JPH09326474A - Quantum case memory - Google Patents

Quantum case memory

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JPH09326474A
JPH09326474A JP8143213A JP14321396A JPH09326474A JP H09326474 A JPH09326474 A JP H09326474A JP 8143213 A JP8143213 A JP 8143213A JP 14321396 A JP14321396 A JP 14321396A JP H09326474 A JPH09326474 A JP H09326474A
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JP
Japan
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quantum box
quantum
electron
box
memory
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP8143213A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Nomoto
和正 野本
Juichi Suzuki
寿一 鈴木
Kenichi Taira
健一 平
Ichiro Hase
伊知郎 長谷
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH09326474A publication Critical patent/JPH09326474A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantum case memory filling the role of an optical memory for high density recording, quick recording and low recording energy. SOLUTION: A quantum case memory filling the role of a non-volatile memory furnishing the existance of electron or hole taking localized state in the quantum case is composed of a quantum case QD, barrier layers B encircling the quantum case QD so as to electrically separate the case QD from ambient elements as well as a Schottky junction formed on both surfaces of the barrier layers B as if holding the quantum case QD. At this time, the quantum case QD may be arranged quadratically or three-dimensionally. Furthermore, the electron or the hole is to be inputted, read-out and erased by irradiating the quantum case QD with light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光メモリに関
し、特に半導体量子箱を用いた量子箱メモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical memory, and more particularly to a quantum box memory using a semiconductor quantum box.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光磁気メモリ、相変化メモリに代
表される読み書き可能な光メモリの1ビットの情報の記
録領域は1μm2 程度である。また、情報の記録にはメ
モリ盤面上で数mWパワーを持った光の数10nsの照
射が必要であった。
2. Description of the Related Art A 1-bit information recording area of a conventional readable / writable optical memory represented by a magneto-optical memory and a phase change memory is about 1 μm 2 . Further, in order to record information, it was necessary to irradiate the surface of the memory board with light having a power of several mW for several tens of ns.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のような光による
光磁気メモリ、相変化メモリでは1ビットの記録領域が
記録または読み出しのための波長で制限され、1ビット
の記録領域を1μm2 以下にすることは困難である。
In the magneto-optical memory and phase change memory using light as described above, the 1-bit recording area is limited by the wavelength for recording or reading, and the 1-bit recording area is set to 1 μm 2 or less. Is difficult to do.

【0004】また、従来の情報記録の原理では、情報の
記録にはメモリ盤面を数100度(キュリー温度または
相転移温度)以上に加熱する必要があり、そのため数m
W/μm2 のパワーフラックスのパワーを持った光を用
いて数10ns以上メモリ盤面を照射しなければならな
かった。
Further, according to the conventional principle of information recording, it is necessary to heat the memory board surface to several hundred degrees (Curie temperature or phase transition temperature) or more for recording information, and therefore several meters are required.
It was necessary to irradiate the surface of the memory board for several tens of ns or more with light having a power flux of W / μm 2 .

【0005】したがって、この発明の目的は、高記録密
度、高速記録、低記録エネルギーの光メモリとして機能
する量子箱メモリを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a quantum box memory that functions as an optical memory with high recording density, high speed recording and low recording energy.

【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、この発明の第1の発明は、量子箱と、その量子箱を
周囲から電気的に分離するように囲む障壁層と、間に量
子箱を挟むように障壁層の両表面に形成されたショット
キー接合とを有し、該量子箱内に局在した状態を占める
電子または正孔の有無をビット情報とし、不揮発性メモ
リとして機能することを特徴とする量子箱メモリであ
る。
In order to achieve the above object, a first invention of the present invention provides a quantum box and a barrier layer surrounding the quantum box so as to electrically isolate the quantum box from the surroundings. A Schottky junction formed on both surfaces of the barrier layer so as to sandwich the box, and the presence or absence of an electron or a hole occupying a localized state in the quantum box is used as bit information and functions as a nonvolatile memory. The quantum box memory is characterized in that

【0007】この発明の第2の発明は、2次元的又は3
次元的に多数配列された量子箱と、それらの量子箱を各
量子箱が周囲から電気的に分離されるように被覆する障
壁層と、間に量子箱を挟むように障壁層の両表面に形成
されたショットキー接合とを有し、該量子箱内に局在し
た状態を占める電子または正孔の有無をビット情報と
し、不揮発性メモリとして機能することを特徴とする量
子箱メモリである。
The second invention of the present invention is two-dimensional or three-dimensional.
Quantum boxes arranged in a number of dimensions, a barrier layer that covers the quantum boxes so that each quantum box is electrically isolated from the surroundings, and both surfaces of the barrier layers that sandwich the quantum boxes between them. A quantum box memory having a formed Schottky junction and serving as a non-volatile memory with bit information indicating the presence or absence of electrons or holes occupying a localized state in the quantum box.

【0008】この発明の第3の発明は、電子−正孔対生
成エネルギーの異なる多数の量子箱を2次元的又は3次
元的に配列し、それらの量子箱を各量子箱が周囲から電
気的に分離されるように障壁層で挟み、該障壁層の両表
面に形成されたショットキー接合とを有し、該量子箱内
に局在した状態を占める電子または正孔の有無をビット
情報とし、不揮発性メモリとして機能することを特徴と
する量子箱メモリである。
According to a third aspect of the present invention, a large number of quantum boxes having different electron-hole pair production energies are arranged two-dimensionally or three-dimensionally, and each quantum box is electrically connected from the surroundings. And a Schottky junction formed on both surfaces of the barrier layer so that they are separated by a Schottky junction, and the presence or absence of an electron or a hole occupying a localized state in the quantum box is used as bit information. , A quantum box memory characterized by functioning as a non-volatile memory.

【0009】この発明の第4の発明は、第3発明におい
て、量子箱として、格子整合しない基板上に薄膜を成長
させることにより島状に形成された多数のドット構造、
又は該島状に形成されたドット構造をマスクとして上記
基板をエッチングすることにより形成された多数のドッ
ト構造を用いる量子箱メモリである。
A fourth invention of the present invention is the third invention according to the third invention, wherein a plurality of dot structures are formed in an island shape by growing a thin film on a substrate which is not lattice-matched as a quantum box.
Alternatively, the quantum box memory uses a large number of dot structures formed by etching the substrate using the island-shaped dot structure as a mask.

【0010】この発明の量子箱メモリの基本構造は、エ
ネルギーギャップの狭い半導体で構成される量子箱をエ
ネルギーギャップの広い半導体で構成される障壁層で被
覆し、その障壁層の両表面にショットキー接合を設けた
構造であり、該量子箱内に局在した状態を占める電子ま
たは正孔の有無をビット情報とする不揮発性光メモリで
ある。
According to the basic structure of the quantum box memory of the present invention, a quantum box composed of a semiconductor having a narrow energy gap is covered with a barrier layer composed of a semiconductor having a wide energy gap, and Schottky is formed on both surfaces of the barrier layer. A non-volatile optical memory having a structure having a junction, in which the presence or absence of an electron or a hole occupying a localized state in the quantum box is used as bit information.

【0011】このような量子箱メモリの入力と出力は、
例えば上記両ショットキー接合間にバイアスをかけた状
態で量子箱内に局在した電子−正孔対生成エネルギーに
共鳴するエネルギーの光子を照射し、該量子箱内に生成
した電子または正孔の一方を量子箱から引き抜く一方、
量子箱内に他方の電子または正孔を残すことにより情報
を記録する。その後は、バイアスをかけない状態でも情
報が失われず、不揮発性メモリとして機能する。また、
上記バイアス電圧をかけない状態で量子箱内に局在した
電子−正孔対生成エネルギーに共鳴するエネルギーの光
子を照射し、該量子箱内の電子又は正孔の有無による該
照射した光子の吸収または発光の有無を観測することに
より記録情報を読み出すことにより行うことができる。
The input and output of such a quantum box memory are
For example, when a bias is applied between both Schottky junctions, a photon having an energy that resonates with the electron-hole pair production energy localized in the quantum box is irradiated, and the electrons or holes generated in the quantum box are irradiated. While pulling one out of the quantum box,
Information is recorded by leaving the other electron or hole in the quantum box. After that, the information is not lost even when the bias is not applied, and the memory functions as a nonvolatile memory. Also,
Irradiation of photons having energy resonating with electron-hole pair formation energy localized in the quantum box without applying the bias voltage, and absorption of the irradiated photons depending on the presence or absence of electrons or holes in the quantum box. Alternatively, the recorded information can be read by observing the presence or absence of light emission.

【0012】このように、情報の記録は光による電子−
正孔対生成により行い、読み出しは電子または正孔の有
無による光の吸収度の違いを用いて行う。したがって、
励起光が数mW/μm2 の光により記録を行う場合、記
録に要する時間は数10psで十分である。したがっ
て、従来の光メモリよりも高速、低エネルギーの記録が
可能になる。
As described above, the recording of information is carried out by light-based electronic recording.
It is performed by generating a hole pair, and reading is performed by using the difference in light absorption depending on the presence or absence of an electron or a hole. Therefore,
When recording with excitation light of several mW / μm 2 , the time required for recording is several tens of ps. Therefore, it is possible to perform recording at higher speed and lower energy than the conventional optical memory.

【0013】また、第2の発明による量子箱メモリによ
れば、量子箱を多数2次元的又は3次元的に配列し、そ
れらの量子箱を各量子箱が周囲から電気的に分離される
ように障壁層で被覆しているので、一つの光のスポット
の中に例えば102 〜104個の量子箱を作製すること
ができ、1ビットの情報を102 〜104 個の量子箱に
同時に記録させることができ、1ビットの情報の記録の
信頼性を向上させることができる。
According to the quantum box memory of the second invention, a large number of quantum boxes are arranged two-dimensionally or three-dimensionally so that each quantum box is electrically isolated from the surroundings. Since it is covered with a barrier layer, it is possible to fabricate, for example, 10 2 to 10 4 quantum boxes in one light spot, and 1 bit of information is converted to 10 2 to 10 4 quantum boxes. It is possible to record simultaneously, and it is possible to improve the reliability of recording 1-bit information.

【0014】また、第3、第4の発明による量子箱メモ
リによれば、電子−正孔対生成エネルギーの異なる多数
の量子箱を2次元的又は3次元的に配列したことによ
り、記録/読み出し光の波長を変化させることによって
1つの光スポットに例えば10 2 〜103 ビットの情報
の記録/読み出しすることが可能になるため、波長多重
メモリとして記録密度が従来の光メモリの102 〜10
4 倍の高密度化が可能になる。
The quantum box memo according to the third and fourth inventions
According to Re, many electron-hole pair production energies with different energies
By arranging the quantum boxes of two-dimensionally or three-dimensionally
By changing the wavelength of the recording / reading light
For example, 10 in one light spot Two-10ThreeBit information
Since it is possible to record / read
The memory has a recording density of 10 times that of a conventional optical memory.Two-10
FourDouble the density is possible.

【0015】更に、格子整合しない基板上に薄膜を成長
させることにより島状に形成するStranski−K
rastanowモード成長により形成されたビット構
造は、形状や大きさがランダムにある程度の広がりを持
つため、このビット構造を量子箱として用いることによ
り、電子−正孔対生成エネルギーの異なる多数の量子箱
を容易に2次元的又は3次元的に配列することが可能と
なり、上記波長多重メモリとして利用できる。
In addition, Stranski-K is formed into an island shape by growing a thin film on a substrate that is not lattice-matched.
Since the bit structure formed by the rastanow mode growth has a certain degree of random shape and size, by using this bit structure as a quantum box, a large number of quantum boxes with different electron-hole pair production energies can be obtained. It becomes possible to easily arrange two-dimensionally or three-dimensionally and it can be used as the wavelength multiplexing memory.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明するが、本発明は、下記の実
施の形態に限定されるものではない。なお、以下の全図
において対応する部分には同一の符号を付す。 [第1実施例]まず、この発明の第1実施例による量子
箱メモリについて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. The same reference numerals are given to corresponding parts in all the following drawings. [First Embodiment] First, a quantum box memory according to a first embodiment of the present invention will be described.

【0017】図1はこの第1実施例による量子箱メモリ
の単位セル構造、図2は図1の線Ι−Ιに沿った方向の
断面図を示す。なお、図1の線ΙΙ−ΙΙに沿った方向
の断面図も図2と同様である。図2においてQDは箱状
の井戸層、いわゆる量子箱を示し、図1および図2にお
いてBは障壁層、ELU ,ELL は障壁層B上部および
下部へのショットキー電極、O1 ,O2 は量子箱上部に
開けられたショットキー電極の開口部を表す。量子箱Q
Dを形成する物質としては例えばInAs(または、G
aAs,InGaAs,Ge等)が用いられ、障壁層B
を形成する物質としては例えば量子箱がInAsやIn
GaAsの場合GaAs,AlGaAs,GaSb,A
lGaSb,量子箱がGaAsの場合、AlGaAs,
量子箱がGeの場合、Si等が用いられる。量子箱QD
と電極ELU ,ELL までの距離d1 ,d2 は、電子ま
たは正孔がトンネリング不可能な距離(例えば100n
m以上)とする。また、量子箱のショットキー電極に垂
直方向における厚みa、は量子箱内のエネルギー準位の
離散化が顕著になる1μm以下とすることが好ましい。
このaが小さいほど、量子箱のエネルギー順位が離散す
る。
FIG. 1 is a unit cell structure of the quantum box memory according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line I--I of FIG. The sectional view taken along the line ΙΙ-ΙΙ in Fig. 1 is also the same as that in Fig. 2. In FIG. 2, QD represents a box-shaped well layer, so-called quantum box. In FIGS. 1 and 2, B is a barrier layer, EL U and EL L are Schottky electrodes to the upper and lower portions of the barrier layer B, and O 1 and O. 2 indicates the opening of the Schottky electrode opened on the top of the quantum box. Quantum box Q
Examples of the substance that forms D include InAs (or G
aAs, InGaAs, Ge, etc.) and the barrier layer B
As the material forming the, for example, a quantum box is InAs or In
In the case of GaAs, GaAs, AlGaAs, GaSb, A
lGaSb, when the quantum box is GaAs, AlGaAs,
When the quantum box is Ge, Si or the like is used. Quantum box QD
The distances d 1 and d 2 from the electrodes EL U and EL L are distances at which electrons or holes cannot tunnel (for example, 100 n
m or more). The thickness a of the quantum box in the direction perpendicular to the Schottky electrode is preferably 1 μm or less at which the discretization of the energy levels in the quantum box becomes remarkable.
The smaller a is, the more discrete the energy levels of the quantum boxes are.

【0018】図2の線α−αに沿った方向のエネルギー
バンド図を図3に示す。図3中、E V1,EC1はそれぞれ
障壁層Bを形成する物質の価電子帯端、伝導帯端のエネ
ルギー、EG1 ,EG2 は、それぞれ障壁層Bを形成す
る物質のエネルギーギャップ幅、量子箱を形成する物質
のエネルギーギャップ幅を表し、EF はフェルミエネル
ギーを表す。また、φ1 ,φ2 はそれぞれ障壁層B、量
子箱QDを形成する物質の電子親和力を表している。こ
れらは、次式を満足している。
Energy in the direction along the line α-α in FIG.
The band diagram is shown in FIG. In FIG. 3, E V1, EC1Are each
Energy of valence band edge and conduction band edge of the material forming the barrier layer B
Rugie, EG1, EGTwoRespectively form the barrier layer B
Energy gap width of materials, materials forming quantum boxes
Represents the energy gap width ofFFermiener
Represents ghee. Also, φ1, ΦTwoIs the barrier layer B, the amount
The electron affinity of the substance forming the child box QD is shown. This
They satisfy the following formula.

【0019】 φ1 <φ2 …(1) φ1 +EG1 >φ2 +EG2 …(2) これらの条件から、本実施例の量子箱メモリは、タイプ
Ιのヘテロ接合超格子により形成されている。上述のよ
うに、量子箱QDとしてInAsやInGaAsを用い
障壁層BとしてGaAs,AlGaAs,GaSb,A
lGaSbを用いた場合、量子箱QDとしてGaAsを
用い障壁層BとしてAlGaAsを用いた場合、量子箱
としてGeを用い障壁層としてSiを用いた場合は、式
(1)、(2)は、満足されている。
Φ 12 (1) φ 1 + EG 1 > φ 2 + EG 2 (2) From these conditions, the quantum box memory of the present embodiment is formed by a type I heterojunction superlattice. There is. As described above, InAs or InGaAs is used as the quantum box QD, and GaAs, AlGaAs, GaSb, A as the barrier layer B.
When lGaSb is used, when GaAs is used as the quantum box QD and AlGaAs is used as the barrier layer B, when Ge is used as the quantum box and Si is used as the barrier layer, the formulas (1) and (2) are satisfied. Has been done.

【0020】また、E0 e ,E0 h はそれぞれ量子箱Q
Dに局在した電子の最低エネルギー準位、正孔の最低エ
ネルギー準位である。また、φB e ,φB h はそれぞ
れ、外部電極と障壁層の界面の電子および正孔に対する
ショットキーバリア高さを表している。
Further, E 0 e and E 0 h are quantum boxes Q, respectively.
These are the lowest energy level of electrons localized in D and the lowest energy level of holes. Further, φ B e and φ B h respectively represent Schottky barrier heights for electrons and holes at the interface between the external electrode and the barrier layer.

【0021】価電子帯から熱的に量子箱QDに電子が励
起されないために、 E0 e −E0 h >kB T …(3) 熱的に外部電極から電子が励起されて書き込まれないた
めに、ショットキーバリヤー条件は、 φB e ,φB h >kB T …(4) (ここで、kB =1.38×1023〔J/K〕,T:絶
対温度)でなければならない。
[0021] Since electrons thermally quantum boxes QD from valence band is not excited, E 0 e -E 0 h> k B T ... (3) thermally electrons from the external electrode is not written are excited for the Schottky barrier conditions, φ B e, φ B h > k B T ... (4) ( where, k B = 1.38 × 10 23 [J / K], T: absolute temperature) be the I have to.

【0022】以下の説明では、電子を情報を担う粒子と
して説明する。この第1実施例による量子箱メモリへの
入力は次のようにして行う。入力時には、例えば下部電
極ELL を接地し、上部電極ELU にバイアス電圧Vg
を印加し、図4のように素子にバイアスをかけるものと
する。なお、このバイアス電圧Vgの印加は、量子箱メ
モリと離間した電極を上下に配して非接触で電界をかけ
ることも可能である。
In the following description, electrons will be described as particles that carry information. Input to the quantum box memory according to the first embodiment is performed as follows. At the time of input, for example, the lower electrode EL L is grounded and the bias voltage V g is applied to the upper electrode EL U.
Is applied to bias the device as shown in FIG. The bias voltage Vg can also be applied by applying an electric field in a non-contact manner by vertically disposing electrodes separated from the quantum box memory.

【0023】このようにバイアス電圧を印加した状態
で、振動数 ν=(E0 e −E0 h )/h …(5) (ここで、h=6.63×10-34 J・s)の単色光を
上部電極ELU の開口部O1 または下部電極ELL の開
口部O2 に照射する。すると、この光の照射によって、
量子箱QD内に電子−正孔対が生成される。エネルギー
準位E0 e ,E0 h が二重にスピン縮退しているときは
このとき生成される電子−正孔対は2つである。この電
子−正孔対のうち正孔は、バイアス電圧をかけているた
め、障壁層Bの厚さが実質的に薄くなり、トンネルする
ようになり、下部電極ELL に吸収される(図4参
照)。この結果、振動数ν光の照射を止めても、量子箱
QD内に2個の電子が取り残される。これによって、量
子箱QD内への電子の入力を行うことができる。この場
合のバイアス電圧は、通常はトンネリングしない障壁層
1 を電子または正孔がトンネリングできる程度の電界
であり、具体的には例えば障壁層B1 の厚さ100nm
当たり数V程度である。
With the bias voltage thus applied, the frequency ν = (E 0 e −E 0 h ) / h (5) (where, h = 6.63 × 10 −34 J · s) The monochromatic light is irradiated onto the opening O 1 of the upper electrode EL U or the opening O 2 of the lower electrode EL L. Then, by irradiation of this light,
Electron-hole pairs are generated in the quantum box QD. When the energy levels E 0 e and E 0 h are doubly spin-degenerate, the number of electron-hole pairs generated at this time is two. Since holes of this electron-hole pair are applied with a bias voltage, the thickness of the barrier layer B becomes substantially thin and tunnels and is absorbed by the lower electrode EL L (FIG. 4). reference). As a result, two electrons are left in the quantum box QD even if the irradiation of the frequency ν light is stopped. As a result, electrons can be input into the quantum box QD. The bias voltage in this case is an electric field such that electrons or holes can tunnel the barrier layer B 1 which is not normally tunneled, and specifically, the barrier layer B 1 has a thickness of 100 nm, for example.
It is about several V per hit.

【0024】なお、一度正孔がショットキー電極ELU
に吸収されると障壁層Bのバリアがトンネリングできな
いほど充分厚いので熱的にショットキーバリアを越える
エネルギーを有する正孔が励起されない限り、正孔が量
子箱内の電子と再結合を起こして情報を消去することは
ない。したがって、式(3)の条件が満足されていれば
外部バイアスVg をゼロにしても量子箱内の情報は保持
され、不揮発性メモリとして機能する。
It should be noted that once the holes are Schottky electrodes EL U
The barrier layer B is thick enough to prevent tunneling when it is absorbed into the quantum barrier, so that unless holes with thermal energy exceeding the Schottky barrier are excited, the holes recombine with electrons in the quantum box and Never erase. Therefore, if the condition of Expression (3) is satisfied, the information in the quantum box is retained even if the external bias V g is set to zero, and the quantum box functions as a nonvolatile memory.

【0025】次に、この第1の実施例における量子箱メ
モリの記録情報の読み出しは、次のようにして行う。量
子箱内のビット情報を読み出すためには、上記入力に用
いた光子と同じ振動数νの光を照射し、その吸収または
発光を観測する。量子箱QDのエネルギー準位E0 e
電子が存在すれば振動数νの光によって電子が共鳴励起
されずその光の吸収も、励起された電子が正孔と再結合
する際の発光も生じず、振動数νの光は、図5に示すよ
うに、そのまま透過する。一方、量子箱QDのエネルギ
ー準位E0 e に電子が存在しなければ、図6に示すよう
に、振動数νの光によって電子が共鳴励起され、その光
の吸収または励起された電子が正孔と再結合する際の発
光が生じる。
Next, reading of recorded information from the quantum box memory in the first embodiment is performed as follows. In order to read out the bit information in the quantum box, light having the same frequency ν as the photon used for the input is irradiated and its absorption or emission is observed. If an electron exists in the energy level E 0 e of the quantum box QD, the electron is not resonantly excited by the light of the frequency ν, and the light is absorbed, and light is emitted when the excited electron recombines with the hole. Instead, the light having the frequency ν is transmitted as it is, as shown in FIG. On the other hand, if there is no electron at the energy level E 0 e of the quantum box QD, as shown in FIG. 6, the electron is resonantly excited by the light of the frequency ν, and the absorbed or excited electron of the light is positive. Emission occurs when recombining with the pores.

【0026】このため、量子箱内の電子の有/無は振動
数νの光の吸収または発光の無/有を光検出器により観
測することによって読み出すことができる。このよう
に、読み出しは非破壊であるので、ビット情報は失われ
ず、従って何度でも情報の読み出しが可能である。
Therefore, the presence / absence of electrons in the quantum box can be read out by observing the presence / absence of absorption or emission of light of the frequency ν with a photodetector. In this way, the reading is non-destructive, so that no bit information is lost and thus the information can be read many times.

【0027】この場合、光の吸収を検出する光検出器
は、入射光が透過する箇所に、発光を検出する光検出器
は、吸収を検出する光検出器と別の箇所にそれぞれ配置
することができる。次に、この第1実施例による量子箱
メモリ内のビット情報の消去の方法について述べる。量
子箱QDのビット情報の消去を行うためには、例えば外
部バイアスVg をゼロにした状態でφB h 、φB e より
もエネルギーの大きい光子を照射する。この時、量子箱
内の電子が励起され量子箱から外部電極に吸収されてし
まうか、または外部電極から量子箱QDに正孔が注入さ
れ量子箱内の電子と再結合し、量子箱内の電子を消去す
る(図7参照)。
In this case, the photodetector for detecting the absorption of light should be arranged at a position through which the incident light passes, and the photodetector for detecting the light emission should be arranged at a position different from that of the photodetector for detecting the absorption. You can Next, a method of erasing bit information in the quantum box memory according to the first embodiment will be described. To perform erasure-bit information quantum box QD, for example external bias V g while that was zero phi B h, it illuminates the large photon energy than phi B e. At this time, electrons in the quantum box are excited and absorbed by the external electrode from the quantum box, or holes are injected from the external electrode into the quantum box QD and recombined with electrons in the quantum box, and Erase the electrons (see FIG. 7).

【0028】以上の例は、入力の際に生成した電子−正
孔対のうち、正孔を引き抜いて電子を情報のビットとし
て扱う場合について述べたが、電子のほうが、外部電極
に引き抜かれ易い場合、すなわち不等式(電子に対する
障壁層のポテンシャルバリア高さ(図4のVe )×電子
の有効質量)<(正孔に対する障壁層のポテンシャルバ
リア高さ(図4のVh )×正孔の有効質量)が満たされ
る場合、上記の説明において「電子」と「正孔」を置き
換えることにより正孔を情報のビットとして扱うことが
可能になる。
In the above example, of the electron-hole pairs generated at the time of input, the case where holes are extracted and the electrons are treated as information bits has been described. However, the electrons are more easily extracted to the external electrode. In other words, the inequality (potential barrier height of barrier layer for electrons (V e in FIG. 4) × effective mass of electrons) <(potential barrier height of barrier layer for holes (V h in FIG. 4) × hole When the effective mass) is satisfied, holes can be treated as bits of information by replacing “electrons” with “holes” in the above description.

【0029】次に、この第1実施例による量子箱メモリ
の製造法について図8を参照しながら説明する。ここで
は、井戸層Wを形成する物質としてInGaAs、障壁
層Bを形成する物質としてGaAsを用いるものとす
る。井戸層Wは以下のプロセスを経て加工されて量子箱
QDとなる。
Next, a method of manufacturing the quantum box memory according to the first embodiment will be described with reference to FIG. Here, InGaAs is used as the material forming the well layer W, and GaAs is used as the material forming the barrier layer B. The well layer W is processed through the following process to form the quantum box QD.

【0030】まず、図8(A)に示すように、例えばG
aAs基板S上に、例えば分子線エピタキシー(MB
E)法、有機金属化学気相(MOCVD)法、有機金属
分子線エピタキシー(MOMBE)法等により、基板の
厚さと合わせてd2 になるようにGaAs層からなる障
壁層B、厚さaのInGaAsからなるW層、厚さd1
のGaAsからなる障壁層Bを順次エピタキシャル成長
させる。ここで、GaAs層からなる障壁層Bの厚さd
1 ,d2 は、トンネルが不可能な厚さであり、具体的に
は例えば100nm以上、井戸層Wの厚さaは、量子箱
内のエネルギー準位の離散化が顕著になる厚さであり、
典型的には数nm〜数十nmとする。
First, as shown in FIG. 8A, for example, G
On the aAs substrate S, for example, molecular beam epitaxy (MB
E) method, metalorganic chemical vapor phase (MOCVD) method, metalorganic molecular beam epitaxy (MOMBE) method, etc., to form a barrier layer B made of a GaAs layer and having a thickness a so as to be d 2 together with the thickness of the substrate. W layer made of InGaAs, thickness d 1
The barrier layer B made of GaAs is sequentially epitaxially grown. Here, the thickness d of the barrier layer B made of a GaAs layer
1 , 1 and 2 are the thicknesses at which tunneling is not possible. Specifically, for example, 100 nm or more, and the thickness a of the well layer W is a thickness at which the discretization of energy levels in the quantum box becomes remarkable. Yes,
It is typically several nm to several tens of nm.

【0031】次に、図8(B)に示すように、例えば光
リソグラフィー法や電子線リソグラフィー法、走査型ト
ンネル顕微鏡(STM)を用いて耐エッチング性を有す
るマスクMを障壁層B上に形成する。具体的には、この
マスクMは、例えば光リソグラフィー法や電子線リソグ
ラフィー法、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いる
場合は、SiO2 、Si3 4 などにより形成される。
マスクMの面積は(数nm)2 であることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 8B, a mask M having etching resistance is formed on the barrier layer B by using, for example, a photolithography method, an electron beam lithography method, or a scanning tunneling microscope (STM). To do. Specifically, the mask M is formed of, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like when using a photolithography method, an electron beam lithography method, or a scanning tunneling microscope (STM).
The area of the mask M is preferably (several nm) 2 .

【0032】次に、マスクMを用いて、異方性の強いド
ライエッチング法、例えばエッチングガスとしてCH4
+HeやSiCl4 +He,Cl2 等を用いた反応性イ
オンエッチング(RIE)法や電子サイクロトロン共鳴
(ECR)を用いた反応性イオンビームエッチング(E
CR−RIBE)法等により、障壁層B、井戸層Wを基
板表面に対して垂直方向に順次エッチングする。これに
よって、図8(C)に示すように障壁層B、井戸層Wが
ロッド状の形状にエッチングされる。
Next, using the mask M, a dry etching method having a strong anisotropy, for example, CH 4 as an etching gas is used.
+ He or SiCl 4 + He, Cl 2 etc. reactive ion etching (RIE) method or electron cyclotron resonance (ECR) reactive ion beam etching (E
The barrier layer B and the well layer W are sequentially etched in the direction perpendicular to the substrate surface by the CR-RIBE method or the like. As a result, the barrier layer B and the well layer W are etched into a rod shape as shown in FIG.

【0033】次に、図8(D)に示すように、上述のエ
ッチングにより除去された部分に障壁層Bを形成する物
質、例えばGaAsをエピタキシャル成長させて埋め
る。次に、選択エッチングを行いマスクMを除去した
後、上部電極ELU および下部電極ELL に対応する形
状のレジストパターンを形成し(図示せず)、例えば真
空蒸着法により、ショットキー接合を生じる例えばAl
膜やAu膜等の金属膜を素子の上下に形成した後、この
レジストパターンをその上に形成された金属膜と共に除
去する(リフトオフ)。これによって、図1および図2
に示すように開口部O1 およびO2 を有する上部電源E
U および下部電極ELL が形成される。また、これら
の電極ELU ,ELL は、素子の上下に金属膜を形成し
た後エッチング等によりパターニングすることによって
形成することもできる。なお、素子の上下に数10nm
と光を十分透過する厚さの金属薄膜等を形成することが
可能な場合は図1および図2に示したような開口部O1
およびO2 を形成しなくてもよい。
Next, as shown in FIG. 8D, a material for forming the barrier layer B, for example, GaAs is epitaxially grown and buried in the portion removed by the above-described etching. Next, after selective etching is performed to remove the mask M, a resist pattern having a shape corresponding to the upper electrode EL U and the lower electrode EL L is formed (not shown), and a Schottky junction is formed by, for example, a vacuum evaporation method. For example Al
After forming a metal film such as a film or Au film on the upper and lower sides of the element, this resist pattern is removed together with the metal film formed thereon (lift-off). As a result, FIG. 1 and FIG.
An upper power supply E having openings O 1 and O 2 as shown in FIG.
L U and the lower electrode EL L are formed. The electrodes EL U and EL L can also be formed by forming metal films on the top and bottom of the device and then patterning the films by etching or the like. In addition, several tens of nm above and below the device
When it is possible to form a metal thin film or the like having a thickness sufficient to transmit light, the opening O 1 as shown in FIGS.
And O 2 may not be formed.

【0034】このようにして、第1実施例による量子箱
メモリが形成される。以上のように、この第1実施例に
よる量子箱メモリによれば、1ビットの情報の記録は量
子箱QD内の2個の電子−正孔対の生成によって行われ
るので消費されるエネルギーは極めて小さく、記録速度
は極めて早い。具体的には、従来の光メモリは1ビット
の記録に数mW/μm2 の光を数10ns照射して行っ
ていたが、本実施例においては、数mW/μm2 の光を
数10ps照射すればよい。 [第2実施例]次に、この発明の第2実施例による量子
箱メモリについて述べる。
In this way, the quantum box memory according to the first embodiment is formed. As described above, according to the quantum box memory according to the first embodiment, since the recording of 1-bit information is performed by the generation of two electron-hole pairs in the quantum box QD, the energy consumed is extremely high. It is small and the recording speed is extremely fast. Specifically, in the conventional optical memory, 1-bit recording was performed by irradiating light of several mW / μm 2 for several tens of ns, but in the present embodiment, irradiation of light of several mW / μm 2 for several tens of ps was performed. Good. [Second Embodiment] Next, a quantum box memory according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0035】図9は、この第2実施例による量子箱メモ
リの断面図である。図9に示すように、この第2実施例
による量子箱メモリは、量子箱QDがマトリックス状に
2次元的に配置され、これらの量子箱QDを障壁層Bが
覆っており、各量子箱に対応した金属電極ELU ,EL
L に開口部Oが設けられている。したがって、第1実施
例による量子箱メモリがマトリックス状に配置されたよ
うな構造である。
FIG. 9 is a sectional view of the quantum box memory according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, in the quantum box memory according to the second embodiment, the quantum boxes QD are two-dimensionally arranged in a matrix, and the quantum boxes QD are covered with a barrier layer B. Corresponding metal electrodes EL U , EL
An opening O is provided in L. Therefore, it has a structure in which the quantum box memories according to the first embodiment are arranged in a matrix.

【0036】このように、量子箱が2次元的に並んだ構
造を用いれば、この発明の第1実施例による量子箱メモ
リと同様にして光照射により記録、書き込み、消去を行
い、従来の光メモリと同様にしてその光のスポットを2
次元的に走査するか、または2次元的な光のパターンを
用いることによりディスク型メモリが実現できる。
As described above, when the structure in which the quantum boxes are arranged two-dimensionally is used, recording, writing and erasing are performed by light irradiation in the same manner as the quantum box memory according to the first embodiment of the present invention, and the conventional optical memory is used. 2 in the same way as
A disk-type memory can be realized by dimensionally scanning or using a two-dimensional light pattern.

【0037】この発明の第2実施例における量子箱メモ
リの製造方法は、この発明の第1実子例における製造方
法と同様であるので省略する。量子箱を上述のようなG
e,InAs,InGaAs,GaAs等の半導体によ
り形成すると電子−正孔対生成に必要なエネルギーを有
する光の波長は1μm程度となる。したがって、光のス
ポットは数μm2 以下に絞ることができない。この点
で、記録密度は従来の光メモリ同様1ビット/μm2
ある。一方、本発明における量子箱の断面積は数100
nm2 以下であるので、この発明の第2実施例によれば
一つの光のスポットの中に102 〜104 個の量子箱を
作製することができる。そのため、1ビットの情報を1
2 〜104 個の量子箱に同時に記録させることがで
き、1ビットの情報の記録の信頼性を向上させることが
できる。また、第1実施例と同様にして1ビットを記録
するために必要な光のエネルギーと記録に要する時間は
極めて短いため低消費エネルギー、高速記録速度のディ
スク型メモリが実現できる。 [第3実施例]次に、この発明の第3実施例による量子
箱メモリについて述べる。
The method of manufacturing the quantum box memory according to the second embodiment of the present invention is the same as the method of manufacturing the first example of the present invention, and therefore will be omitted. Quantum box as above
When it is formed of a semiconductor such as e, InAs, InGaAs, or GaAs, the wavelength of light having the energy required to generate electron-hole pairs is about 1 μm. Therefore, the light spot cannot be narrowed down to several μm 2 or less. In this respect, the recording density is 1 bit / μm 2 as in the conventional optical memory. On the other hand, the cross-sectional area of the quantum box in the present invention is several hundreds.
Since it is less than nm 2 , according to the second embodiment of the present invention, it is possible to produce 10 2 to 10 4 quantum boxes in one light spot. Therefore, 1 bit of information is 1
It is possible to record simultaneously in 0 2 to 10 4 quantum boxes, and it is possible to improve the reliability of recording 1-bit information. Further, as in the first embodiment, the energy of light required for recording 1 bit and the time required for recording are extremely short, so that a disk type memory with low energy consumption and high recording speed can be realized. [Third Embodiment] Next, a quantum box memory according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0038】図10、11は、第3実施例による量子箱
メモリの断面図である。図10は、横方向のサイズが異
なる多数の量子箱を形成してあることに違いがあること
を除けば図9と同様の構造を有している。また、図11
は、形状、大きさが異なる多数の量子箱を二次元的に配
置し、光を透過する数10nmの金属電極膜ELU ,E
L を設けたもので、縦横方向のサイズに違いがあるこ
とを除けば図9と同様の構造を有している。図10、図
11において、例えば量子箱QD i は量子箱内に電子−
正孔対を生成するのに必要な最低エネルギーがhνi0
(Ei0 e −Ei0 h )(ここで、Ei0 e ,Ei0 h はそれぞ
れ量子箱QDi における電子の基底エネルギーおよび正
孔の基底エネルギー)であるような量子箱を表すものと
する。
10 and 11 show a quantum box according to the third embodiment.
It is sectional drawing of memory. In Fig. 10, the horizontal size is different.
The difference is that a large number of quantum boxes are formed.
The structure is the same as that of FIG. 9 except for. In addition, FIG.
Is a two-dimensional array of many quantum boxes with different shapes and sizes.
A metal electrode film EL having a thickness of several tens of nanometers and transmitting light.U, E
LLAre provided, there is a difference in vertical and horizontal sizes.
It has the same structure as in FIG. 9 except for and. Figure 10, Figure
11, the quantum box QD iIs an electron in the quantum box −
The minimum energy required to generate a hole pair is hνi0=
(Ei0 e-Ei0 h) (Where Ei0 e, Ei0 hEach
Re quantum box QDiEnergies and positives of electrons in
Which represents the quantum box as
I do.

【0039】以下の説明では、正孔を情報を担う粒子と
して説明する。この第3実施例による量子箱メモリへの
情報の記録は第1実施例と同様にして、量子箱にバイア
スをかけ、振動数νi0の光を照射する。この光の照射に
よって、選択的に量子箱QDi 内のみに電子−正孔対が
生成される。エネルギー準位E 0 e ,E0 h が二重にス
ピンして縮退しているときはこのとき生成される電子−
正孔対は2つである。この電子−正孔対のうち電子は上
部電極ELU に吸収される。この結果、振動数νi0の光
を止めても量子箱QDi 内に2個の電子が取り残され
る。これによって、選択的に量子箱QDi 内への正孔の
入力を行うことができる。
In the following description, holes are referred to as particles carrying information.
I will explain. The quantum box memory according to the third embodiment
Recording of information is performed in the same way as in the first embodiment, and the via is stored in the quantum box.
Frequency, νi0Irradiate the light of. To illuminate this light
Therefore, the quantum box QD is selectivelyiElectron-hole pairs only inside
Is generated. Energy level E 0 e, E0 hIs double
When pinned and degenerate, the electrons generated at this time −
There are two hole pairs. Of this electron-hole pair, the electron
Part electrode ELUIs absorbed by. As a result, the frequency νi0Light of
Quantum box QDiTwo electrons are left in
You. This allows the quantum box QD to be selectivelyiOf holes into
You can enter.

【0040】なお、一度電子がショットキー電極に吸収
されると障壁層のバリアがトンネリングできないほど充
分厚いので熱的にショットキーバリアを越えるエネルギ
ーを有する電子が励起されない限り、電子が量子箱内の
正孔と再結合を起こして情報を消去することはない。し
たがって、それぞれの量子箱において条件式(4)が満
足されていれば外部バイアスVg をゼロにしても量子箱
内の情報は保持され、不揮発性メモリとして機能する。
It should be noted that once the electrons are absorbed by the Schottky electrode, the barrier of the barrier layer is thick enough to prevent tunneling. Therefore, unless the electrons having energy exceeding the Schottky barrier are excited thermally, the electrons in the quantum box Information is not erased by recombination with holes. Therefore, if the conditional expression (4) is satisfied in each quantum box, the information in the quantum box is retained even if the external bias V g is set to zero, and the quantum box functions as a non-volatile memory.

【0041】上述のように光のスポットの中には102
〜104 個の量子箱を作製することが可能である。ま
た、電子−正孔対の生成エネルギーは量子箱のサイズに
よって異なる。したがって、102 〜104 種類のサイ
ズをもつ量子箱を一つの光のスポット内に作製し、記録
する光の振動数を一つの光のスポット内で102 〜10
4 通りに変化させることで、一つの光のスポット内すな
わち数μm2 内に102〜104 ビットの情報を記録す
ることで、波長多重メモリとして用いることができる。
ただし、ある量子箱内の励起状態にある電子−正孔対の
生成エネルギーに至るまで、振動数を大きくして記録を
行ってしまうとその量子箱には二重に情報が記録されて
しまうことになる。よって、記録光の最大振動数は様々
なサイズの量子箱からなる量子箱列の内で「最小の励起
状態にある電子−正孔対の生成エネルギー/h」であ
る。なお、書き込み振動数の幅を△ν、量子箱の中で最
も電子−正孔対生成エネルギーの高い量子箱と最も低い
量子箱との該エネルギー差(不均一バンド幅)が△Eと
すると、その量子箱のビット数は△E/h△ν(ここ
で、h=6.63×10-34 J・s)となる。
As described above, there are 10 spots in the light spot.Two
-10FourIt is possible to produce individual quantum boxes. Ma
In addition, the energy of electron-hole pair generation depends on the size of the quantum box.
So different. Therefore, 10Two-10FourKind of rhino
Quantum box with cavities is created and recorded in one light spot
The frequency of light is 10 in one light spot.Two-10
FourBy changing the street, you can
A few μmTwoWithin 10Two-10FourRecord bit information
By doing so, it can be used as a wavelength multiplexing memory.
However, for an electron-hole pair in an excited state in a quantum box
Increase the frequency and record until reaching the generated energy
If you go there, double information will be recorded in the quantum box.
Will be lost. Therefore, the maximum frequency of recording light varies.
The smallest excitation in a quantum box sequence consisting of quantum boxes of various sizes.
Energy of electron-hole pairs in the state / h ”
You. The width of the writing frequency is Δν, which is the maximum in the quantum box.
Has the lowest electron-hole pair production energy and the lowest
The energy difference (non-uniform band width) from the quantum box is ΔE
Then, the number of bits in the quantum box is ΔE / hΔν (here
And h = 6.63 × 10-34J ・ s).

【0042】次に、この発明の第3実施例における量子
箱メモリ情報の読み出しは第1実施例と同様にして次の
ようにして行う。量子箱内のビット情報を読み出すため
には、振動数νi0の光を照射し、その吸収または発光を
観測する。量子箱QDi のエネルギー準位Ei0 h に正孔
が存在すれば、振動数νi0の光によって量子箱QDi
の電子が共鳴励起されずその光の吸収も、励起された電
子が正孔と再結合する際の発光も生じず、入射光はその
まま透過する。一方、量子箱QDi のエネルギー準位E
i0 h に正孔が存在しなければ振動数νi0の光によって量
子箱QDi 内の電子が選択的に共鳴励起され、その光の
吸収または励起された電子が正孔と再結合する際の発光
が生じる。
Next, the reading of the quantum box memory information in the third embodiment of the present invention is carried out as follows in the same manner as in the first embodiment. In order to read the bit information in the quantum box, light with a frequency ν i0 is irradiated and its absorption or emission is observed. If there is a hole in the energy level E i0 h of quantum boxes QD i, and electronic absorption of the light is not resonant excitation of the quantum box QD i by light vibration frequency [nu i0, excited electrons positive No light emission occurs when recombining with the holes, and the incident light is transmitted as it is. On the other hand, the energy level E of the quantum box QD i
If there are no holes in i0 h , the electrons in the quantum box QD i are selectively resonantly excited by the light of the frequency ν i0 , and when the absorbed or excited electrons of the light recombine with the holes. Light emission occurs.

【0043】したがって、102 〜104 種類のサイズ
をもつ量子箱を一つの光のスポット内に作製し、読み出
す光の振動数を一つの光のスポット内で102 〜104
通りに変化させ各周波数毎に吸収/発光の有無を検出す
ることで、一つの光のスポット内すなわち数μm2 内に
102 〜104 通りに振動数を変化させることによっっ
て記録した102 〜104 ビットの情報を読み出すこと
ができる。
Therefore, a quantum box having a size of 10 2 to 10 4 is produced in one light spot, and the frequency of light to be read out is 10 2 to 10 4 in one light spot.
Recorded by changing the frequency in 10 2 to 10 4 ways within one light spot, that is, within several μm 2 by detecting the presence / absence of absorption / emission for each frequency. Information of 10 2 to 10 4 bits can be read.

【0044】次に、この第3実施例による量子箱メモリ
内のビット情報の消去の方法について述べる。第1実施
例における量子箱メモリ内のビット情報の消去の方法と
同様にして、量子箱QDi 内のビット情報の消去を行う
ためには外部バイアスVg をゼロにした状態で電子また
は正孔に対する障壁層と外部電極の間のショットキーバ
リア高さよりも大きいエネルギーを有する光子を照射す
る。このとき、量子箱中の正孔が励起され量子箱内から
外部電極に吸収されてしまうか、または外部電極から量
子箱に電子が注入され量子箱内の正孔と再結合し、量子
箱内の正孔を消去する。
Next, a method of erasing bit information in the quantum box memory according to the third embodiment will be described. Similar to the method of erasing the bit information in the quantum box memory in the first embodiment, in order to erase the bit information in the quantum box QD i , electrons or holes are set with the external bias V g set to zero. Irradiate photons with energy greater than the Schottky barrier height between the barrier layer and the outer electrode. At this time, holes in the quantum box are excited and absorbed from the quantum box to the external electrode, or electrons are injected from the external electrode into the quantum box and recombined with holes in the quantum box, Erase the holes.

【0045】以上の例は、正孔を情報の担い手として扱
う場合について述べたが、正孔のほうが、外部電極に引
き抜かれ易い場合、すなわち不等式(電子に対する障壁
層のポテンシャルバリア高さ×電子の有効質量)>(正
孔に対する障壁層のポテンシャルバリア高さ×正孔の有
効質量)が満たされる場合、上記の説明において「正
孔」と「電子」を置き換えることにより電子を情報のビ
ットとして扱う場合に応用可能である。
In the above example, the case where the hole is treated as a carrier of information has been described. However, when the hole is more easily extracted to the external electrode, that is, the inequality (potential barrier height of barrier layer against electron x electron If (effective mass)> (potential barrier height of barrier layer for holes × effective mass of holes) is satisfied, electrons are treated as bits of information by replacing “holes” with “electrons” in the above description. It can be applied in any case.

【0046】次に、この発明の第3実施例による量子箱
メモリの製造方法について説明する。図10に示した構
造の作製は、第1実施例の作製法においてマスクMの大
きさが異なるものを、電子線リソグラフィーや金属薄膜
からの金属微粒子形成法、GaAs上のInAs St
ranski−Krastanow成長〔G.Yusa
et al.,J.Appl.Phys.34 11
98(1995)〕により作製することによって行うこ
とができる。
Next, a method of manufacturing the quantum box memory according to the third embodiment of the present invention will be described. In the fabrication of the structure shown in FIG. 10, the mask M having a different size in the fabrication method of the first embodiment is used for electron beam lithography, metal fine particle formation method from metal thin film, InAs St on GaAs.
ranki-Krastanow growth [G. Yusa
et al. , J. et al. Appl. Phys. 34 11
98 (1995)].

【0047】また、図11に示した構造の作製は、MB
E,MOCVD等の結晶成長法を用いて例えば障壁層と
してのGaAsの上部に、GaAsと格子整合性のない
InGaAsを井戸層として数原子層成長し、引き続き
障壁層のGaAsを成長させる。このとき、InGaA
sはStranski−Krastanowモードと呼
ばれる成長機構により成長し、自己形成的に数10nm
径の欠陥のない、それぞれ電気的に分離した(図面では
繋がっているが、電気的には分離されている)ドット構
造の半導体微粒子を形成する。そのサイズのゆらぎは1
0%程度であり、そのサイズゆらぎによる電子−正孔対
生成エネルギーの広がりは数10meVに及ぶものが作
製される〔D.Leonard et al.,App
l.Phys.Lett.63 3203(199
3)〕。この場合、サイズのゆらぎを大きくするように
してドット構造を形成するようにしても良い。その後、
結晶の表裏に光を透過する数10nmの金属電極膜を抵
抗加熱蒸着法やスパッタリング等を用いて形成するだけ
でよい。
The fabrication of the structure shown in FIG.
Using a crystal growth method such as E or MOCVD, for example, a few atomic layers of InGaAs having no lattice matching with GaAs are grown as well layers on top of GaAs as a barrier layer, and GaAs of the barrier layer is subsequently grown. At this time, InGaA
s grows by a growth mechanism called Stranski-Krastanow mode, and is self-forming several tens nm.
Semiconductor fine particles having a dot structure, which have no diameter defect and are electrically isolated (connected in the drawing but electrically isolated) are formed. The fluctuation of that size is 1
It is about 0%, and the spread of the electron-hole pair generation energy due to the size fluctuation reaches several 10 meV [D. Leonard et al. , App
l. Phys. Lett. 63 3203 (199
3)]. In this case, the dot structure may be formed by increasing the size fluctuation. afterwards,
It is only necessary to form a metal electrode film of several tens of nm that transmits light on the front and back surfaces of the crystal by using a resistance heating vapor deposition method, sputtering or the like.

【0048】また、半導体微粒子の作成方法としては、
その他に、例えば埋め込みAlGaAs層を含むGaA
s上に上記のように形成したInGaAsの微粒子のウ
エット層(微粒子間を繋げている0.5〜1nm程度の
厚さの層)をHClガスでエッチングして除去した後、
残ったInGaAsの微粒子をエッチングマスクとして
GaAsをCl2 ガスでエッチングすることにより、G
aAsの量子箱を形成し、その後、マスクのInGaA
sを除去した後、AlGaAsを成長させることによっ
ても、障壁層のAlGaAsで囲まれたドット構造のG
aAs量子箱を形成することができる〔G.Yusa
et al.,J.Appl.Phys.34 119
8(1995)〕。
As a method for producing semiconductor fine particles,
In addition, for example, GaA including a buried AlGaAs layer
After the wet layer of InGaAs fine particles (a layer having a thickness of about 0.5 to 1 nm connecting the fine particles) formed on s as described above is removed by etching with HCl gas,
By etching the GaAs with Cl 2 gas using the remaining InGaAs fine particles as an etching mask, G
a quantum box of aAs is formed, and then InGaA of the mask is formed.
After removing s, by growing AlGaAs, the G of the dot structure surrounded by AlGaAs of the barrier layer is also formed.
aAs quantum boxes can be formed [G. Yusa
et al. , J. et al. Appl. Phys. 34 119
8 (1995)].

【0049】以上のようにして、実現される量子箱メモ
リは高速記録、低記録エネルギーなだけでなく、記録光
に多量の周波数の光を用いることにより従来の光メモリ
として比較して102 〜104 倍の102 〜104 /μ
2 の高密度の記録が可能である。
As described above, the quantum box memory realized is not only high-speed recording and low recording energy, but also uses 10 2 to 10 2 as compared with a conventional optical memory by using light of a large frequency for recording light. 4 times 10 2 to 10 4 / μ
High density recording of m 2 is possible.

【0050】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。例えば、上記の第1実施例、第2実施例、第
3実施例において説明した量子箱メモリの製造法は一例
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。
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. For example, it goes without saying that the manufacturing method of the quantum box memory described in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment is only an example, and other manufacturing methods may be used.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
高記録密度、高速記録、低記録エネルギーの光メモリが
可能になる。
As described above, according to the present invention,
An optical memory with high recording density, high speed recording and low recording energy becomes possible.

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

【図1】この発明の第1実施例による量子箱メモリを示
す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a quantum box memory according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の線I−IまたはII−IIに沿った方向の断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view taken along the line I-I or II-II in FIG.

【図3】図2の線α−αに沿った方向のエネルギーバン
ド図である。
FIG. 3 is an energy band diagram in a direction along a line α-α of FIG.

【図4】この発明の第1実施例による量子箱メモリへの
記録方法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 a recording method in the quantum box memory according to the first embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第1実施例による量子箱メモリの読
み出し方法を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。
FIG. 5 is an energy band diagram for explaining a reading method of the quantum box memory according to the first embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第1実施例による量子箱メモリの読
み出し方法を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。
FIG. 6 is an energy band diagram for explaining a reading method of the quantum box memory according to the first embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第1実施例による量子箱メモリの消
去方法を説明するためのエネルギーバンド図である。
FIG. 7 is an energy band diagram for explaining a method of erasing the quantum box memory according to the first embodiment of the present invention.

【図8】(A)〜(D)は、この発明の第1実施例によ
る量子箱メモリの製造方法を説明するためのそれぞれ断
面図である。
8A to 8D are cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the quantum box memory according to the first embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第2実施例による量子箱メモリを示
す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a quantum box memory according to a second embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第3実施例による量子箱メモリを
示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a quantum box memory according to a third embodiment of the present invention.

【図11】Stranski−Krastanowモー
ド成長により形成されたドット構造の量子箱の例を示す
断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a quantum box having a dot structure formed by Stranski-Krastanow mode growth.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ELU …上部電極、ELL …下部電極、B〜Bn+1 …障
壁層、QD,QD0 ,QD1 …量子箱、O1 ,O2 …開
口部
EL U ... Upper electrode, EL L ... Lower electrode, B to B n + 1 ... Barrier layer, QD, QD 0 , QD 1 ... Quantum box, O 1 , O 2 ... Opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷 伊知郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ichiro Hase 6-735 Kitashinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】量子箱と、その量子箱を周囲から電気的に
分離するように囲む障壁層と、間に量子箱を挟むように
障壁層の両表面に形成されたショットキー接合とを有
し、 該量子箱内に局在した状態を占める電子または正孔の有
無をビット情報とし、不揮発性メモリとして機能するこ
とを特徴とする量子箱メモリ。
1. A quantum box, a barrier layer surrounding the quantum box so as to electrically isolate the quantum box from the surroundings, and a Schottky junction formed on both surfaces of the barrier layer so as to sandwich the quantum box therebetween. A quantum box memory characterized in that the presence or absence of electrons or holes occupying a localized state in the quantum box is used as bit information and functions as a non-volatile memory.
【請求項2】上記両ショットキー接合間にバイアスをか
けた状態で量子箱内に局在した電子−正孔対生成エネル
ギーに共鳴するエネルギーの光子を照射し、 該量子箱内に生成した電子または正孔の一方を量子箱か
ら引き抜く一方、量子箱内に他方の電子または正孔を残
すことにより情報を記録し、 上記バイアス電圧をかけない状態で量子箱内に局在した
電子−正孔対生成エネルギーに共鳴するエネルギーの光
子を照射し、 該量子箱内の電子又は正孔の有無による該照射した光子
の吸収または発光の有無を観測することにより記録情報
を読み出すことを特徴とする請求項1記載の量子箱メモ
リ。
2. An electron generated in the quantum box by irradiating with a photon having an energy that resonates with an electron-hole pair formation energy localized in the quantum box in a state in which a bias is applied between the Schottky junctions. Alternatively, one of the holes is extracted from the quantum box, while the other electron or hole is left in the quantum box to record information, and the electron-hole localized in the quantum box without applying the above bias voltage. The recorded information is read by irradiating a photon having an energy resonating with the pair production energy and observing whether or not the irradiated photon is absorbed or emitted depending on the presence or absence of an electron or a hole in the quantum box. Item 1. The quantum box memory according to item 1.
【請求項3】該量子箱に高エネルギーの光子を照射して
量子箱内の電子または正孔を消去する請求項1記載の量
子箱メモリ。
3. The quantum box memory according to claim 1, wherein electrons or holes in the quantum box are erased by irradiating the quantum box with high-energy photons.
【請求項4】障壁層を構成する材料の電子親和力とバン
ドギャップ差との合計が、量子箱を構成する材料の電子
親和力とバンドギャップ差との合計より大きい請求項1
記載の量子箱メモリ。
4. The sum of the electron affinity and the band gap difference of the material forming the barrier layer is larger than the sum of the electron affinity and the band gap difference of the material forming the quantum box.
Quantum box memory described.
【請求項5】2次元的又は3次元的に多数配列された量
子箱と、それらの量子箱を各量子箱が周囲から電気的に
分離されるように被覆する障壁層と、間に量子箱を挟む
ように障壁層の両表面に形成されたショットキー接合と
を有し、 該量子箱内に局在した状態を占める電子または正孔の有
無をビット情報とし、不揮発性メモリとして機能するこ
とを特徴とする量子箱メモリ。
5. A quantum box between a plurality of quantum boxes arrayed two-dimensionally or three-dimensionally, a barrier layer covering the quantum boxes so that each quantum box is electrically isolated from the surroundings. And a Schottky junction formed on both surfaces of the barrier layer so as to sandwich it, and the presence or absence of an electron or a hole occupying a localized state in the quantum box is used as bit information to function as a nonvolatile memory. Quantum box memory characterized by.
【請求項6】電子−正孔対生成エネルギーの異なる多数
の量子箱を2次元的又は3次元的に配列し、それらの量
子箱を各量子箱が周囲から電気的に分離されるように障
壁層で挟み、該障壁層の両表面に形成されたショットキ
ー接合とを有し、 該量子箱内に局在した状態を占める電子または正孔の有
無をビット情報とし、不揮発性メモリとして機能するこ
とを特徴とする量子箱メモリ。
6. A large number of quantum boxes having different electron-hole pair production energies are arranged two-dimensionally or three-dimensionally, and the quantum boxes are barriers so that each quantum box is electrically isolated from the surroundings. It has a Schottky junction formed on both surfaces of the barrier layer and sandwiched between layers, and the presence or absence of an electron or a hole occupying a localized state in the quantum box is used as bit information and functions as a nonvolatile memory. A quantum box memory characterized in that
【請求項7】上記両ショットキー接合間にバイアスをか
けた状態で量子箱内に局在した電子−正孔対生成エネル
ギーに共鳴する多重のエネルギーを有する光子を照射
し、 該量子箱内に生成した電子または正孔の一方を量子箱か
ら引き抜く一方、量子箱内に他方の電子または正孔を残
すことにより情報を多重に記録し、 該量子箱内の電子又は正孔の有無による電子−正孔対生
成エネルギーを有する多重のエネルギーを有する光子を
照射し、 該量子箱内の電子又は正孔の有無による該照射した光子
の吸収または発光の有無を観測することにより多重の記
録情報を読み出す請求項6記載の量子箱メモリ。
7. The quantum box is irradiated with photons having multiple energies that resonate with electron-hole pair formation energies localized in the quantum box with a bias applied between the Schottky junctions. One of the generated electrons or holes is extracted from the quantum box, while the other electron or hole is left in the quantum box to record information in a multiplexed manner. Multiple recorded information is read by irradiating photons having multiple energies having hole pair generation energy and observing absorption or emission of the irradiated photons depending on the presence or absence of electrons or holes in the quantum box. The quantum box memory according to claim 6.
【請求項8】量子箱として、格子整合しない基板上に薄
膜を成長させることにより島状に形成された多数のドッ
ト構造、又は該島状に形成されたドット構造をマスクと
して上記基板をエッチングすることにより形成された多
数のドット構造を用いる請求項6記載の量子箱メモリ。
8. A quantum box, wherein a large number of island-shaped dot structures are formed by growing a thin film on a substrate not lattice-matched, or the island-shaped dot structure is used as a mask to etch the substrate. 7. The quantum box memory according to claim 6, wherein a large number of dot structures formed by the above are used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006080293A (en) * 2004-09-09 2006-03-23 Univ Of Electro-Communications Forming method of quantum dot
WO2010134697A3 (en) * 2009-05-22 2011-01-20 Samsung Electronics Co,. Ltd. Optical memory device and method of recording/reproducing information by using the same

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