(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、
ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、
信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、
を備え、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記信号光源手段は、前記信号光として、第ｊ（但し、ｊは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光レイヤーとしての第ｊレイヤーに向けて発し、
前記第ｊ信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記第ｊ信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段を更に備え、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理回路。
【請求項２】
前記ベース光用レイヤー及び前記第１レイヤーから前記第ｍレイヤーのうち、一対をなす二つのレイヤーは、相互に対応するＰＬ発光ピーク波長を少なくとも一つ有すると共に、前記量子ドットレイヤー部内において、近接場光の相互作用による結合が可能な位置に夫々配置されており、
前記一対をなす二つのレイヤーが、一つ以上存在する
ことを特徴とする請求項１に記載の光論理回路。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ベース光及び前記第ｉ信号光の全ての光の波長を同一波長へと切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の光論理回路。
【請求項４】
前記少なくとも一つのレイヤーは、
前記全ての波長が前記同一波長として前記第１波長に切り替えられている場合に、前記第１種類としてＡＮＤゲートの論理動作を行い
前記全ての光の波長が前記同一波長として前記第２波長に切り替えられている場合に、前記第２種類としてＮＯＴゲートの論理動作を行う
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光論理回路。
【請求項５】
前記量子ドットレイヤー部からの前記ベース光及び前記信号光に起因する出力光を、前記量子ドットレイヤー部の積層方向にて受光する垂直受光素子及び前記量子ドットレイヤー部の水平方向にて受光する水平受光素子のうち少なくとも一つの受光素子を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光論理回路。
【請求項６】
前記制御手段は、前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長を切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御することに加えて又は代えて、前記少なくとも一つの受光素子で受光する段階にて、前記論理演算に用いられる前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長を切り替えるように、前記少なくとも一つの受光素子を制御することを特徴とする請求項５に記載の光論理回路。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第ｉ信号光を、前記情報としてのデジタル情報及びアナログ情報の少なくとも一方の値に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の光論理回路。
【請求項８】
ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段とを備え、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光源手段は、前記信号光として、第ｊ（但し、ｊは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光レイヤーとしての第ｊレイヤーに向けて発する光論理回路を制御する制御方法であって、
前記第ｊ信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御する変化工程と、
前記ベース光の波長及び前記第ｊ信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する切り替え工程と
を備え、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理回路の制御方法。
【請求項９】
複数の光論理回路が集積されてなり、
前記複数の光論理回路は夫々、
ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤーの上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、
ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、
信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、
を備え、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記信号光源手段は、前記信号光として、第ｊ（但し、ｊは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光レイヤーとしての第ｊレイヤーに向けて発し、
前記第ｊ信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記第ｊ信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段を更に備え、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする集積回路。
【請求項１０】
ベース光を発するベース光源手段と、信号光を発する信号光源手段と、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記信号光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段とを備える光論理回路用の量子ドットレイヤー部を有する光論理素子であって、
前記量子ドットレイヤー部は、
前記ベース光源手段から発せられる前記ベース光が向けられるベース光用レイヤーと、
前記ベース光用レイヤー上に積層され、前記信号光源手段から発せられる前記信号光が向けられる信号光用レイヤーと、
を有し、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項１１】
ベース光を発するベース光源手段と、信号光を発する信号光源手段と、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記信号光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段とを夫々備える複数の光論理回路が集積されてなる集積回路用の量子ドットレイヤー部を有する光論理素子であって、
前記量子ドットレイヤー部は、
前記ベース光源手段から発せられる前記ベース光が向けられるベース光用レイヤーと、
前記ベース光用レイヤー上に積層され、前記信号光源手段から発せられる前記信号光が向けられる信号光用レイヤーと、
を有し、
前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、
前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、
前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている
ことを特徴とする光論理素子。
【請求項１２】
ベース光が入射されるベース光用レイヤーと、第１信号光が入射される第１信号光レイヤーと、第２信号光が入射される第２信号光レイヤーと、がこの順で積層されてなる量子ドットレイヤー部と、前記ベース光、前記第１信号光及び前記第２信号光各々を発する光源を制御する制御手段と、を備える光論理回路であって、
前記第１信号光用レイヤーは、第１ＰＬ発光ピーク及び第２ＰＬ発光ピークを有する第１量子ドットを含み、
前記第２信号光用レイヤーは、前記第１ＰＬ発光ピークを有する第２量子ドットを含み、
前記ベース光用レイヤーは、前記第１ＰＬ発光ピーク及び前記第２ＰＬ発光ピークを有する第３量子ドットを含み、
前記第１ＰＬ発光ピークを与える光の第１波長は、前記第２発光ピークを与える光の第２波長より大きく、
前記制御手段は、前記第１信号光及び前記第２信号光各々を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記光源を制御すると共に、前記ベース光、前記第１信号光及び前記第２信号光各々の波長が、前記論理演算の種類に応じて、前記第１波長及び前記第２波長のいずれかに切り替えるように、前記光源を制御する
ことを特徴とする光論理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば量子ドット素子を用いて構成される光論理回路、その制御方法、及びそのような光論理回路を集積してなる集積回路の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光論理回路では、複数の量子ドットレイヤーが積層されてなる量子ドットレイヤー部を備える。量子ドットレイヤーの夫々には、量子ドットが配列されている。これら量子ドット間における近接場光の相互作用による結合、或いは発光の伝播により、入力光の入射の有無に対応して、出力光の有無（厳密には出力光の光強度の高低）が変化する。よって、デジタル情報の値に応じて入力光のうち信号光をオンオフさせて、出力光を検出することで、個々の量子ドットレイヤー部に固有の論理演算が実行可能とされる（例えば、特許文献１〜８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５２８７０５号公報
【特許文献２】特開２００５−  ９３５５３号公報
【特許文献３】特開２００６−２６９８８６号公報
【特許文献４】特開２００７−  ５３３２２号公報
【特許文献５】特開２００７−１５７９７５号公報
【特許文献６】特表２００５−５３４１６４号公報
【特許文献７】特開２００９−  １０４２５号公報
【特許文献８】特開２００９−２３１６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献に開示された技術では、個々の量子ドットレイヤー部にて利用される入力光は、設計上予め決められた波長（即ち、特定の或いは最もパワーの大きいＰＬ発光ピーク波長）を有する光に限定されている。このため、該個々の量子ドットレイヤー部は、予め決められた一つの論理動作のみを行う論理回路を構築する。従って、要求される論理動作が異なれば、異なる量子ドットレイヤー部を構築する必要があり、或いは、要求される論理動作の数だけ、異なる量子ドットレイヤー部が必要となる。この結果、要求される論理動作が多くなればなる程、それに比例して量子ドットレイヤー部の個数が増える結果、回路規模が大きくならざるを得ない。【０００５】
これは、光論理回路の最大の長所である、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などを進める上での、本質的な阻害要因となるという技術的課題がある。【０００６】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、回路規模の肥大化を抑制可能である、或いは効率的な論理動作が可能である光論理回路、その制御方法、及びそのような光論理回路を集積してなる集積回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光論理回路は上記課題を解決するために、
ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、を備え、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光源手段は、前記信号光として、第ｊ（但し、ｊは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光レイヤーとしての第ｊレイヤーに向けて発し、前記第ｊ信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御すると共に、前記ベース光の波長及び前記第ｊ信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する制御手段を更に備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている。
【０００８】
本発明の光論理回路の制御方法は上記課題を解決するために、ベース光用レイヤー及び該ベース光用レイヤー上に積層された信号光用レイヤーを含んでなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段とを備え、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、前記ベース光用レイヤー側から順に、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、前記信号光用レイヤーとしての第ｉ（但し、ｉは１からｍ−１までの自然数）レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーとしての第ｍレイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記ベース光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光源手段は、前記信号光として、第ｊ（但し、ｊは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光レイヤーとしての第ｊレイヤーに向けて発する光論理回路を制御する制御方法であって、前記第ｊ信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように前記信号光源手段を制御する変化工程と、前記ベース光の波長及び前記第ｊ信号光の波長各々を、前記論理演算の種類に応じて、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のいずれかに切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する切り替え工程とを備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーとしての第１レイヤー乃至第ｍレイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記ベース光及び前記第ｊ信号光のうち前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち第１波長である場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つのレイヤーに対応する光の波長が、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうち前記第１波長とは異なる第２波長である場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている。
【０００９】
本発明の集積回路は上記課題を解決するために、複数の上述した本発明の光論理回路が集積されてなる。【００１０】
本発明の一の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る光論理回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。【００１１】
本発明の他の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る集積回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。【００１２】
本発明の他の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る量子ドットレイヤー部であって、前記信号光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有する。【００１３】
本発明のこのような作用及び利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光論理回路の第１実施例の基本構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】第１実施例における、量子ドットレイヤー部の、模式的な断面図である。
【図３】第１実施例における、第１種類の論理動作を行う場合における、信号光とベース光との波長スペクトルを概略的に示す特性図である。
【図４】第１実施例における、第１信号光の波長スペクトルを示す特性図である。
【図５】第１実施例における、第１種類の論理動作を行う場合における、信号光と出力光との関係を示す真理値表である。
【図６】第１実施例における、第２種類の論理動作を行う場合における、信号光とベース光との波長スペクトルを概略的に示す特性図である。
【図７】第１実施例における、第２種類の論理動作を行う場合における、信号光と出力光との関係を示す真理値表である。
【図８】本発明の光論理回路の制御方法の実施例における、論理動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の光論理回路の第２実施例における量子ドットレイヤー部の層構成及び動作原理を説明する模式図である。
【図１０】本発明の集積回路の第１実施例の基本構成を示す模式的な斜視図である。
【図１１】本発明の集積回路の第２実施例の基本構成を示す模式的な斜視図である。
【図１２】本発明の実施例に係る、量子ドットレイヤー部の製造方法の工程の一部を示す工程図である。
【図１３】図１２の工程に続くバッファ層形成工程を示す工程図である。
【図１４】図１３の工程に続く量子ドット形成工程を示す工程図である。
【図１５】図１４の工程に続くキャップ層形成工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明を実施するための最良の形態として、光論理回路、その制御方法及び集積回路に係る実施形態について順に説明する。
（光論理回路の実施形態）
＜１＞
本実施形態の光論理回路は上記課題を解決するために、ベース光用レイヤー及び信号光用レイヤーが積層されてなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段と、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させると共に、前記ベース光及び前記信号光のうち少なくとも一つの光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替える制御手段とを備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記少なくとも一つの光の波長が前記制御手段により第１波長に切り替えられている場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つの光の波長が前記制御手段により前記第１波長とは異なる第２波長に切り替えられている場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている。
【００１６】
本実施形態の光論理回路によれば、その動作時には、例えば半導体レーザであるベース光源手段から、例えば１つ又は２つ以上のＰＬ（Photo-Luminescence：フォトルミネッセンス）発光ピーク波長、即ち、ＰＬ発光の波長スペクトルにおいてピークを与える波長を有するベース光が、量子ドットレイヤー部のうちベース光用レイヤーに入力される。これと並行して、例えば半導体レーザである信号光源手段から、ベース光と同じ若しくは異なる、例えば１つ又は２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有する信号光が、量子ドットレイヤー部のうち信号光用レイヤーに入力される。
【００１７】
ここに「ベース光」とは、光論理回路において所定種類の論理演算に対応する光結合或いは光伝播が行われるように、デジタル情報或いはアナログ情報の値によらずに一定の光強度にて参照光入力用端子に入力される光を意味し、「信号光」とは、デジタル情報の値に応じてオンオフさせられつつ或いはアナログ情報の値に応じて光強度が変化させられつつ信号光入力用端子に入力される光を意味する。
【００１８】
量子ドットレイヤー部において、ベース光用レイヤーは、典型的には一層、又は二層以上、例えば、ＧａＮ基板上に積層されている。更に、信号光用レイヤーは、典型的にはベース光用レイヤー上に、一層又は典型的には二層以上積層されている。特に、信号光用レイヤーが二層以上ある場合には、夫々に対して、相互に同一若しくは異なるＰＬ発光特性を有する信号光が入力される。量子ドットレイヤー部には、これら各層の間や上に、例えばＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等を含んでなるバッファ層、キャップ層、パッシベーション層、保護層、下地層等が積層されてもよい。
【００１９】
ベース光用レイヤー及び信号光用レイヤーの夫々には、複数の量子ドット（ＱＤ：Quantum Dots）が配列されている。複数の量子ドットは、一つのレイヤー内に２次元配列された量子ドットのうちの相隣接したもの同士間及び複数のレイヤーに３次元配列された量子ドットのうち相対面するもの同士間にて、ベース光の入力を条件として、近接場光の相互作用による結合が起こるように、或いは発光の伝播が起こるように構成されている。
【００２０】
ここで特に、例えばレーザー制御装置などの制御手段により、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第１波長（例えば、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうちの一つ或いは一番目に大きいピークを与える波長など）に切り替えられているとする。又は、デフォールト設定若しくは初期設定されているとする。この状態で、制御手段により、信号光が、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させられる。
【００２１】
ここに「第１波長」や「第２波長」という場合における、光の「波長」とは、量子ドットレイヤー部にて近接場光を引き起こす単一の波長を中央に含む、ある幅を持った波長域或いは帯域を意味する。典型的には、ＰＬ発光におけるピークを与える一又は複数の波長のうちのいずれか一つを中心に含むと共に該一つの波長に係る波長スペクトル上の高パワー部分をカバーするだけの幅を持った波長域或いは帯域を意味する。
【００２２】
波長の「切り替え」は、例えば、半導体レーザ等から構成されるベース光源手段や信号光源手段に対して印加される、周波数信号、電源信号、発振条件等を切り替えることで、ベース光源手段や信号光源手段から出射される時点における光の波長を切り替えてもよい。例えば、発振周波数自体を切り替えてもよい。或いは、ベース光源手段や信号光源手段から出射られた後の光に対して、切り替え可能な帯域シャッターや帯域フィルタをかけることで、波長を切り替えてもよい。即ち、この場合には、半導体レーザ等のベース光源手段や信号光源手段では、波長の切り替えの前後で同一の発振状態とされる。
【００２３】
すると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、第１波長に対応するものとして予め想定されている、例えば量子ドットレイヤー部に固有の第１種類の論理動作（例えば、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、ＮＡＮＤゲート、ＮＯＴゲートなどのうちの固定された一つ）の演算結果を表すことになる。第１種類の論理動作が具体的に何であるかは、量子ドットレイヤー部の設計事項に委ねられる。
【００２４】
その後、制御手段により、例えば外部から与えられる又は内部発生的な演算処理についてのコマンド等に従って、適宜に、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第２波長（例えば、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうちの他の一つ或いは二番目に大きいピークを与える波長など）に切り替えられる。或いは、制御手段により、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第２波長に切り替えられている又はデフォールト設定若しくは初期設定されているとする。
【００２５】
この状態で、制御手段により、信号光が、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させられる。すると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の高低或いは強弱が、例えば、第２波長に対応するものとして予め想定されている量子ドットレイヤー部に固有の第２種類の論理動作（例えば、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、ＮＡＮＤゲート、ＮＯＴゲートなどのうちの、第１種類の論理動作とは異なる固定された、他の一つ）の演算結果を表すことになる。第２種類の論理動作が具体的に何であるかは、量子ドットレイヤー部の設計事項に委ねられる。
【００２６】
なお、制御手段は、信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させるように（例えば、オンオフの２値変化或いは多値変化させるように）、典型的には、信号光源手段を制御する。更に、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長を、要求される論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように、典型的には、ベース光源手段及び信号光源手段のうち少なくとも一方を制御する。
【００２７】
以上の結果、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、複数種類の論理動作を行うことが可能となる。従って、要求される論理動作の数だけ、異なる量子ドットレイヤー部が必要でなくなる。この結果、要求される論理動作が多くなっても、それに比例して量子ドットレイヤー部の個数が増えないで済み、回路規模が相対的には大きくならなくて済む。これは、光論理回路の最大の長所である、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに大きく貢献し得る。
【００２８】
このように、光論理回路において、回路規模の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。
＜２＞
本実施形態の光論理回路の一態様では、前記少なくとも一つのレイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記少なくとも一つの光の波長は、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうちの少なくとも一つの波長に対応する波長である。
【００２９】
この態様によれば、少なくとも一つのレイヤーに関して、(i)少なくとも一つの光の波長が第１波長に切り替えられている場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、（ii）少なくとも一つの光の波長が第２波長に切り替えられている場合に、第２種類の論理動作が行われる構成を、比較的簡単に実現できる。特に、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長の、各々のピーク波長（例えば、一番目に大きいピーク波長及び二番目に大きいピーク波長）を積極的に利用することで、安定した或いは確実な論理動作が実行可能となる。
＜３＞
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、前記信号光源手段は、前記信号光の第ｉ（但し、ｉは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光用レイヤーの第ｉレイヤーに向けて発する。
【００３０】
この態様によれば、信号光源手段から、第ｉ信号光が、第ｉレイヤーに夫々入力される（但し、ｉ＝１、…、ｍ）。例えば、単純な場合には、量子ドットレイヤー部は、信号光用レイヤーとして、第１レイヤー及び第２レイヤーが積層されてなり、信号光源手段から、第１信号光が第１レイヤーに入力され、第２信号光が、第２レイヤーに入力される。
【００３１】
すると、例えば、第ｉ信号光の波長が、まとめて第１波長に切り替えられていると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、第１種類の論理動作の演算結果を表すことになる。他方で、例えば、第ｉ信号光の波長が、まとめて第２波長に切り替えられていると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、第２種類の論理動作の演算結果を表すことになる。
【００３２】
なお、第ｉ信号光の波長は、まとめて同一の波長に切り替えられる必要は必ずしもなく、それらのうちの少なくとも一つ若しくは全ての波長が、相異なるように切り替えられてもよい。ベース光及びベース光用レイヤーについては、夫々一つのみであってもよいし、夫々複数あってよい。
＜４＞
この態様では、前記信号光用レイヤーの第ｉレイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーの第ｊ（但し、ｊはｉと異なる１からｍまでの自然数）レイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記少なくとも一つの光の波長は、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長及び前記１つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうちの少なくとも一つの波長に対応する波長であってよい。
【００３３】
このように構成すれば、少なくとも一つのレイヤーに関して、(i)少なくとも一つの光の波長が第１波長に切り替えられている場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)少なくとも一つの光の波長が第２波長に切り替えられている場合に、第２種類の論理動作が行われる構成を、比較的簡単に実現できる。特に、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長の、各々のピーク波長を積極的に利用することで、少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有する複数の信号光用レイヤーを採用しつつ、安定した或いは確実な複数種類の論理動作が実行可能となる。
＜５＞
この信号光用レイヤーとして第１レイヤーから第ｍレイヤーがある態様では、前記ベース光用レイヤー及び前記第１レイヤーから前記第ｍレイヤーのうち、一対をなす二つのレイヤーは、相互に対応するＰＬ発光ピーク波長を少なくとも一つ有すると共に、前記量子ドットレイヤー部内において、近接場光の相互作用による結合が可能な位置に夫々配置されており、前記一対をなす二つのレイヤーが、一つ以上存在するように構成してもよい。
【００３４】
このように構成すれば、一対をなす二つのレイヤーについて言えば、上記相互に対応するＰＬ発光ピーク波長に、信号光及びベース光の波長が切り替えられた場合には、近接場光の相互作用による結合が発生する。ここに「相互に対応するＰＬ発光ピーク波長を少なくとも一つ有する」とは、ＰＬ発光スペクトルの全域が相互に同一である必要はなく、各々のＰＬ発光スペクトル中におけるＰＬ発光ピーク波長が、相互にぼぼ又は完全に一致している意味である。これに対して、上記相互に同一のＰＬ発光ピーク波長ではない波長に、信号光及びベース光の波長が切り替えられた場合には、少なくともこの上記相互に同一のＰＬ発光ピーク波長については、近接場光の相互作用による結合が発生しない。よって、これらの一対をなす二つのレイヤーについて言えば、近接場光の相互作用による結合に応じた光強度の強弱が、上記相互に同一のＰＬ発光ピーク波長を利用する場合と利用しない場合とで、それらの出力光において如実に表れる。よって、これらの出力光を、複数種類の論理動作の結果を示す出力光として、利用できる。
【００３５】
なお、近接場光の相互作用による結合が可能な配置とは、典型的には、他の信号光用レイヤーを間に介することなく直接積層されており且つ少なくとも部分的に量子ドットが相対面するような配置である。
【００３６】
更に、このよう一対をなす二つのレイヤーが複数存在すれば、その分だけ、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、より複雑な論理動作を実行させることも可能となる。
【００３７】
例えば、複数のＰＬ発光波長のうち、第１番目のものについては、全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、複数のＰＬ発光波長のうち、第２番目のものについては、ベース光レイヤーから１番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、複数のＰＬ発光波長のうち、第３番目のものについては、ベース光レイヤーから１番目及び２番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、複数のＰＬ発光波長のうち、第４番目のものについては、ベース光レイヤーから１番目〜３番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成され、以下同様に、複数のＰＬ発光波長のうち、第Ｎのものについては、ベース光レイヤーから１番目〜（Ｎ−１）番目に遠くにある信号光用レイヤーを除く全ての信号光用レイヤー及びベース光用レイヤーが有するように構成される。そして、間に他の信号光用レイヤーを介在することなく隣接して積層されたレイヤー間は、近接場光の相互作用による結合が可能であるとする。
【００３８】
このようにＰＬ発光特性を有するように各信号光用レイヤー及びベースレイヤーを構成すれば、複数のＰＬ発光波長のうちいずれの波長に信号光及びベース光の波長を切り替えた場合にも、ベース光用レイヤーから、近接場光の相互作用による結合が届く信号光用レイヤーの位置、或いは、該結合が届く総数が一義的に決まる。このため、いずれの波長を利用するかにより、出力光における近接場光に起因する光強度の強弱が変わる。よって、全ての信号光用レイヤーをあますところなく使って、各種の論理動作を行わせるのに極めて好都合な単一の量子ドットレイヤー部を構築可能となる。
＜６＞
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記制御手段は、前記信号光を変化させるように前記信号光源手段を制御し、前記少なくとも一つの光の波長を切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段のうち少なくとも一方を制御する。
【００３９】
この態様によれば、動作時に、例えばレーザー制御装置である制御手段により、信号光を、例えばオンオフの２値変化等にて、変化させるように、例えば半導体レーザである信号光源手段が制御される。更に、例えばレーザー制御装置である制御手段により、少なくとも一つの光の波長を、例えば第１及び第２波長間で、切り替えるように、例えば夫々半導体レーザであるベース光源手段及び信号光源手段のうち少なくとも一方が制御される。よって、安定的に且つ確実に複数種類の論理動作を実行することが可能となる。
＜７＞
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記制御手段は、前記ベース光及び前記信号光の全ての光の波長を同一波長へと切り替えるように、前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御する。
【００４０】
この態様によれば、制御手段による制御下で、ベース光源手段及び信号光源手段によって、ベース光及び信号光の全ての光の波長が、同一波長へと一斉に切り替えられる。このため、例えば、全てのレイヤーにてＰＬ発光ピーク波長を統一して使うことで、安定的に且つ確実に論理動作を実行することが可能となる。
＜８＞
この態様では、前記少なくとも一つのレイヤーは、前記全ての波長が前記同一波長として前記第１波長に切り替えられている場合に、前記第１種類としてＡＮＤゲートの論理動作を行い、前記全ての光の波長が前記同一波長として前記第２波長に切り替えられている場合に、前記第２種類としてＮＯＴゲートの論理動作を行うように構成されてもよい。
【００４１】
このように構成すれば、一方で、少なくとも一つの光の波長が第１波長に切り替えられている場合に、ＡＮＤゲートの論理動作が行われる。他方で、少なくとも一つの光の波長が第２波長に切り替えられている場合に、ＮＯＴゲートの論理動作が行われる。即ち、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、ＡＮＤゲートの論理動作とＮＯＴゲートの論理動作とを選択的に適宜に実行することが可能となる。これは、光論理回路の最大の長所である、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに大きく貢献し得る。
＜９＞
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記量子ドットレイヤー部からの前記ベース光及び前記信号光に起因する出力光を、前記量子ドットレイヤー部の積層方向にて受光する垂直受光素子及び前記量子ドットレイヤー部の水平方向にて受光する水平受光素子のうち少なくとも一つの受光素子を更に備える。
【００４２】
この態様によれば、第１種類や第２種類の論理動作が行われた結果に対応して、光強度に強弱が付与された出力光が、量子ドットレイヤー部から出射される。出力光の一つとして「水平出力光」が、例えば量子ドットレイヤー部の側面から各層に沿った水平方向に出射されて、水平受光素子によって受光される。或いは、出力光の他の一つとして「垂直出力光」が、例えば量子ドットレイヤー部の上面から該上面に垂直な方向に出射されて、垂直受光素子によって受光される。よって、受光素子の受光出力として、論理動作の演算結果を引き出せる。
【００４３】
このように出力光を、受光素子で受光する構成を採用することなく、次段の光論理回路へ直接又は導光路を通じて入力させる構成を採用してもよい。このようにすれば、連続的な論理動作が可能となる。或いは、出力光の一部を、受光素子で受光し、出力光の他部を、次段の光論理回路へ入力させる構成を採用してもよい。
【００４４】
なお、複数の信号光用レイヤーが積層されている場合には、夫々の信号光用レイヤーの側面から出力される水平出力光を夫々、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよいし、ベース光用レイヤーの側面から出力される水平出力光を、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよい。更に、量子ドットレイヤー部の一端に位置する信号光用レイヤーから出射される垂直出力光を、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよいし、量子ドットレイヤー部の他端に位置するベース光用レイヤーから出射される垂直出力光を、演算結果を何らかの形で示す出力光として利用してもよい。
＜１０＞
この態様では、前記制御手段は、前記少なくとも一つの光の波長を切り替えるように前記ベース光源手段及び前記信号光源手段を制御することに加えて又は代えて、前記少なくとも一つの受光素子で受光する段階にて、前記論理演算に用いられる前記少なくとも一つの光の波長を切り替えるように、前記少なくとも一つの受光素子を制御してもよい。
【００４５】
このように構成すれば、制御手段による制御下で、ベース光源手段及び信号光源手段によって少なくとも一つの光の波長が切り替えられることに加えて、受光素子で受光する段階にて、論理演算に用いられる少なくとも一つの光の波長が切り替えられる。或いは、制御手段による制御下で、ベース光源手段及び信号光源手段によって光の波長が切り替えられることなく、受光素子で受光する段階にて、論理演算に用いられる少なくとも一つの光の波長が切り替えられる。
【００４６】
ここに「受光素子で受光する段階」とは、受光素子に受光されるときだけでなく、出力光が量子ドットレイヤー部から出射されたとき、出力光が受光素子に受光されて受光信号とされたときなど、量子ドットレイヤー部から出射された後の任意の段階を意味する。即ち、出射された出力光に対して、切り替え可能な帯域シャッターや帯域フィルタをかけることで、波長を切り替えてもよい。帯域性を有する受光素子を切り替えることで或いは分光後に受光する帯域性を有する受光素子を選択的に用いることで、波長を切り替えてもよい。受光信号に対して、帯域フィルタをかけることで、又は帯域フィルタを透過した信号成分を利用することで、波長を切り替えてもよい。
【００４７】
いずれの場合にも、切り替えられた波長を受光素子にて安定して且つ確実に受光することができ、よって安定した或いは確実な複数種類の論理動作が実行可能となる。
＜１１＞
本実施形態の光論理回路の他の態様では、前記制御手段は、前記信号光を、前記情報としてのデジタル情報及びアナログ情報の少なくとも一方の値に応じて変化させる。
【００４８】
この態様によれば、制御手段によって、信号光がデジタル情報の「１」及び「０」に対応する形で、オンオフに２値変化される。或いは、制御手段によって、信号光が、アナログ的に、中間調を含めた多値変化される。即ち、信号光の光強度が、アナログ情報の値に応じて連続的又は断続的に多値変化される。この結果、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、デジタル的な又はアナログ的な、複数種類の論理動作を行うことも可能となる。
（光論理回路の制御方法の実施形態）
＜１２＞
本実施形態の光論理回路の制御方法は上記課題を解決するために、ベース光用レイヤー及び信号光用レイヤーが積層されてなる量子ドットレイヤー部と、ベース光を前記ベース光用レイヤーに向けて発するベース光源手段と、信号光を前記信号光用レイヤーに向けて発する信号光源手段とを備えた光論理回路を制御する制御方法であって、前記信号光を、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させる変化工程と、前記ベース光及び前記信号光のうち少なくとも一つの光の波長を、前記論理演算の種類に応じて適宜切り替える切替工程とを備え、前記ベース光用レイヤー及び前記信号光用レイヤーのうち少なくとも一つのレイヤーは、(i)前記少なくとも一つの光の波長が前記切替工程により第１波長に切り替えられている場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)前記少なくとも一つの光の波長が前記切替工程により前記第１波長とは異なる第２波長に切り替えられている場合に、前記第１種類とは異なる第２種類の論理動作が行われるように構成されている。
【００４９】
本実施形態の光論理回路の制御方法によれば、例えば外部から与えられる又は内部発生的な演算処理についてのコマンド等に従って、切替工程により、ベース光及び信号光のうち少なくとも一つの光の波長は、第１又は第２波長に、適宜に切り替えられる。これに相前後して、ベース光源手段からベース光がベース光用レイヤーに入力され、信号光源手段から信号光が信号光用レイヤーに入力される。この際、変化工程により、信号光が、実行されるべき論理演算に供される情報の値に応じて変化させられる。すると、量子ドットレイヤー部からの出力光の光強度の強弱が、現在切り替えられているところの第１又は第２波長に対応するものとして予め想定されている量子ドットレイヤー部に固有の第１又は第２種類の論理動作（例えば、ＡＮＤゲート又はＮＯゲート）の演算結果を表すことになる。
【００５０】
このように、上述した本発明の光論理回路の場合と同様に、単一の量子ドットレイヤー部を用いて、相異なる波長の光を利用することによって、複数種類の論理動作を行うことが可能となる。
（集積回路の実施形態）
＜１３＞
本実施形態の集積回路は上記課題を解決するために、複数の光論理回路が集積されてなり、前記複数の光論理回路は夫々、上述した本実施形態にかかる光論理回路（但し、その各種態様を含む）である。
【００５１】
本実施形態の集積回路によれば、上述した本実施形態の光論理回路を複数集積してなるので、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに適している。
【００５２】
この際特に、複数の光論理回路間で、量子ドットレイヤー部、ベース光源手段、信号光源手段及び制御手段のうち少なくとも一つが、少なくとも部分的に共用されてもよい。また、少なくとも一部の光論理回路における入力光及び出力光の少なくとも一部については、一の光論理回路からの出力光を、そのまま次段の光論理回路の入力光として用いてもよい。或いは、少なくとも一部の光論理回路における入力光及び出力光の少なくとも一部については、一の光論理回路からの出力光を受光素子で受光し、これに対応する入力光を新たに信号光源手段から発生させて次段の光論理回路に入力させてもよい。
【００５３】
いずれにせよ、集積回路全体の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。
（光論理素子の実施形態）
＜１４＞
本発明の第１の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る光論理回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。
【００５４】
本発明の第１の光論理素子によれば、上述した本発明に係る光論理回路の場合と同様に、回路規模の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。特に、ベース光源手段及び信号光源手段の少なくとも一方が、光論理回路から離間して配置されており、ベース光、信号光などの光が、光論理回路まで、例えば光ファイバー、導波回路等を介して送られてくる場合などにも、対応可能となる。制御手段による制御についても、少なくとも部分的に遠隔操作による制御であってよい。
＜１５＞
本発明の第２の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る集積回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有する。
【００５５】
本発明の第２の光論理素子によれば、上述した本発明に係る集積回路の場合と同様に、回路の小型化、演算の高速化、低消費電力化などに適している。特に、ベース光源手段及び信号光源手段の少なくとも一方が、光論理回路から離間して配置されており、ベース光、信号光などの光が、光論理回路まで、例えば光ファイバー、導波回路等を介して送られてくる場合などにも、対応可能となる。制御手段による制御についても、少なくとも部分的に遠隔操作による制御であってよい。
＜１６＞
本発明の第３の光論理素子は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る光論理回路に用いられる前述の量子ドットレイヤー部を有し、前記信号光用レイヤーは、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有する。
【００５６】
本発明の第３の光論理素子によれば、上述した本発明に係る光論理回路の場合と同様に、回路規模の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。特に、信号光用レイヤーが有する２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を適宜利用することで、より効率的な論理動作が可能となる。
＜１７＞
本発明の第３の光論理素子の一態様では、前記量子ドットレイヤー部は、前記信号光用レイヤーとして、第１レイヤーから第ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）レイヤーが積層されてなり、前記信号光源手段は、前記信号光の第ｉ（但し、ｉは１からｍまでの自然数）信号光を、前記信号光用レイヤーの第ｉレイヤーに向けて発し、前記信号光用レイヤーの第ｉレイヤーは、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記信号光用レイヤーの第ｊ（但し、ｊはｉと異なる１からｍまでの自然数）レイヤーは、前記第ｉレイヤーと少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有すると共に、１つ以上のＰＬ発光ピーク波長を有し、前記少なくとも一つの光の波長は、前記２つ以上のＰＬ発光ピーク波長及び前記１つ以上のＰＬ発光ピーク波長のうちの少なくとも一つの波長に対応する波長である。
【００５７】
このように構成すれば、少なくとも一つのレイヤーに関して、(i)少なくとも一つの光の波長が第１波長に切り替えられている場合に、第１種類の論理動作が行われると共に、(ii)少なくとも一つの光の波長が第２波長に切り替えられている場合に、第２種類の論理動作が行われる構成を、比較的簡単に実現できる。特に、２つ以上のＰＬ発光ピーク波長の、各々のピーク波長を積極的に利用することで、少なくとも部分的に異なるＰＬ発光特性を有する複数の信号光用レイヤーを採用しつつ、安定した或いは確実な複数種類の論理動作が実行可能となる。
【００５８】
本実施形態のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態に係る光論理回路によれば、量子ドットレイヤー部、ベース光源手段、信号光源手段、及び制御手段を備えるので、回路規模の肥大化を抑制可能となり、極めて効率的な論理動作が可能となる。本実施形態に係る光論理回路の制御方法によれば、変化工程及び切替工程を備えるので、単一の量子ドットレイヤー部を用いて複数種類の論理動作を行うことが可能となる。本実施形態に係る集積回路によれば、上述した本実施形態の光論理回路を備えるので、集積回路全体の肥大化を抑制可能であり、極めて効率的な論理動作が可能となる。本実施形態に係る光論理素子によれば、量子ドットレイヤー部を備えるので、回路規模の肥大化を抑制可能となり、極めて効率的な論理動作が可能となる。
【実施例】
【００６０】
以下、図面を参照しながら、本発明の各種実施例について説明する。尚、以下では、本発明に係る光論理回路を、信号光の波長を切り替えることにより、ＡＮＤゲート及びＮＯＴゲートとして利用できる例について説明する。
＜光論理回路の第１実施例＞
初めに、図１から図７を参照して、本発明に係る光論理回路の第１実施例について説明する。本実施例は、単一の量子ドットレイヤー部を、ＡＮＤゲートとＮＯＴゲートとの二種類の論理動作を適宜に実行可能な論理回路に関する。【００６１】
図１において、光論理回路は、量子ドットレイヤー部１０、レーザー制御装置２０、信号光レーザー２１及び２２、ベース光レーザー２５、水平受光素子３１、並びに垂直受光素子３２を備える。【００６２】
量子ドットレイヤー部１０は、信号光用レイヤー１１及び１２、並びにベース光用レイヤー１５が、基板１４上に積層されてなる。【００６３】
図２に示すように、信号光用レイヤー１１には、複数の量子ドット５１が配列されている。信号光用レイヤー１１には、動作時に、信号光Ｌｉ１が側面（図中、左側）から入力される。信号光用レイヤー１１は例えば、ＧａＮを含む基板１４上に積層され、ＧａＡｓバッファ層上にＩｎＡｓの量子ドットが形成されてなる。量子ドット５１の材料、位置、サイズ、密度などにより、その室温ＰＬ特性或いは低温ＰＬ特性が決められる。
【００６４】
図３に模式的に示すように、本実施例では、信号光Ｌｉ１が入射される信号光用レイヤー１１（図３中２段目）は、二つのＰＬ発光ピークＰ１及びＰ２を有する量子ドットとして形成される。図３中、第１の（即ち、最大の）発光ピークＰ１を与える波長はλ２であり、第２の発光ピークＰ２を与える波長はλ１（λ１＜λ２）である。
【００６５】
図２に示すように、信号光用レイヤー１２には、複数の量子ドット５２が配列されている。信号光用レイヤー１２には、動作時に、信号光Ｌｉ２が側面（図中、左側）から入力される。信号光用レイヤー１２は例えば、ＧａＮを含む基板１４上に積層され、ＧａＡｓバッファ層上にＩｎＡｓの量子ドットが形成されてなる。量子ドット５２の材料、位置、サイズ、密度などにより、その室温ＰＬ特性或いは低温ＰＬ特性が決められる。
【００６６】
図３に模式的に示すように、本実施例では、信号光Ｌｉ２が入射される信号光用レイヤー１２（図３中で最上段）は、一つのＰＬ発光ピークＰ１を有する量子ドットとして形成される。図３中、第１の発光ピークＰ１を与える波長はλ２である。
【００６７】
図２に示すように、ベース光用レイヤー１５には、複数の量子ドット５５が配列されている。ベース光用レイヤー１５には、動作時に、ベース光ＬｉＢが側面（図中、左側）から入力される。ベース光用レイヤー１５は例えば、ＧａＮを含む基板１４上に積層され、ＧａＡｓバッファ層上にＩｎＡｓの量子ドットが形成されてなる。量子ドット５５の材料、位置、サイズ、密度などにより、その室温ＰＬ特性或いは低温ＰＬ特性が決められる。
【００６８】
図３に模式的に示すように、本実施例では、信号光ＬｉＢが入射されるベース光用レイヤー１５（図３中で最下段）は、二つのＰＬ発光ピークＰ１及びＰ２を有する量子ドットとして形成される。図３中、第１の（即ち、最大の）発光ピークＰ１を与える波長はλ２であり、第２の発光ピークを与える波長はλ１（λ１＜λ２）である。
【００６９】
図４に示すように、より詳細には、信号光用レイヤー１１及びベース光用レイヤー１５は夫々、二つのピークＰ１及びＰ２のみならず、第３のピークＰ３を有するＰＬ発光を行うように、量子ドット５１及び５５が形成されている。なお図４では、縦軸は、発光強度［intensity a.u.］であり、横軸は波長［ｎｍ］である。具体的には、信号光用レイヤー１１は、波長１１００ｎｍ付近に第１のピークＰ１があり、波長８８０ｎ付近に第２のピークＰ２があり、波長１３６０ｎｍ付近に第３のピークＰ３があるように、量子ドット５１が形成されている。ベース光用レイヤー１５についても同様に、量子ドット５５が形成されている。但し、本実施例では、第１のピークＰ１及び第２のピークＰ２が利用され、第３のピークＰ３は利用されない。
【００７０】
ここで特に、同一レイヤー（即ち、信号光用レイヤー１１、信号光用レイヤー１２又はベース光用レイヤー１５）における相隣接する量子ドット間では、近接場光の相互作用による結合、或いは発光の伝播が、ベース光用レイヤー１５へのベース光ＬｉＢの入射を条件に、信号光の入力に応じて起こるように、夫々の量子ドットの材料、位置、サイズ、厚味、密度などが規定されている。更に、異なるレイヤーにおける相対面する量子ドット間でも（即ち、信号光用レイヤー１２及びベース光用レイヤー１５における相対面する量子ドット間、並びに、信号光用レイヤー１１及び信号光用レイヤー１２における相対面する量子ドット間でも）、近接場光の相互作用による結合、或いは発光の伝播が、ベース光用レイヤー１５へのベース光ＬｉＢの入射を条件に、信号光の入力に応じて起こる夫々の量子ドットの材料、位置、サイズ、厚味、密度などが規定されている。
【００７１】
なお、これら各レイヤーの成膜工程を含む製造方法及び各層の組成などついては、後で詳述する（図１２〜図１５参照）。【００７２】
再び図１において、ベース光レーザー２５は、本発明に係る「ベース光源手段」の一例を構成しており、入力信号の値に寄らずに、動作時には、演算動作毎に波長λ２又はλ１に設定されたベース光ＬｉＢを定常的に発する。ベース光レーザー２５は、例えば、半導体レーザーから構成されている。【００７３】
信号光レーザー２１は、本発明に係る「信号光源手段」の一例を構成しており、レーザー制御装置２０による制御下で、入力信号の値に応じて、即ち、入力信号にかかるデジタル情報の「１」又は「０」の値に応じて、信号光Ｌｉ１をオンオフ変化させつつ発光する。しかも、発光或いは発振される信号光Ｌｉ１の波長は、演算動作毎に波長λ２又はλ１に設定されている。信号光レーザー２１は、例えば、半導体レーザーから構成されている。
【００７４】
信号光レーザー２２は、本発明に係る「信号光源手段」の他の一例を構成しており、レーザー制御装置２０による制御下で、入力信号の値に応じて、即ち、入力信号にかかるデジタル情報の「１」又は「０」の値に応じて、信号光Ｌｉ２をオンオフ変化させつつ発光する。しかも、発光或いは発振される信号光Ｌｉ１の波長は、演算動作毎に波長λ２又はλ１に設定されている。信号光レーザー２１は、例えば、半導体レーザーから構成されている。
【００７５】
これら信号光レーザー２１及び２２を夫々、どの場合にオンし、どの場合にオフするかは、予め決められている光論理回路で実行すべき論理動作の種類による。【００７６】
図１において、レーザー制御装置２０は、ベース光ＬｉＢ並びに信号光Ｌｉ１及びＬｉ２の波長を、実行すべき論理演算の種類に応じて適宜切り替えるように構成されている。量子ドットレイヤー部１０は、(i)これらの波長が、本発明に係る「第１波長」の一例である、第１のＰＬ発光ピークＰ１に対応する波長である波長λ２（図３及び図４参照）に統一的に切り替えられている場合に、ＡＮＤゲートの論理動作が行われると共に、(ii)これらの波長が、本発明に係る「第２波長」の一例として、第２のＰＬ発光ピークＰ２に対応する波長である波長λ１に統一的に切り替えられている場合に、ＮＯＴゲート（言い換えれば、スイッチング素子）の論理動作が行われるように構成されている。【００７７】
以上のように構成されているので、本実施例の光論理回路の動作時には、ベース光レーザー２５から、ベース光ＬｉＢが入力され、これと並列に、信号光レーザー２１及び２２から、信号光Ｌｉ１及びＬｉ２が信号光用レイヤー１１及び１２に夫々入力される。
【００７８】
ここで特に、レーザー制御装置２０により、信号光用レーザー２１及び２２並びにベース光用レーザー２５の出力波長が、波長λ２（図３及び図４参照）に切り替えられている、又は、デフォールト設定若しくは初期設定されているとする。【００７９】
この波長の「切り替え」は、例えば、レーザー制御装置２０から、信号光用レーザ２１及び２２並びにベース光用レーザー２５を駆動するために供給される、周波数信号、電源信号、発振条件等を切り替えることで行われる。【００８０】
図５の真理値表に示すように、この状態で、レーザー制御装置２０により、信号光Ｌｉ１が、入力信号に対応するデジタル情報の値に応じて、オンオフに２値変化される。【００８１】
すると、量子ドットレイヤー部１０からの出力光である、信号光用レイヤー１１からの出力光Ｌｏ１（図１参照）は、図５の真理値表の最下段に示した通りとなる。即ち、図５の真理値表から明らかなように、この状況では、本実施例の光論理回路は、“ＡＮＤゲート”として機能する。
【００８２】
この出力光Ｌｏ１を水平受光素子３１で受光すれば、その光強度の強弱として、演算結果が得られる。このような本状況下で、第１種類の論理動作が“ＡＮＤゲート”となることは、量子ドットレイヤー部１０の設計事項に委ねられており、動作時には、信号光Ｌｉ１及びＬｉ２並びにベース光ＬｉＢの波長が波長λ２（即ち、第１ＰＬ発光ピークＰ１に対応する波長）に設定されることで、ＡＮＤゲートとして機能することになる。【００８３】
他方で、レーザー制御装置２０により、信号光用レーザー２１及び２２並びにベース光用レーザー２５の出力波長が、波長λ１（図３及び図４参照）に切り替えられている、又は、デフォールト設定若しくは初期設定されているとする。【００８４】
但し、この場合、図６に示すように、信号光用レイヤー１２（図６中、最上段）に対して、波長λ１の光を入射しても、ＰＬ発光が起こらないので無意味である。このため、レーザー光の無駄使いをしないように、信号光レーザー２２は、レーザー制御装置２０によって、発光動作を行わないように制御される。
【００８５】
図６に示すように、他方で、信号光レーザー２１は、レーザー制御装置２０によって、波長λ１にて発光動作を行うように制御され、信号光Ｌｉ１が信号光用レイヤー１１（図６中、上から二段目）に入力される。すると、信号光用レイヤー１１では、波長λ１にてＰＬ発光が可能となる。同様に、ベース光レーザー２５は、レーザー制御装置２０によって、波長λ１にて発光動作を行うように制御され、ベース光ＬｉＢがベース光用レイヤー１５（図６中、最下段）に入力される。すると、ベース光用レイヤー１５では、波長λ１にてＰＬ発光が可能となる。
【００８６】
図５の真理値表に示すように、この状態で、レーザー制御装置２０により、信号光Ｌｉ１が、入力信号に対応するデジタル情報の値に応じて、オンオフに２値変化される。【００８７】
すると、量子ドットレイヤー部１０からの出力光である、信号光用レイヤー１１からの出力光Ｌｏ１及び出力光ＬｖＯ（図１参照）は、図７の真理値表の最下段に示した通りとなる。この真理値表中、最下段の「水平」とは、水平受光素子３１にて受光（より厳密には相対的に高強度の出力光Ｌｏ１の受光）が行われる意味であり、最下段の「垂直」とは、垂直受光素子３２にて受光（より厳密には相対的に高強度の出力光ＬｏＶの受光）が行われる意味である。即ち、図７の真理値表から明らかなように、この状況では、本実施例の光論理回路は、“ＮＯＴゲート”として機能する。
【００８８】
この出力光Ｌｏ１を水平受光素子３１及び垂直受光素子３２で受光すれば、その光強度の高低若しくは強弱として及び出力光の出射の方向として、演算結果が得られる。このような本状況下で、第２種類の論理動作が“ＮＯＴゲート”となることは、量子ドットレイヤー部１０の設計事項に委ねられており、動作時には、信号光Ｌｉ１及びベース光ＬｉＢの波長が波長λ１（即ち、第２ＰＬ発光ピークＰ２に対応する波長）に設定されることで、ＮＯＴゲートとして機能することになる。【００８９】
以上のように本実施例によれば、単一の量子ドットレイヤー部１０を用いて、波長λ２及びλ１の光を利用することによって、２種類の論理動作を行うことが可能となる。【００９０】
なお、本実施例では、全てのレーザーを同一波長に揃えて切り替えているが、相互に異なる波長に切り替えて、論理動作を行わせることも可能である。或いは、本実施例では、水平受光素子３１により、演算結果を示す出力光として、出力光Ｌｏ１又は出力光ＬｏＶを得ているが、演算結果を示す出力光として、他のレイヤー（例えば、信号光用レイヤー１２、ベース光用レイヤー１５）からの出力光を利用してもよい。このように構成すれば、同一の量子ドットレイヤー部１０に更に異なる論理動作を行わせることも可能である。
【００９１】
更に、このような水平受光素子３１及び垂直受光素子３２の少なくとも一方を配置するのに代えて、出力光Ｌｏ１及び出力光ＬｏＶの少なくとも一方を、次段の光論理回路へ直接又は導光路を通じて入力させる構成を採用してもよい。更に、信号光用レイヤー１２からの出力光Ｌｏ２や、ベース光用レイヤー１５からの出力光ＬｏＢを次段の光論理回路へ直接又は導光路を通じて入力させる構成を採用してもよい。
【００９２】
加えて、レーザー制御装置２０によって、信号光レーザー２１及び２２並びにベース光レーザー２５の波長が波長λ２及びλ１間で切り替えられることに加えて又は代えて、受光素子にて受光する段階にて或いは量子ドットレイヤー部１０を出射した後の段階にて、受光される光Ｌｏ１やＬｏＶの波長が波長λ２及びλ１間で切り替えられるように、水平受光素子３１及び垂直受光素子３２が構成されてもよい。
＜光論理回路の制御方法の実施例＞
以下、図８を参照して、図１〜図７を参照して説明した光論理回路の制御方法について説明する。図８は、本実施例の制御方法のフローチャートを示す。【００９３】
図８において、先ず、外部から与えられる又は内部発生的な演算処理についてのコマンドに従って、今回要求されている論理演算の種類が、レーザー制御装置２０に、フラグがとして設定される（ステップＳ１）。【００９４】
続いて、設定された種類がＡＮＤゲートであるか否かが判定され（ステップＳ１２）、ＡＮＤゲートであると判定されれば（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、信号光レーザー２１及び２２並びにベース光レーザー２５の波長が「第１波長」である、第１ＰＬ発行ピークＰ１を与える波長λ２に設定される（ステップＳ１３）。【００９５】
他方、ステップＳ１２にて、ＡＮＤゲートでないと判定されれば（ステップＳ１２：ＮＯ）、信号光レーザー２１及びベース光レーザー２５の波長が「第２波長」である、第２ＰＬ発行ピークＰ２を与える波長λ１に設定される（ステップＳ１４）。【００９６】
続いて、いずれの場合にも、レーザー制御装置２０による制御下で、信号光レーザー２１又は、信号光レーザー２１及び２２が、入力信号に応じてオンオフされる。これにより、波長λ２又は波長λ１の信号光Ｌｉ１及び信号光Ｌｉ２、又は信号光Ｌｉ１が量子ドットレイヤー部１０に入力される。更に、このような信号光の入力の間中、波長λ２又は波長λ１のベース光ＬｉＢが、ベース光レーザー２５から継続的に入力される（ステップＳ１５）。【００９７】
これと殆ど同時に、水平受光素子３１又は、水平受光素子３１及び垂直受光素子３２によって、量子ドットレイヤー部１０からの出力光Ｌｏ１又は、出力光Ｌｏ１及び出力光ＬｏＶが受光される（ステップＳ１６）。更に、この受光された出力光の強度を示す受光信号に対応する演算結果が出力される（ステップＳ１７）。ここでは、出力光Ｌｏ１又はＬｏＶの光強度における相対的な強弱が、適当なスレッシュホールドにかけられることで、入力信号に対するＡＮＤゲート又はＮＯＴゲートの論理演算の結果を「１」又は「０」のデジタル値で示す結果として出力される。【００９８】
続いて、要求されている演算が最後であるか否かが判定され（ステップＳ１８）、最後でなければ（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻り、以降の処理が繰り返される。他方、最後であれば、一連の演算処理が完了する。【００９９】
このように、単一の量子ドットレイヤー部１０を用いて、波長λ２及びλ１の光を利用することによって、２種類の論理動作を行うことが可能となる。
＜光論理回路の第２実施例＞
図９を参照して、光論理回路の第２実施例について説明する。ここに図９は、光論理回路の第２実施例における量子ドットレイヤー部の層構成及び動作原理を説明する模式図である。特に、図９では、左側には、量子ドットレイヤー部１０の層構成に対してベース光及び第１〜第４信号光が入力される様子が図示され、右側には、各層に対応する波長スペクトル２００（特に、ＰＬ発光ピークＰ１〜Ｐ４）と共にベース光及び第１〜第４信号出力光が出力される様子が図示されている。【０１００】
図９に示すように、本実施例に係る量子ドットレイヤー部１０は、図中下から順に、量子ドット５５を有するベース光用レイヤー、量子ドット５１を有する第１信号光用レイヤー、量子ドット５２を有する第２信号光用レイヤー、量子ドット５３を有する第３信号光用レイヤー、量子ドット５４を有する第４信号光用レイヤーの５層構造を有する。【０１０１】
更に、量子ドット５５を有するベース光用レイヤーに対しては、ベース光ＬｉＢが入力され、量子ドット５１を有する第１信号光用レイヤーに対しては、第１信号光Ｌｉ１が適宜にオンオフされつつ入力され、量子ドット５２を有する第２信号光用レイヤーに対しては、第２信号光Ｌｉ１が適宜にオンオフされつつ入力され、量子ドット５３を有する第３信号光用レイヤーに対しては、第３信号光Ｌｉ３が適宜にオンオフされつつ入力され、量子ドット５４を有する第４信号光用レイヤーに対しては、第４信号光Ｌｉ４が適宜にオンオフされつつ入力される。【０１０２】
図９中、波長スペクトル２００で示すように、量子ドット５５を有するベース光用レイヤーは、波長スペクトル２００上で、４つのＰＬ発光ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４を有するように構成されている。具体的には、量子ドット５５は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、４つのＰＬ発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光ＬｏＢが出力され、受光信号に供される。【０１０３】
量子ドット５１を有する第１信号光用レイヤーは、波長スペクトル２００上で、３つのＰＬ発光ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４を有するように構成されている。具体的には、量子ドット５１は、量子ドット５５の場合と同じように、その材料、位置、サイズ、密度などにより、４つのＰＬ発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光Ｌｏ１が出力され、受光信号に供される。【０１０４】
量子ドット５２を有する第２信号光用レイヤーは、波長スペクトル２００上で、３つのＰＬ発光ピークＰ１、Ｐ２及びＰ３を有するように構成されている。具体的には、量子ドット５２は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、３つのＰＬ発光ピークを有するように形成されている。より具体的には、例えば、図４に示した如き、３つのピークを有するように形成される。但し、図４の場合とは異なり、発光ピークＰ３についての利用が容易となるように、発光ピークＰ３についても、図４に示した場合よりも相対的に高強度の（概ね、他のピークと同程度の光強度の）ピークである方が好ましい。このレイヤーからは、出力光Ｌｏ２が出力され、受光信号に供される。【０１０５】
量子ドット５３を有する第３信号光用レイヤーは、波長スペクトル２００上で、２つのＰＬ発光ピークＰ１及びＰ２を有するように構成されている。具体的には、量子ドット５３は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、２つのＰＬ発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光Ｌｏ３が出力され、受光信号に供される。【０１０６】
量子ドット５４を有する第４信号光用レイヤーは、波長スペクトル２００上で、１つのＰＬ発光ピークＰ１のみを有するように構成されている。具体的には、量子ドット５４は、その材料、位置、サイズ、密度などにより、１つのＰＬ発光ピークを有するように形成されている。このレイヤーからは、出力光Ｌｏ４が出力され、受光信号に供される。【０１０７】
なお、第１実施例の場合と同じく、量子ドットレイヤー部１０の上面から、垂直な方向へ出射される出力光ＬｏＶが、出力され、受光信号に供されてもよい。【０１０８】
ここで特に、図９中、波長スペクトル２００で示すように、これらのレイヤーにおける発光ピークＰ１〜Ｐ４は、レイヤー間にて、これらを与える波長が夫々揃えられている。【０１０９】
本実施例によれば、その動作時には、信号光及びベース光が発光ピークＰ１〜Ｐ４のうちのいずれかを与える波長に設定される。即ち、第１実施例の場合と同様にレーザー制御装置の制御下で、論理動作に応じて信号光及びベース光の波長が、統一的に切り替えられる。【０１１０】
例えば本実施例において、一方で、信号光及びベース光が全て、発光ピークＰ３を与える波長に統一的に切り替えられるとする。この場合、矢印ＡＲ１で示したように、図９中下から３段に当る、ベース光用レイヤー、第１信号光用レイヤー及び第２信号光用レイヤーの三つのレイヤーまでは、積層方向に近接場光の相互作用による結合が発生する。このとき、図９中上から２段に当る、第３信号光用レイヤー及び第４信号光用レイヤーの二つのレイヤーまでは、下方の三つのレイヤーから積層方向に近接場光の相互作用による結合が発生しない。よって、出力光Ｌｏ１〜Ｌｏ４には、近接場光の相互作用による結合の発生の有無に応じて、それらの光強度における強弱が発生する。この場合は特に、出力光Ｌｏ３は、出力光Ｌｏ２と比べて、近接場光の結合がない分だけ、光強度に劣ることになる。【０１１１】
これらの結果、論理動作としては、入力される信号光Ｌｉ１〜Ｌｉ４に対する、出力光Ｌｏ１〜Ｌｏ４の光強度の強弱を、論理動作に関連付けておけば、予め想定されている第１種類の論理動作を実行可能となる。【０１１２】
本実施例において、他方で、信号光及びベース光が全て、発光ピークＰ１を与える波長に統一的に切り替えられるとする。この場合、矢印ＡＲ２で示したように、５段全てのベース光用レイヤー及び第１〜第４信号光用レイヤーまでは、積層方向に近接場光の相互作用による結合が発生する。よって、出力光Ｌｏ１〜Ｌｏ４には全て、近接場光の相互作用による結合の発生の有無に応じて、それらの光強度における強弱が発生する。この場合は特に、全ての出力光Ｌｏ１〜Ｌｏ４について、何らの近接場光の結合がない場合と比べて、光強度に優ることになる。【０１１３】
これらの結果、論理動作としては、入力される信号光Ｌｉ１〜Ｌｉ４に対する、出力光Ｌｏ１〜Ｌｏ４の光強度の強弱を、論理動作に関連付けておけば、予め想定されていると共に（上述の如く発光ピークＰ３を与える波長の場合における第１種類の論理動作とは明確に異なる）第２種類の論理動作を実行可能となる。【０１１４】
このように、第２実施例によれば、相互にＰＬ発光特性の異なる（具体的には、相互にＰＬ発光ピークを与える波長が異なる）信号光用レイヤーを多数含んでなる単一の量子ドットレイヤー部を用いて、各種のＰＬ発光ピークに対応する各種の波長を利用することによって、各種の論理動作を行うことが可能となる。【０１１５】
加えて、本実施例において、例えば、ベース光ＬｉＢ及び入力される信号光Ｌｉ２〜Ｌｉ４として、発光ピークＰ１を与える波長の光と発光ピークＰ３を与える波長の光を同時に入射すれば、出力光Ｌｏ２と出力光Ｌｏ４とが夫々出力される。この際、発光ピークＰ１と発光ピークＰ３との強度比を、例えば５対１にすれば、この比に応じて出力光Ｌｏ２と出力光Ｌｏ４との出力比は、１対５になる。これを利用すれば、出力先に接続されたデバイスの感度、数や接続距離などが変更された場合、本デバイスで必要な信号強度を変化させて割り振ることが可能となる。
＜集積回路の実施例＞
図１０及び図１１を参照して、集積回路の各種実施例について説明する。【０１１６】
図１０に示す集積回路の一の実施例は、複数の量子ドットレイヤー部１０（図１及び図２参照）が直接的に隣接配置される形で集積されてなる。レーザー制御装置２０、信号光用レーザー２１及び２２、ベース光用レーザー２５、並びに、水平受光素子３１及び垂直受光素子３２については、最初の段及び最終段の量子ドットレイヤー部１０に対して取り付けられている。【０１１７】
なお、出力光としては、最終段の量子ドットレイヤー部１０における、信号光用レイヤー１１からの出力光Ｌｏ１、信号光用レイヤー１２からの出力光Ｌｏ２、ベース光用レイヤー１５からの出力光ＬｏＢ、及び上面からの出力光ＬｏＶのうち、実現しようとする論理動作に応じていずれの一つ若しくは複数の出力光を用いることも可能である。
【０１１８】
更に不図示のレーザーを最初の段以外の段に位置する量子ドットレイヤー部１０の信号光用レイヤー１１及び１２並びにベース光用レイヤー１５の少なくとも一つから、更なる信号光として又は更なるベース光として、入力することも可能である。
【０１１９】
この際、入力する信号光やベース光は、相異なる波長のレーザーを用いて、相異なる論理動作を行わせることが可能である。【０１２０】
或いは不図示の受光素子を最終段以外の段に位置する量子ドットレイヤー部１０の信号光用レイヤー１１及び１２並びにベース光用レイヤー１５の少なくとも一つから、更なる水平出力光又は垂直出力光として出力させることも可能である。
【０１２１】
このように本実施例の集積回路によれば、コンパクトな全体構成を採用しつつ、より複雑な論理動作又は複数の論理動作を組み合わせてなる論理動作の実行が可能となる。【０１２２】
図１１に示す集積回路の他の実施例は、複数の量子ドットレイヤー部１０（図１及び図２参照）が間に、受光素子３１及び３２並びにレーザー制御装置２０を挟む形で集積されてなる。【０１２３】
なお、最終的な出力光及び途中で受け渡しされる中間的な出力光としては、各量子ドットレイヤー部１０における、信号光用レイヤー１１からの出力光Ｌｏ１、信号光用レイヤー１２からの出力光Ｌｏ２、ベース光用レイヤー１５からの出力光ＬｏＢ、及び上面からの出力光ＬｏＶのうち、実現しようとする論理動作に応じていずれの一つ若しくは複数の出力光を用いることも可能である。
【０１２４】
このように本実施例の集積回路によれば、より複雑な論理動作又は複数の論理動作を組み合わせてなる論理動作の実行が可能となる。【０１２５】
なお、図１０の実施例と図１１の実施例とを組み合わせて一つの集積回路を構築することも可能である。
＜量子ドットレイヤー部の製造方法の実施例＞
本実施形態に係る光論理回路のうち特に、量子ドットレイヤー部１０（図１及び図２参照）の製造方法について、図１２乃至図１５を参照して説明する。【０１２６】
先ず、図１２に示すように、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシャル）成長装置２００の成長室２０１内における基板回転加熱機構２１１上に、ＧａＡｓ基板１１０が設置される。図１２は、本実施形態に係る形成方法の工程の一部を示す工程図である。尚、図１２では、ＭＢＥ成長装置２００の詳細な部材については適宜省略し、直接関連のある部材のみを示している。【０１２７】
図１２において、次に、成長室２０１内が、例えば１×１０−９Ｔｏｒｒ以下にされる。続いて、ＧａＡｓ基板１１０に対し、蒸発源２１４からＡｓが、例えば約１×１０−５Ｔｏｒｒの照射量で照射される。Ａｓ照射下において、基板回転加熱機構２１１によって、ＧａＡｓ基板１１０の基板温度が、例えば摂氏６００度程度に加熱され、ＧａＡｓ基板１１０の表面が清浄にされる。【０１２８】
次に、基板温度が、例えば摂氏５６０度にされる。続いて、ＧａＡｓ基板１１０に対し、蒸発源２１４及び２１２から夫々Ａｓ及びＧａが、例えば約１０分間照射される。この結果、図１３に示すように、ＧａＡｓ基板１１０の（００１）面上に、ＧａＡｓバッファ層１２０が形成される。図１３は、図１２の工程に続くバッファ層形成工程を示す工程図である。尚、図１３では、ＭＢＥ成長装置２００に係る部材については図示を省略している（以降同じ）。【０１２９】
図１３において、Ａｓ及びＧａ各々の照射量は、例えばＧａＡｓバッファ層１２０が１ＭＬ／ｓ程度の成長速度で成長可能な照射量として設定される。形成されたＧａＡｓ層の厚さは、例えば約１５０ｎｍである。【０１３０】
次に、基板温度が、本発明に係る「第１成長温度」の一例としての４９０℃以上５３０℃以下の温度にされる。続いて、ＧａＡｓバッファ層１２０上に、蒸発源２１４及び２１３から夫々Ａｓ及びＩｎが照射される。ここで、ＩｎＡｓ層１３０の成長に伴い、ＩｎＡｓ層１３０の上面１３０ａに、ＩｎＡｓを含んでなる複数の量子ドット１３１（図２に示した量子ドット５１、５２又は５５に相当する）が自己組織化成長により形成される。この結果、図１４に示すように、ＧａＡｓバッファ層１２０上に、ＩｎＡｓ層１３０が形成される。図１４は、図１３の工程に続く量子ドット形成工程を示す工程図である。【０１３１】
図１４において、Ａｓ及びＩｎ各々の照射量は、ＩｎＡｓ層１３０が０．０２ＭＬ／ｓ以上０．４ＭＬ／ｓ以下の成長速度で成長可能な照射量として設定される。ＩｎＡｓ層１３０の成長量は、例えば１．８ＭＬである。また、量子ドット１３１の直径は、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、量子ドット１３１の高さは、１５ｎｍ以下である。【０１３２】
図１５は、図１４の工程に続くキャップ層形成工程を示す工程図である。【０１３３】
図１５において、Ａｓ及びＧａ各々の照射量は、ＧａＡｓキャップ層１４０が０．１ＭＬ／ｓ以上０．５ＭＬ／ｓ以下の成長速度で成長可能な照射量として設定される。形成されたキャップ層１４０の厚さは、例えば２４ｎｍである。【０１３４】
以上の結果、量子ドットレイヤー部２４の一例が完成される。【０１３５】
なお以上と同様の成膜工程をＧａＡｓ基板１１０上にて繰り返すことで、信号光用レイヤーの層数については所望の数だけ、ＧａＡｓ基板１１０上に形成可能となる。或いは、このような量子ドットレイヤー部２４を複数用意して、相互に光学的にカップリングがとれるように又は単純に積み重ねることで、単一の量子ドットレイヤー部を構築することも可能である。【０１３６】
また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光論理回路、その制御方法、及び集積回路もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０  量子ドットレイヤー部
１１  信号光用レイヤー
１２  信号光用レイヤー
１４  基板
１５  ベース光用レイヤー
２０  レーザー制御装置
２１、２２  信号光レーザー
２５  ベース光レーザー
３１  水平受光素子
３２  垂直受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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