すなわちｙ方向から、ｚ方向に偏光
した光Ｌを量子ドットアレーに照射しておく。この状態
で電極４、５間に電圧を印加してｚ方向の外部電場を量
子ドットアレーに印加する。すると、すでに述べた原理
に基づいて、量子ドットＱＤ中の電子による光Ｌの吸収
が起こり、それによって量子ドットアレーの光Ｌに対す
る光透過率が減少する。すなわち、光Ｌが変調される。
作について説明する。図１に示すように、まず、基板１
の面に垂直な方向、すなわちｙ方向から、ｚ方向に偏光
した光Ｌを量子ドットアレーに照射しておく。この状態
で電極４、５間に電圧を印加してｚ方向の外部電場を量
子ドットアレーに印加する。すると、すでに述べた原理
に基づいて、量子ドットＱＤ中の電子による光Ｌの吸収
が起こり、それによって量子ドットアレーの光Ｌに対す
る光透過率が減少する。すなわち、光Ｌが変調される。
【００３４】以上のように、この第１実施例によれば、
電極４、５間に電圧を印加することによってｚ方向に印
加される外部電場により量子ドットアレーの光透過率を
変調することができる。従って、この第１実施例による
量子素子は、高速で動作する光変調器として使用するこ
とができる。
電極４、５間に電圧を印加することによってｚ方向に印
加される外部電場により量子ドットアレーの光透過率を
変調することができる。従って、この第１実施例による
量子素子は、高速で動作する光変調器として使用するこ
とができる。
【００３５】なお、光Ｌが円偏光である場合には、この
円偏光の光Ｌのうちのｚ方向の偏光成分だけを吸収によ
り取り除くことができるので、この第１実施例による量
子素子は、円偏光を直線偏光に変える偏光子として使用
することもできる。
円偏光の光Ｌのうちのｚ方向の偏光成分だけを吸収によ
り取り除くことができるので、この第１実施例による量
子素子は、円偏光を直線偏光に変える偏光子として使用
することもできる。
【００３６】次に、この発明の第２実施例による量子素
子について説明する。図２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、例えばＧａＡｓ基板のよ
うな基板１上に、ＡｌＧａＡｓ層２により箱状のＧａＡ
ｓ層３が囲まれた構造の量子ドットＱＤがｘｚ面内に二
次元アレー状に配列されて量子ドットアレーが形成され
ている。この場合、第１実施例と異なり、電極４、５は
設けられていない。
子について説明する。図２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、例えばＧａＡｓ基板のよ
うな基板１上に、ＡｌＧａＡｓ層２により箱状のＧａＡ
ｓ層３が囲まれた構造の量子ドットＱＤがｘｚ面内に二
次元アレー状に配列されて量子ドットアレーが形成され
ている。この場合、第１実施例と異なり、電極４、５は
設けられていない。
【００３７】この第２実施例による量子素子の製造方法
は第１実施例による量子素子の製造方法と同様であるの
で、説明を省略する。
は第１実施例による量子素子の製造方法と同様であるの
で、説明を省略する。
【００３８】次に、この第２実施例による量子素子の動
作について説明する。図２に示すように、まず、基板１
の面に垂直な方向、すなわちｙ方向から、量子ドットア
レーに第１の光Ｌ１を照射しておく。次に、量子ドット
アレーに、この第１の光Ｌ１よりも振動数が十分に小さ
い、すなわち波長が十分に長い第２の光Ｌ２を、第１の
光Ｌ１の進行方向と一致せず、かつ第１の光Ｌ１の進行
方向と直交しない方向から照射する。すると、この第２
の光Ｌ２の電場によって、すでに述べた原理に基づい
て、量子ドットアレーの第１の光Ｌ１に対する光透過率
が減少する。そして、第２の光Ｌ２の光量によって、量
子ドットアレーの第１の光Ｌ１に対する光透過率を制御
することができる。すなわち、第２の光Ｌ２により第１
の光Ｌ１を変調することができる。
作について説明する。図２に示すように、まず、基板１
の面に垂直な方向、すなわちｙ方向から、量子ドットア
レーに第１の光Ｌ１を照射しておく。次に、量子ドット
アレーに、この第１の光Ｌ１よりも振動数が十分に小さ
い、すなわち波長が十分に長い第２の光Ｌ２を、第１の
光Ｌ１の進行方向と一致せず、かつ第１の光Ｌ１の進行
方向と直交しない方向から照射する。すると、この第２
の光Ｌ２の電場によって、すでに述べた原理に基づい
て、量子ドットアレーの第１の光Ｌ１に対する光透過率
が減少する。そして、第２の光Ｌ２の光量によって、量
子ドットアレーの第１の光Ｌ１に対する光透過率を制御
することができる。すなわち、第２の光Ｌ２により第１
の光Ｌ１を変調することができる。
【００３９】以上のように、この第２実施例によれば、
光を光により変調することができる光変調器を実現する
ことができる。
光を光により変調することができる光変調器を実現する
ことができる。
【００４０】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。
【００４１】例えば、上述の第１実施例および第２実施
例においては、一段の量子ドットアレーを用いている
が、必要に応じて、二段以上積層した量子ドットアレー
を用いてもよい。
例においては、一段の量子ドットアレーを用いている
が、必要に応じて、二段以上積層した量子ドットアレー
を用いてもよい。
【００４２】
【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、複数の量子箱に外部電場を印加するこ
とにより複数の量子箱が配列された領域の光透過率を変
調するようにしているので、高速で光を変調することが
できる。また、外部電場として光の電場を用いることに
より、光により光を変調することができる。
子素子によれば、複数の量子箱に外部電場を印加するこ
とにより複数の量子箱が配列された領域の光透過率を変
調するようにしているので、高速で光を変調することが
できる。また、外部電場として光の電場を用いることに
より、光により光を変調することができる。
【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。
視図である。
【図２】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。
視図である。
【図３】外部電場下の量子ドット中に１個の電子が閉じ
込められている場合の振動子強度の二乗と吸収エネルギ
ーとの間の関係を示すグラフである。
込められている場合の振動子強度の二乗と吸収エネルギ
ーとの間の関係を示すグラフである。
【図４】外部電場下の量子ドット中に２個の電子が閉じ
込められている場合の振動子強度の二乗と吸収エネルギ
ーとの間の関係を示すグラフである。
込められている場合の振動子強度の二乗と吸収エネルギ
ーとの間の関係を示すグラフである。
１ 基板 ２ ＡｌＧａＡｓ層 ３ ＧａＡｓ層 ４、５ 電極 ＱＤ 量子ドット Ｌ 光 Ｌ１ 第１の光 Ｌ２ 第２の光
Claims (7)
- 【請求項１】 一面内に互いに隣接して配列された複数
の量子箱を有し、 上記複数の量子箱に外部電場を印加することにより上記
複数の量子箱が配列された領域の光透過率を変調するよ
うにしたことを特徴とする量子素子。 - 【請求項２】 上記複数の量子箱が配列された領域の両
側に互いに対向して一対の電極が設けられ、上記一対の
電極の間に電圧を印加することにより上記外部電場を印
加するようにしたことを特徴とする請求項１記載の量子
素子。 - 【請求項３】 上記複数の量子箱が配列された領域に第
１の光を照射しておき、上記第１の光よりも振動数が小
さい第２の光を上記第１の光の進行方向と直交しない方
向から上記複数の量子箱が配列された領域に照射し、上
記第２の光の光量を変化させることにより上記複数の量
子箱が配列された領域の上記第１の光に対する光透過率
を変調するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
量子素子。 - 【請求項４】 上記第１の光のスイッチングを上記第２
の光の光量の制御によって行うようにしたことを特徴と
する請求項１記載の量子素子。 - 【請求項５】 上記量子箱中に２個以上の電子が存在す
ることを特徴とする請求項１記載の量子素子。 - 【請求項６】 上記量子箱が化合物半導体ヘテロ接合に
より形成されていることを特徴とする請求項１記載の量
子素子。 - 【請求項７】 上記量子箱が半導体と絶縁体との接合に
より形成されていることを特徴とする請求項１記載の量
子素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23028494A JP3572673B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 量子素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23028494A JP3572673B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 量子素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0876069A true JPH0876069A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3572673B2 JP3572673B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=16905405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23028494A Expired - Fee Related JP3572673B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 量子素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572673B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001255500A (ja) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Fujitsu Ltd | 波長多重光信号処理装置および波長多重光信号の再生方法 |
| DE10227168A1 (de) * | 2002-06-18 | 2004-01-15 | Infineon Technologies Ag | Vorrichtung zur optischen Signalübertragung, Verfahren zur optischen Signalübertragung und optischer Modulator |
| JP2006178133A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Japan Science & Technology Agency | フォトマスク、露光装置及び露光方法 |
| US8330141B2 (en) | 2008-03-26 | 2012-12-11 | Hiroshima University | Light-emitting device |
| US8368046B2 (en) | 2008-02-18 | 2013-02-05 | Hiroshima University | Light-emitting element |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP23028494A patent/JP3572673B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001255500A (ja) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Fujitsu Ltd | 波長多重光信号処理装置および波長多重光信号の再生方法 |
| DE10227168A1 (de) * | 2002-06-18 | 2004-01-15 | Infineon Technologies Ag | Vorrichtung zur optischen Signalübertragung, Verfahren zur optischen Signalübertragung und optischer Modulator |
| JP2006178133A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Japan Science & Technology Agency | フォトマスク、露光装置及び露光方法 |
| JP4522840B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2010-08-11 | 独立行政法人科学技術振興機構 | フォトマスク、露光装置及び露光方法 |
| US8368046B2 (en) | 2008-02-18 | 2013-02-05 | Hiroshima University | Light-emitting element |
| US8980658B2 (en) | 2008-02-18 | 2015-03-17 | Hiroshima University | Light-emitting element |
| US8330141B2 (en) | 2008-03-26 | 2012-12-11 | Hiroshima University | Light-emitting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3572673B2 (ja) | 2004-10-06 |
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