(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された単一の量子ドットと、
前記量子ドットの励起子分子状態を二光子共鳴励起する励起光源と、
前記量子ドットからの励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光の少なくとも一方を、前記励起光源からの励起光から分離する光学フィルタと、
を備え、
前記量子ドットの励起子の再結合エネルギーをＥＸ、前記量子ドットの励起子分子の再結合エネルギーをＥＢＸ、前記励起光のエネルギーをＥＰとすると、前記励起光源は、
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２
を満たす励起光を前記量子ドットに照射して前記励起子分子状態を共鳴励起し、
前記量子ドットの側方に配置され、前記量子ドットに対して前記半導体基板と水平な方向の電場を印加する一対の電極、
をさらに有し、前記電場の印加により、前記励起子の再結合エネルギーと前記励起子分子の再結合エネルギーの差で表わされる励起子分子束縛エネルギーを制御可能とする
ことを特徴とする光子発生装置。
【請求項２】
前記励起光源は、励起光時間積分強度が可変の光源であることを特徴とする請求項１に記載の光子発生装置。
【請求項３】
前記励起光源は、前記電場の印加による前記励起子分子束縛エネルギーの変化に応じて前記励起光時間積分強度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の光子発生装置。
【請求項４】
単一の量子ドットに前記量子ドットの励起子分子状態を二光子共鳴励起する励起光を照射し、
前記量子ドットからの励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光の少なくとも一方を、前記励起光から光学的に分離し、
前記量子ドットの励起子の再結合エネルギーをＥＸ、前記量子ドットの励起子分子の再結合エネルギーをＥＢＸ、前記励起光のエネルギーをＥＰとすると、前記励起光のエネルギーは、
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２
を満たし、
前記量子ドットの側方に一対の電極を配置して、前記量子ドットに対して前記量子ドットが形成されている半導体基板と水平な方向の電場を印加し、
前記電場の印加により、前記励起子の再結合エネルギーと前記励起子分子の再結合エネルギーの差で表わされる励起子分子束縛エネルギーを制御可能とする
ことを特徴とする光子発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一光子またはもつれ光子対を生成する光子発生装置と光子発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光や物質の量子的な状態を操作し、これを情報処理に活用する量子情報技術への期待が高まっている。光の量子状態は、光と物質の間の相互作用を精緻に制御することで操作し得る。量子情報技術の代表的なアプリケーションは、量子暗号通信（量子鍵配布）や量子演算である。これらを実現することで安全性が高い情報通信や、特定アルゴリズムでの高速演算が実現可能となる。量子情報技術の基盤となるのは、制御された量子状態を作り出すことである。特に単一光子およびもつれ光子対を制御性良く発生させることは、量子暗号通信などへの適用の可能性が拡がり、極めて重要である。
【０００３】
単一光子およびもつれ光子対発生器として、固体材料、安定動作、発光波長制御の観点から、半導体量子ドットを用いたものが多く研究されている。現在までのところ、近紫外の波長領域から光ファイバー通信の波長帯まで多くの単一光子発生器が実現されている。より高度な量子暗号通信では、ノイズの抑制や光取り出し効率の向上に加えて、高コヒーレンスが望まれる。
【０００４】
励起光の散乱に起因するノイズ（Ｓ／Ｎ劣化）を防止する方法として、
（１）狭線幅の励起レーザの偏光を制御し、励起光と発光の偏光を分けてＳ／Ｎを上げる方法（たとえば、非特許文献１参照）、
（２）導波路を介して励起光を伝搬させ、発生した単一光子は導波路からの漏れ光として取り出す方法（たとえば、非特許文献２参照）
などが提案されている。
【０００５】
しかし、上記（１）の方法を用いても
(a) 散乱光の影響で単一光子発生の飽和点でのＳ／Ｎが悪い、
(b) 励起光線幅を狭帯域化するためＣＷレーザを用いており、オンデマンドな単一光子の発生を実現できない、
(c) 偏光で散乱光を抑えるために光学系の設計の自由度が下がる、
などの課題が残る。
【０００６】
上記（２）の方法を用いても、
(a) 導波路から漏れ出す励起光の発光があり、単一光子検出のＳ／Ｎを十分に抑制できない、
などの課題が残る。
【０００７】
なお、半導体物質に２個の親光子を照射して、二光子共鳴励起により角運動量が０の状態の励起子分子を生成し、生成した励起子分子を２個の光子に同時に分裂させてそれぞれが親光子の波長と同じ波長を有する量子もつれ光子対を生成する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この方法は、バルクの半導体結晶の非線形性とバルクの励起子分子を用いてもつれ光子対を発生させているが、非線形効果を起こす際に、一定以上の強度の入射光パルスが必要である。また、生成されるもつれ光子対も一回のパルスイベントに対して必ずしも単一のもつれ光子対とはならないので、オンデマンド性を満足していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３６４９４０８号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Phys. Rev. Lett. 108, 093602 (2012), Appl. Phys. Lett. 99, 261904 (2011)
【非特許文献２】Phys. Rev. B 78, 073301 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高いコヒーレンスを有する単一光子の発生を実現するには、励起子および励起子分子の再結合発光の際のエネルギー散逸を抑制することが有効と考えられる。しかし、量子ドットの発光エネルギーに完全に共鳴する光パルスを用いて光励起を行うと、励起光のエネルギーと発生する単一光子のエネルギーが同じになる。そのため、単一光子を取り出す際に励起光の散乱によってＳ／Ｎが悪化する。
【００１１】
そこで共鳴光励起による高いコヒーレンスを実現しつつ、励起光のエネルギー散逸によるノイズを低減することのできる光子発生装置と光子発生方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、光子発生装置は、
半導体基板に形成された単一の量子ドットと、
前記量子ドットの励起子分子状態を二光子共鳴励起する励起光源と、
前記量子ドットからの励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光の少なくとも一方を、前記励起光源からの励起光から分離する光学フィルタと、
を備え、
前記量子ドットの励起子の再結合エネルギーをＥＸ、前記量子ドットの励起子分子の再結合エネルギーをＥＢＸ、前記励起光のエネルギーをＥＰとすると、前記励起光源は、
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２
を満たす励起光を前記量子ドットに照射して前記励起子分子状態を共鳴励起する。
【発明の効果】
【００１３】
単一光子またはもつれ光子対の再結合発光の際のエネルギー散逸を抑えることで、高いコヒーレンスを有した光子発生を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の原理として、励起光エネルギー（ＥＰ）、励起子の再結合エネルギー（ＥＸ）、励起子分子の再結合エネルギー（ＥＢＸ）の関係を示す図である。
【図２】第１実施形態の光子発生装置の概略構成図である。
【図３】励起光時間積分強度を変えたときの励起子の数と、励起子分子状態の励起子の数を示す図である。
【図４】第２実施形態の光子発生装置の概略構成図である。
【図５】直接変調レーザダイオードを用いて励起パルス時間幅を２０ｐｓとし、励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸを０．５ｍｅＶ〜３．０ｍｅＶまで変化させたときの励起子分子のポピュレーションを示す図である。
【図６】第３実施形態の光子発生装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下で、図面を参照して発明の実施形態を説明する。実施形態では、ひとつの量子ドットに共鳴励起光を照射し、二光子励起により励起子分子状態を共鳴励起する。共鳴励起された励起子分子状態から基底状態に緩和する過程で、励起子分子の再結合発光と励起子の再結合発光が連続して発生する。この励起子分子の再結合発光と励起子の再結合発光を、別々または両方一緒に励起光（散乱光）から分離する。この手法により、単一光子またはもつれ光子対を制御性よく発生させることができる。
【００１６】
図１は、実施形態の原理として、励起光エネルギー（ＥＰ）、励起子の再結合エネルギー（ＥＸ）、励起子分子の再結合エネルギー（ＥＢＸ）の関係を示す図である。
【００１７】
量子ドットは、その量子力学的な閉じ込め効果によって、エネルギー準位が離散している。逆向きのスピンを有する電子の正孔の対は「励起子」状態（｜Ｘ＞）を形成し、２つの励起子が量子ドット内に励起されることによって励起子分子状態（｜ＢＸ＞）を形成する。
【００１８】
量子ドット中に励起された励起子は、クーロン相互作用の影響を受け、励起子状態と励起子分子状態とで再結合エネルギーが変化する。図１において、励起子分子状態（｜ＢＸ＞）の再結合エネルギーは、単純に励起子のエネルギーを２倍にした（｜ＸＸ＞）のエネルギーよりも低い。このエネルギーの変化量を励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸと呼ぶ。
【００１９】
励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸは、ΔＥＢＸ＝ＥＸ−ＥＢＸで表わされる。ここで、ＥＸはｓ-シェル励起子の再結合エネルギー、ＥＢＸはｓ-シェル励起子分子の再結合エネルギーである。この明細書および特許請求の範囲で「励起子分子」というときは、励起子分子状態を構成する２つの励起子のうち、先に再結合発光する再結合エネルギーがΔＥＢＸだけ小さいほうの励起子を指すものとする。
【００２０】
量子ドットに照射される共鳴光パルスの２つの光子が同時に吸収されることによって、量子ドット中に２つの励起子が生成され、励起子分子状態（｜ＢＸ＞）を形成する。このとき、使用される共鳴光パルスのエネルギーＥＰは、ｓ-シェルの励起子の再結合エネルギーＥＸと、ｓ-シェルの励起子分子の再結合エネルギーＥＢＸを用いて、式（１）で表わされる。
【００２１】
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２＝ＥＸ−（ΔＥＢＸ／２）      （１）
この関係によると、二光子共鳴では、励起子の再結合エネルギーＥＸと励起子分子の再結合エネルギーＥＢＸは、それぞれ励起光パルスのエネルギーＥＰに対して±ΔＥＢＸ／２の差を有することがわかる。ＥＰ≠ＥＸ、ＥＰ≠ＥＢＸ、かつＥＰ＜ＥＸなので、励起光パルスの一光子吸収による励起子の光励起は抑制される。
【００２２】
ΔＥＢＸは物性的に決まるパラメータであり、代表的なＩｎＡｓ／ＩｎＰ量子ドットでは、１ｍｅＶ程度、ΔＥＢＸ／２は０．５ｍｅＶ程度である。励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光を光学フィルタによって波長選別することで、励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光のいずれか一方、または両方を抽出することができる。これにより、励起光の散乱を抑え、単一光子またはもつれ光子対を効率的に発生させることができる。
【００２３】
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の光子発生装置１０の概略構成図である。光子発生装置１０は、半導体基板１２に形成された量子ドット１３と、励起パルス発生器（励起光源）１１と、光学フィルタ１５を含む。励起パルス発生器１１は、量子ドット１３を照射して量子ドット１３のｓ-シェル励起子分子状態を共鳴励起する。励起子分子状態から基底状態へと緩和する過程で、量子ドット１３から、励起子分子の再結合発光と励起子の再結合発光が連続して生じる。光学フィルタ１５は、励起子分子の再結合発光（エネルギーＥＢＸ）と、励起子の再結合発光（エネルギーＥＸ）の各々または両方を、励起光の散乱光から分離する。
【００２４】
ここで、図１を参照して説明したように、励起パルス発生器１１から照射される励起光パルスのエネルギーＥＰと、量子ドット１３のｓ-シェル励起子再結合エネルギーＥＸと、量子ドット１３のｓ-シェル励起子分子再結合エネルギーＥＢＸでの関係は、
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２，かつ
ＥＰ＜ＥＸ
を満たし、二光子吸収が効率的に行われる。
【００２５】
量子ドット１３は、たとえばＩｎＰ基板１３に形成されたＩｎＡｓ量子ドット１３である。図示はしないが、ＩｎＰ基板１２上にバッファ層を形成し、分子線エピタキシャル成長によりＩｎＡｓ量子ドットを形成し、量子ドット１３上にキャップ層（不図示）を形成する。
【００２６】
励起パルス発生器１１は、たとえば半導体レーザダイオードによるパルス光源である。後述するように、励起パルス発生器１１は、励起エネルギー(波長)とパルス面積（励起光の時間積分強度：１光子吸収によって励起子が１個生成される強度をπパルスと呼ぶ。）が可変の励起光源である。図２の例では、励起パルス発生器１１の光学パスＰ１と、再結合発光の光子検出パスＰ２の間の角度がθに設定されているが、この例に限定されない。半導体基板１２に入射するパルス光が全反射しない角度であればθの範囲に制限はなく、θ＝０のように励起パルスのパスＰ１と光子検出パスＰ２が同軸の関係になってもよい。
【００２７】
励起光パルスが照射されると、量子ドット１３に閉じ込められたキャリアは、エネルギーＥＰの光子を２つ同時に吸収して励起子分子状態となり、その後、励起子分子の再結合エネルギーＥＢＸと、励起子の再結合エネルギーＥＸを連続して放出する。光子検出パスＰ２には、励起子分子の発光と、励起子の発光のほかに、励起光パルスの反射散乱光も含まれる。
【００２８】
光子検出パスＰ２に配置された光学フィルタ１５は、励起子分子の再結合エネルギーＥＢＸと励起子の再結合エネルギーＥＸのいずれか一方または双方を、励起光パルスのエネルギーＥＰから分離する。
【００２９】
ＩｎＰ基板１２に形成されたＩｎＡｓ量子ドット１３の場合、励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸは１ｍｅＶ程度なので、ＥＢＸとＥＸのそれぞれは、励起光パルスのエネルギーＥＰから０．５ｍｅＶ程度の差を有している。そこで、光学フィルタ１５としてバンドパスフィルタを用いてＥＢＸまたはＥＸのいずれか一方だけを切り出す。この場合、光子発生装置１０は単一光子発生装置として機能する。
【００３０】
光学フィルタ１５としてノッチフィルタを用いてＥＰを遮断する構成としてもよい。この場合、ＥＢＸとＥＸの双方が光学フィルタ１５を透過するので、光子発生装置１０をもつれ光子対発生装置として用いることができる。
【００３１】
図３は、励起光時間積分強度を変えたときの励起子数と、励起子分子状態の励起子数を示す図である。共鳴励起においては、励起光の時間積分強度を制御することで、任意の励起子分子ポピュレーションを作ることができる。なお励起子分子状態の二光子吸収は実準位を介さない非線形な過程であり、励起パルスの時間幅が短く、ΔＥＢＸが小さい方が二光子吸収の発生確率が高くなる。図３では、ΔＥＢＸ／２を一般的な値である０．５ｍｅＶとし、励起光パルスの時間幅を変化させたときの励起子および励起子分子状態の励起子の数を計算している。ここで、パルス面積は光パルス強度の時間積分値であり１光子吸収によって励起子数が１になる点をπと定義する。一般的な半導体レーザダイオードなどで実現可能な時間幅が２０ｐｓの励起パルスを用いた場合、二光子吸収を起こすためには、４πのパルス面積が必要になる。励起子が飽和する光のパワーに換算すると１６倍の強度の励起光パルスが必要になるが、光学フィルタ１５の波長選択性を考えると十分に抑圧可能である。
【００３２】
励起子分子の再結合発光を使用する場合には、励起子と比較して約半分の発光再結合寿命となるので、コヒーレンスを保持したまま単一光子として発光される確率が高まる。また、微細構造分裂がない量子ドット１３を用いた場合、励起子分子発光と励起子発光の両方を光学フィルタ１５で取り出すことにより、コヒーレンスの高いもつれ光子対が実現できる。
【００３３】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の光子発生装置２０の概略構成図である。第２実施形態では、電場の印加によりΔＢＸを制御する。光子発生装置２０の基本部分の構成は、第１実施形態の光子発生装置１０と同様である。第１実施例の光子発生装置１０と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３４】
半導体基板２２は、量子ドット２３が存在する部分にメサ構造を有する。メサ構造の両側に電極２３を配置し、電極２３間に電場を印加することで、励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸを変調し、必要となる励起光パルスの光強度を制御する。
【００３５】
メサ構造は、たとえば半導体基板２２に量子ドット２３を含む層を成長した後に、量子ドット２３の周囲をエッチング加工して形成することができる。電極２３間の幅ｄは、たとえば２００〜１０００ｎｍである。
【００３６】
量子ドット２３の励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸは、主に量子ドット２３中の２つの電子と２つの正孔の間のクーロン積分エネルギーによって決まるが、外部から電場を印加すると、電子と正孔の波動関数の重なりが変化する。そのため励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸが変化する。
【００３７】
一般的な自己形成量子ドットでは、高さ方向のサイズよりも横方向のサイズの方が大きい。量子ドット２３に横方向（基板に対して水平な方向）の電場を印加すると、電子と正孔の有効質量の違いから電子と正孔の波動関数の重心の変位に大きな差が生じる。第２実施形態では、３０ｋＶ／ｃｍ程度の横方向電場（印加電圧換算で、０．６〜３．０Ｖ程度）の導入で、ΔＥＢＸを１ｍｅＶ程度変化させることができる。ΔＥＢＸの変化に応じて励起パルス発生器１１の励起エネルギーを制御することで、二光子吸収の起きる確率を制御することができる。
【００３８】
図５は、所定の励起パルス時間幅で、励起子分子束縛エネルギーΔＥＢＸを０．５〜３．０ｍｅＶまで変化させたときの励起子分子のポピュレーションを示す図である。図５の例では、励起パルス時間幅として、直接変調レーザダイオードを用いた場合の典型的な時間幅である２０ｐｓに設定した。
【００３９】
ΔＥＢＸを１．０ｍｅＶから２．０ｍｅＶに変化させる場合、二光子吸収によって励起子分子を生成するのに４πのパルス面積が必要であったのが、５．５πのパルス面積が必要になってくる。これは励起子飽和強度の１６倍の強度から、３０倍の強度への変化を意味する。しかし、励起子分子の束縛エネルギーが２．０ｍｅＶに拡がったことから、励起光パルスのエネルギーＥＰとＥＸのエネルギー差、またはＥＰとＥＢＸのエネルギー差が大きくなり、光学フィルタ１５による弁別が容易になる。したがって、ノイズが少ない単一光子発光を取り出すことができる。この電場によるΔＥＢＸを制御する手法によって励起光パルスの波長幅やフィルターの透過波長特性に合わせた低ノイズな二光子吸収が実現可能となる。また、光学フィルタ１５をノッチフィルタとして励起光パルスの散乱光を遮断する構成にした場合は、コヒーレンスを維持したもつれ光子対を取り出すことができる。
【００４０】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の光子発生装置３０の概略構成図である。第３実施形態では、電場の印加によるΔＥＢＸの制御と光取り出し効率を高めた光子発生装置３０を提供する。光子発生装置３０の基本部分の構成は、第１実施形態の光子発生装置１０と同様である。第１実施例の光子発生装置１０と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４１】
第３実施形態では、半導体基板３２の裏面３２ａから光励起を行い、量子ドット３３からの発光を半導体基板３２の外部に取り出す。半導体基板３２に図示しないバッファ層を介して量子ドット３３を含む層を成長した後に、半導体基板３２を円錐形に加工し、側面に電極３４を配置する。半導体基板３２の裏面３２ａから光励起および光検出を行なう。量子ドット３３は、たとえば円錐の頂点から５０〜３００ｎｍ程度離れた位置に存在する。量子ドット３３からの発光は、半導体基板３２の円錐側壁で反射されて大部分が半導体基板３２の裏面３２ａの方向に戻るので、量子ドット３３からの発光を効率良く外部に取り出すことができる。
【００４２】
基板裏面３２ａは光の透過性を向上するために鏡面加工をしてもよい。あるいは反射損失を抑制するために反射防止膜３６を形成してもよい。
【００４３】
円錐底部での電極３４間の距離ｄは１μｍ程度である。電極３４間に電圧を印加することで、量子ドット３３に横方向（半導体基板３２の基板面と水平な方向）に電場を与え、電子と正孔の波動関数の重なりを変化させてΔＥＢＸを制御する。ΔＥＢＸを大きくして正確に２つの光子を励起光の散乱光から分離することと、必要とされる励起パワーの増大はトレードオフの関係なので、ΔＥＢＸの範囲が１．０〜２．０ｍｅＶになるように制御するのが望ましい。
【００４４】
半導体基板３２の裏面３２ａから光子検出パスＰ２に現れる励起子分子の再結合発光と励起子の再結合発光は、光学フィルタ１５により単一光子またはもつれ光子対として、光子発生装置３０から出力される。
【００４５】
以上のべたように、実施形態の構成と手法により、共鳴励起光のエネルギーＥPを、励起子分子の再結合エネルギーＥBXおよび励起子の再結合エネルギーＥXと分離することができる。また、ｓ-シェル励起子およびｓ-シェル励起子分子の再結合発光過程でのエネルギー散逸を抑制することで、高いコヒーレンスを実現することができる。これにより、光学構造に関係なく、励起光散乱の影響を抑制したオンデマンドの高コヒーレンス光子発生器が実現される。
【００４６】
励起子分子の再結合発光を単一光子として取り出す場合は、発光再結合時間が励起子発光の半分になるので、より高い繰り返しレートで光子発生可能な単一光子発生が可能となる。構造の対称性の高い量子ドットを用いて励起子発光と励起子分子発光の双方を取り出すことで、高いコヒーレンスを有するもつれ光子対の生成が可能になる。
【００４７】
実施形態の光子発生装置１０、２０、３０は、単一光子の発生にも、もつれ光子対の発生にも有用である。実施形態では、ＩｎＡｓ／ＩｎＰ量子ドットを用いたが、これに限定されず、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドット、ＧａＮ／ＡｌＮ量子ドット、ＩｎＰ／ＧａＰ量子ドットなど任意の量子ドットを用いることができる。いずれの場合も、量子ドットのｓ-シェルの励起子の再結合エネルギーＥＸ、ｓ-シェル励起子分子の再結合エネルギーＥＢＸとしたときに、励起光源のパルスエネルギーＥＰをＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２となるように選択、設定する。励起パルス発生器は、励起光エネルギーまたは励起光の時間積分強度を可変にできる任意の励起光源である。
【００４８】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
半導体基板(12,22,32)に形成された単一の量子ドットと、
前記量子ドットの励起子分子状態を二光子共鳴励起する励起光源と、
前記量子ドットからの励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光の少なくとも一方を、前記励起光源からの励起光から分離する光学フィルタと、
を備え、
前記量子ドットの励起子の再結合エネルギーをＥＸ、前記量子ドットの励起子分子の再結合エネルギーをＥＢＸ、前記励起光のエネルギーをＥＰとすると、前記励起光源は、
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２
を満たす励起光を前記量子ドットに照射して前記励起子分子状態を二光子共鳴励起することを特徴とする光子発生装置。
（付記２）
前記励起光源は、励起光時間積分強度が可変の光源であることを特徴とする付記１に記載の光子発生装置。
（付記３）
前記量子ドットの側方に配置され、前記量子ドットに対して前記半導体基板と水平な方向の電場を印加する一対の電極、
をさらに有し、前記電場の印加により、前記励起子の再結合エネルギーと前記励起子分子の再結合エネルギーの差で表わされる励起子分子束縛エネルギーを制御可能とすることを特徴とする付記１又は２に記載の光子発生装置。
（付記４）
前記励起光源は、前記電場の印加による前記励起子分子束縛エネルギーの変化に応じて前記時間積分強度を変化させることを特徴とする付記３に記載の光子発生装置。
（付記５）
前記光学フィルタは、前記励起子の再結合発光と、前記励起子分子の再結合発光のいずれか一方を透過することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光子発生装置。
（付記６）
前記光学フィルタは、前記励起光を遮断し、前記励起子の再結合発光と前記励起子分子の再結合発光の両方を透過することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光子発生装置。
（付記７）
前記励起光を前記半導体基板の裏面に照射し、前記半導体基板の裏面から前記励起子の再結合発光と前記励起子分子の再結合発光を取り出すことを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光子発生装置。
（付記８）
単一の量子ドットに前記量子ドットの励起子分子状態を二光子共鳴励起する励起光を照射し、
前記量子ドットからの励起子の再結合発光と励起子分子の再結合発光の少なくとも一方を、前記励起光源からの励起光から光学的に分離し、
前記量子ドットの励起子の再結合エネルギーをＥＸ、前記量子ドットの励起子分子の再結合エネルギーをＥＢＸ、前記励起光のエネルギーをＥＰとすると、前記励起光のエネルギーは、
ＥＰ＝（ＥＸ＋ＥＢＸ）／２
を満たすことを特徴とする光子発生方法。
（付記９）
前記励起光の時間積分強度を制御することによって励起子分子状態にある励起子のポピュレーションを制御することを特徴とする付記８に記載の光子発生方法。
（付記１０）
前記量子ドットの成長方向と直交するに電場を印加して、前記励起子の再結合エネルギーと前記励起子分子の再結合エネルギーとの差で表わされる励起子分子束縛エネルギーを制御することを特徴とする付記８又は９に記載の光子発生方法。
（付記１１）
前記電場の印加による前記励起子分子束縛エネルギーの変化に応じて、前記励起光の時間積分強度を調整することを特徴とする付記１０に記載の光子発生方法。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０、３０  光子発生装置
１１  励起パルス発生器（励起光源）
１５  光学フィルタ
１２、２２、３２  半導体基板
１３、２３、３３  量子ドット
２４、３４  電極
Ｐ１  励起光源の光学パス
Ｐ２  光子検出パス
【図１】
0006399508.tif 000002
【図２】
0006399508.tif 000003
【図３】
0006399508.tif 000004
【図４】
0006399508.tif 000005
【図５】
0006399508.tif 000006
【図６】
0006399508.tif 000007