(57)【要約】【課題】  円偏光状態の相違を、直接、正確に電流、電圧（物理量）に変換することができる半導体素子と、該素子を用いて構成した円偏光検知器を提供する。【解決手段】  ｇ因子が、下記式（１）を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子、又は、下記式（２）を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。          ｜ｇx｜＜｜ｇy｜    ｇx≒０                                    （１）          ｇx：受光半導体のｇ因子、ｇy：他方の半導体のｇ因子          ｜ｇxm｜＞｜ｇz｜                                              （２）          ｇxm：受光磁性半導体のｇ因子、ｇz：他方の半導体のｇ因子【選択図】      図１
2005345391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。
｜ｇx｜＜｜ｇy｜    ｇx≒０
ｇx：受光半導体のｇ因子
ｇy：他方の半導体のｇ因子
【請求項２】
ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。
｜ｇx｜＜｜ｇim｜    ｇx≒０
ｇx：受光半導体のｇ因子
ｇim：ｉ型磁性半導体のｇ因子
【請求項３】
前記受光半導体がｎ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項４】
前記受光半導体がｐ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項５】
前記受光半導体が、III−Ｖ族非磁性半導体又はII−VI族非磁性半導体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項６】
前記III−Ｖ族非磁性半導体が、Ａ1-xＩｎxＡｓ1-yＳｂy（Ａ：Ａｌ、Ｇａのうちのいずれか１種又は２種）であることを特徴とする請求項５に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項７】
前記II−VI族非磁性半導体が、ＡＢ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項５に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項８】
前記ｉ型磁性半導体が、真性III−Ｖ族磁性半導体又は真性II−VI族磁性半導体であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項９】
前記真性III−Ｖ族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項８に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１０】
前記真性II−VI族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項８に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１１】
ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。
｜ｇxm｜＞｜ｇz｜
ｇxm：受光磁性半導体のｇ因子
ｇz：他方の半導体のｇ因子
【請求項１２】
前記受光磁性半導体がｐ型であり、他方の半導体がｎ型であることを特徴とする請求項１１に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１３】
前記受光磁性半導体がｉ型であり、他方の半導体がｐ型又はｎ型であることを特徴とする請求項１１に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１４】
前記受光磁性半導体が、１光子吸収型又は２光子吸収型の磁性半導体であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１５】
前記受光磁性半導体のｐ型磁性半導体が、III−Ｖ族磁性半導体であることを特徴とする請求項１２又は１４に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１６】
前記III−Ｖ族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項１５に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１７】
前記受光磁性半導体のｉ型磁性半導体が、真性III−Ｖ族磁性半導体又は真性II−VI族磁性半導体であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１８】
前記真性III−Ｖ族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項１７に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項１９】
前記真性II−VI族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ｃｄ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項１７に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項２０】
前記ｐ型半導体及びｎ型半導体（いずれも受光半導体ではない）が、III−Ｖ族非磁性半導体又はII−VI族非磁性半導体であることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項２１】
前記III−Ｖ族非磁性半導体が、Ａ1-xＩｎxＡｓ1-yＳｂy（Ａ：Ａｌ、Ｇａのうちのいずれか１種又は２種）であることを特徴とする請求項２０に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項２２】
前記II−VI族非磁性半導体が、ＡＢ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする請求項２０に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【請求項２３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の円偏光直接検知半導体素子、
上記半導体素子に、磁場を印加する磁場印加手段、及び、
円偏光受光時、上記半導体素子に発現する電気的変化を物理量として測定する電気的測定手段、
を備えることを特徴とする円偏光検知器。
【請求項２４】
請求項１１〜２２のいずれか１項に記載の円偏光直接検知半導体素子、
上記半導体素子に、必要に応じ磁場を印加する磁場印加手段、及び、
円偏光受光時、上記半導体素子に発現する電気的変化を物理量として測定する電気的測定手段、
を備えることを特徴とする円偏光検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光の円偏光状態（右回り、左回り、又は、その中間状態）に感応し、円偏光状態によって異なる電流値を出力する半導体素子、及び、該半導体素子を備える円偏光検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学技術においては、光の偏光状態（直線偏光、円偏光）を検知する技術（偏光検知技術）の発展が著しい（例えば、特許文献１〜４、参照）。
【０００３】
特許文献１には、右回り円偏光と左回り円偏光を検知し、一対の検知器の出力信号を演算処理して、被測定物質の円二色性を測定する円二色性分析計が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、光ファイバにおける一端から他端までの各位置における偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）を測定する偏波モード分散分布測定装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、偏光状態及び変調周波数を測定して、光ファイバ及び光コンポーネントのミューラー行列及び偏波依存性損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）等の光特性を測定する光特性測定装置が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、被測定試料の直線偏光複屈折特性及び円偏光複屈折特性を測定する方法と装置が開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献１〜４に開示の技術も含め、現在の偏光検知技術においては、光の偏光状態を、波長板や偏光子などの光学素子、偏光変調素子、及び、光電変換器などの光検知機器を組み合せて、電流や電圧（物理量）に変換して測定しているのが実情である。
【０００８】
上記光学素子、偏光変調素子と光電変換器の組み合せにおいても、所要の測定精度を確保することは可能であるが、今後、光分析装置や光通信システムの高精度化、高性能化を図るとともに、装置・システムの小型化、簡素化、そして高速化を図るうえで、偏光状態を、直接、正確に物理量に変換して検知する偏光検知技術の開発が必要である。
【０００９】
非特許文献１には、ある種のｐ−ｎ接合半導体においては、電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性にキャリアのスピン依存性が発現することを予測する理論と、このスピン依存性により円偏光を直接検知するという新機能を備える半導体素子構造が提案されている。
【００１０】
上記理論は、仮想的に、ｐ層とｎ層でゼーマン分裂の大きさが異なるｐ−ｎＧａＡｓ接合を前提としているが、この接合は、実現不可能なものである。
【００１１】
非特許文献１には、上記理論に基づく状況に比較的近い状況を、ｐ型強磁性体半導体のＧａＭｎＡｓやＩＩ−ＶＩ族常磁性半導体のＣｄＭｎＳｅを用いて実現できると記載されているが、実際には、下記のような困難が生じてしまい、実現は難しい。
【００１２】
（ｉ）ＧａＭｎＡｓを用いると、ｐ層の少数キャリア（伝導帯電子）が極端に少なくなるので、所期の効果が発現しない。
【００１３】
（ii）ＣｄＭｎＳｅ（ｐ、ｎの両方可能）は常磁性体であるので、磁場を必要とするが、その際、印加磁場によって受光層の（伝導帯又は価電子帯の）ゼーマン分裂が生じてしまい、電子（又は正孔）スピンの熱緩和によって、受光層内で円偏光に係る情報が消失してしまう。
【００１４】
このように、キャリアのスピン依存性により円偏光を直接検知するという新機能を備える半導体素子構造は理論上存在するが、実際には実現していないのが現状である。
【００１５】
【特許文献１】特許第３３９７９５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６９４２号公報
【特許文献３】特開２００３−２７００９５号公報
【特許文献４】特表２００３−５２９０６７号公報
【非特許文献１】PHYSICAL REVIEW LETTERS, VOLUME 88, NUMBER 6 (11 FEBRUARY 2002), p.066603-1〜4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記偏光検知技術の現状に鑑み、円偏光状態の相違を、直接、正確かつ迅速に電流、電圧（物理量）に変換することができる半導体素子と、該素子を用いて構成した円偏光検知器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
通常のｐ−ｎ接合半導体又はｐ−ｉ−ｎ接合半導体に磁場を印加すると、ゼーマン効果によって、伝導帯の縮退が解けて、上向きスピン（以下「↑スピン」と記載することがある。）と下向きスピン（以下「↓スピン」と記載することがある。）に分裂（ゼーマン分裂）し、入射光の円偏光状態による信号の差を検知することができない。
【００１８】
前述したように、キャリアのスピン依存性により円偏光を直接検知するという新機能を備える半導体素子構造は、理論的には提案されている（非特許文献１、参照）が、この構造には、前述した困難性（ｉ）及び（ii）があり、実際には実現が困難である。
【００１９】
そこで、本発明者は、上記困難性を克服する手段について鋭意研究した。
【００２０】
上記ゼーマン効果の程度は、半導体の成分組成を変えることにより調整できるので、本発明者は、まず、受光層として機能し得る下記半導体、即ち、
（ｗ）磁場を印加しても伝導帯の縮退が解けない“ｇ因子がほぼ“０”のｎ型半導体”
を作製し、上記困難性（ii）を克服した。
【００２１】
そして、本発明者は、
（ｘ）受光層に、上記“ｇ因子がほぼ“０”のｎ型半導体”を用い、
（ｙ）ｐ層に、(y-1)非磁性でｇ因子の大きな半導体、又は、(y-2)ほぼ真性の磁性半導    体を用いる
ことにより、キャリアのスピン依存性により円偏光を直接検知するという新機能を備える半導体素子構造を実現できることを見いだした。
【００２２】
また、本発明者は、さらに、研究を進め、
（ｚ）非特許文献１に記載の原理とは異なり、受光層に、ｇ因子の大きな磁性半導体を用いる
ことによっても、同様に、選択的光吸収により円偏光を直接検知するという新機能を備える半導体素子構造を実現できることを見いだした。
【００２３】
即ち、本発明は、
（ｉ）異なる価電子帯と伝導帯におけるゼーマン分裂の大きさが異なるｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合において発現するスピン依存伝導（原理１）、又は、
（ii）異なる価電子帯と伝導帯におけるゼーマン分裂の大きさが異なるｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合において発現する円偏光選択光吸収（原理２）、
に基づいて構成されたものであり、その要旨は、以下のとおりである。
【００２４】
（Ｉ）原理１に基づく発明の要旨
（１）  ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。
【００２５】
｜ｇx｜＜｜ｇy｜    ｇx≒０
ｇx：受光半導体のｇ因子
ｇy：他方の半導体のｇ因子
（２）  ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。
【００２６】
｜ｇx｜＜｜ｇim｜    ｇx≒０
ｇx：受光半導体のｇ因子
ｇim：ｉ型磁性半導体のｇ因子
（３）  前記受光半導体がｎ型であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００２７】
（４）  前記受光半導体がｐ型であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００２８】
（５）  前記受光半導体が、III−Ｖ族非磁性半導体又はII−VI族非磁性半導体であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００２９】
（６）  前記III−Ｖ族非磁性半導体が、Ａ1-xＩｎxＡｓ1-yＳｂy（Ａ：Ａｌ、Ｇａのうちのいずれか１種又は２種）であることを特徴とする前記（５）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３０】
（７）  前記II−VI族非磁性半導体が、ＡＢ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（５）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３１】
（８）  前記ｉ型磁性半導体が、真性III−Ｖ族磁性半導体又は真性II−VI族磁性半導体であることを特徴とする前記（２）〜（７）のいずれかに記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３２】
（９）  前記真性III−Ｖ族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（８）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３３】
（１０）  前記真性II−VI族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（８）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３４】
（II）原理２に基づく発明の要旨
（１１）  ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合を備えることを特徴とする円偏光直接検知半導体素子。
【００３５】
｜ｇxm｜＞｜ｇz｜
ｇxm：受光磁性半導体のｇ因子
ｇz：他方の半導体のｇ因子
（１２）  前記受光磁性半導体がｐ型であり、他方の半導体がｎ型であることを特徴とする前記（１１）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３６】
（１３）  前記受光磁性半導体がｉ型であり、他方の半導体がｐ型又はｎ型であることを特徴とする前記（１１）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３７】
（１４）  前記受光磁性半導体が、１光子吸収型又は２光子吸収型の磁性半導体であることを特徴とする前記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３８】
（１５）  前記受光磁性半導体のｐ型磁性半導体が、III−Ｖ族磁性半導体であることを特徴とする前記（１２）又は（１４）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００３９】
（１６）  前記III−Ｖ族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（１５）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４０】
（１７）  前記受光磁性半導体のｉ型磁性半導体が、真性III−Ｖ族磁性半導体又は真性II−VI族磁性半導体であることを特徴とする前記（１３）又は（１４）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４１】
（１８）  前記真性III−Ｖ族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（１７）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４２】
（１９）  前記真性II−VI族磁性半導体が、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ｃｄ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（１７）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４３】
（２０）  前記ｐ型半導体及びｎ型半導体（いずれも受光半導体ではない）が、III−Ｖ族非磁性半導体又はII−VI族非磁性半導体であることを特徴とする前記（１１）〜（１９）のいずれかに記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４４】
（２１）  前記III−Ｖ族非磁性半導体が、Ａ1-xＩｎxＡｓ1-yＳｂy（Ａ：Ａｌ、Ｇａのうちのいずれか１種又は２種）であることを特徴とする前記（２０）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４５】
（２２）  前記II−VI族非磁性半導体が、ＡＢ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）であることを特徴とする前記（２０）に記載の円偏光直接検知半導体素子。
【００４６】
（III）本発明素子を備える発明（円偏光検知器）の要旨
（２３）  前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の円偏光直接検知半導体素子、
上記半導体素子に、磁場を印加する磁場印加手段、及び、
円偏光受光時、上記半導体素子に発現する電気的変化を物理量として測定する電気的測定手段、
を備えることを特徴とする円偏光検知器。
【００４７】
（２４）  前記（１１）〜（２２）のいずれかに記載の円偏光直接検知半導体素子、
上記半導体素子に、必要に応じ磁場を印加する磁場印加手段、及び、
円偏光受光時、上記半導体素子に発現する電気的変化を物理量として測定する電気的測定手段、
を備えることを特徴とする円偏光検知器。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、半導体素子が偏光状態（左回り、右回り、又は、その中間状態）の相違に敏感に感応して、該相違を、直接、物理量（電流、電圧）に変換して、偏光状態を検知することができるので、円偏光状態を明確に区別して高精度かつ高速度で検知することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、従来必要としていた光学素子、偏光変調素子、光電変換機器等の周辺機器を必要としないので、円偏光検知機器を必要とする分析装置や光通信システムを小型化、簡略化、そして、高速化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明について、図面に基づいて、詳細に説明する。
【００５１】
１）まず、原理１に基づく円偏光直接検知半導体素子（本発明素子１）について説明する。
【００５２】
前述したように、半導体に磁場を印加すると、ゼーマン効果によって、伝導帯は縮退が解けて、↑スピン（上向きスピン）と↓スピン（下向きスピン）に分裂する。この時の分裂幅（ΔＥ）の大きさは、下記式によって表わされ、半導体の成分組成を調整することによって適宜調整することが可能である。
【００５３】
ΔＥ＝ｇμ０Ｈ
ΔＥ：分裂幅
μ０：真空透磁率
Ｈ：磁場
【００５４】
上記式から明らかなように、ｇ因子＝０であれば、伝導帯は分裂しない。
【００５５】
そこで、本発明者は、例えば、Ａｌ1-xＧａxＡｓにおいて、磁場を印加しても伝導帯が分裂しない組成（ｇ因子≒０となる組成）を確認し、図１に示すように、ｐ型基板（例えば、ＧａＡｓ基板）の上に積層したｇ因子が有限のｐ型半導体層（例えば、ＩｎＧａＡｓ層）の上に、上記組成のｎ型半導体層（ｇ因子≒０）を積層してｐ−ｎ接合半導体素子を作製した。
【００５６】
そして、このｐ−ｎ接合半導体素子に左回り及び右回りの円偏光を照射し、それぞれの照射時において流れる電流を測定した。
【００５７】
ｇ因子が有限のｐ型半導体に磁場を印加すると、ゼーマン効果によって、伝導帯の縮退が解けて、伝導帯電子は、↑スピンと↓スピンに分裂し、↑スピンと↓スピンとで異なるエネルギー状態をとるとともに、エネルギーの低いスピン状態（図１中、↓スピン状態）の電子数が、他方のスピン状態（図１中、↑スピン状態）の電子数より多くなる。
【００５８】
一般に、ｐ−ｎ接合半導体に流れる電流のうち、電子の担う電流Ｊnは、下記式で表わされる。
【００５９】
Ｊn＝（ｑＤｎp／Ｌ）・（ｅｑＶ／ｋＴ−１）
ここで、Ｖは印加電圧、ｑはクーロン定数、ｋはボルツマン定数、ＤとＬは、それぞれ、半導体中電子の拡散定数と拡散長、ｎpは、ｐ型半導体の伝導帯の電子濃度である。
【００６０】
この式から解かるように、ｐ−ｎ接合半導体に流れる電流は、ｐ型半導体の伝導帯の電子濃度ｎpに比例する。
【００６１】
ｇ因子≒０のｎ型半導体に円偏光を照射すると、内部に電子−正孔対が生成するが、生成する電子の大半は、右回り円偏光であると↑スピンの電子であり、逆に、左回り円偏光であると↓スピンの電子である。
【００６２】
例えば、閃亜鉛構造の直接遷移型半導体の場合、左回り円偏光によって生成される電子の７５％は、↓スピンの電子である。
【００６３】
そして、ｇ因子≒０のｎ型半導体においては、ｇ因子≒０であるが故、ゼーマン分裂が生じず、両スピンの電子は同じエネルギーレベルに存在し、順方向の電圧を負荷すると、↓スピンの電子が流れ易くなる。
【００６４】
ｐ型半導体中の電子は、前述したように、大半が↓スピンの電子であるから、磁場中のｐ−ｎ接合半導体のｎ型半導体（ｇ因子≒０）に左回り円偏光を照射すると、ｐ−ｎ接合半導体中には、↓スピンの電子がより多数存在することになる。
【００６５】
↓スピンの電子がより多数存在する状態で、ｐ−ｎ接合半導体に順方向の電圧を負荷すると、右回り円偏光を照射した場合に比べ、より大きな電流が流れることになる。
【００６６】
図２に、本発明素子１の典型的な電流−電圧特性を示す。図中、点線は、右回り円偏光を照射した場合の電流−電圧特性であり、実線は、左回り円偏光を照射した場合の電流−電圧特性である。左回り円偏光を照射した時の電流値は、右回り円偏光を照射した時の電流値に比べ、大きな値を示している。
【００６７】
したがって、ｐ−ｎ接合半導体素子に一定の電圧を負荷して測定した電流値の大小で、ｎ型半導体が受光した円偏光の偏光状態（左回りか、右回りか）を検知できるし、また、開放電圧Ｖ0（図２中、点線囲み部分、参照）に着目すれば、図３に示すように、開放電圧Ｖ0の大小で、円偏光状態（左回りか、右回りか）を検知できる。
【００６８】
このように、本発明素子１は、ｐ−ｎ接合半導体素子において、ｇ因子≒０のｎ型半導体を用いることにより、円偏光状態（左回り、右回り）の相違を、直接、物理量（電流又は電圧）の差として検知できるものである。この点が、本発明素子の第１の特徴である。
【００６９】
即ち、本発明は、磁場中に置かれたｐ−ｎ接合半導体素子において、照射光で生成される少数キャリアの拡散のし易さが、スピンの向き（↑、↓）によって異なる（スピン依存伝導）ことを基本原理（原理１）としている。
【００７０】
したがって、ｐ−ｎ接合半導体素子において、ｐ型半導体のｇ因子ｇp（＝有限値）とｎ型半導体のｇ因子ｇn（≒０）が下記不等式を満たせば、照射円偏光の偏光状態の相違（左回りか、右回りか）により、伝導帯にある↓スピンの電子の数が相違し、電流値に差が生じることになる。
【００７１】
｜ｇn｜＜｜ｇp｜
【００７２】
上記現象は、ｇp≒０、ｇn＝有限値で、｜ｇp｜＜｜ｇn｜の場合でも発現する。結局、ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合は、照射円偏光の偏光状態の相違（左回りか右回り）を検知することができる。
【００７３】
｜ｇx｜＜｜ｇy｜    ｇx≒０
ｇx：受光半導体のｇ因子
ｇy：他方の半導体のｇ因子
【００７４】
また、本発明素子１においては、ｐ型半導体とｎ型半導体との間に、品質の高い無添加半導体（ｉ層）を挟み、スピンの緩和（反転）を抑制する構造（ｐ−ｉ−ｎ接合構造）としてもよい。
【００７５】
また、ｉ型半導体として、ｉ型磁性半導体を用いる場合、ｇ因子は、下記式を満たすものとする。
【００７６】
｜ｇx｜＜｜ｇim｜    ｇx≒０
ｇx：受光半導体のｇ因子
ｇim：ｉ型磁性半導体のｇ因子
【００７７】
ここで、本発明素子１で用いる半導体の材料について説明する。
ｐ型半導体及びｎ型半導体は、III−Ｖ族非磁性半導体又はII−VI族非磁性半導体が好ましい。特に、III−Ｖ族非磁性半導体としては、Ａ1-xＩｎxＡｓ1-yＳｂy（Ａ：Ａｌ、Ｇａのうちのいずれか１種又は２種）が好ましく、また、II−VI族非磁性半導体としては、ＡＢ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましい。
【００７８】
また、ｉ型磁性半導体は、真性III−Ｖ族磁性半導体又は真性II−VI族磁性半導体が好ましい。特に、真性III−Ｖ族磁性半導体としては、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましい。
【００７９】
また、真性II−VI族磁性半導体としては、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ｃｄ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましい。
【００８０】
２）次に、原理２に基づく円偏光直接検知半導体素子（本発明素子２）について説明する。
【００８１】
図４（ａ）に、１光子吸収型磁性半導体における磁化に伴い分離する価電子帯及び伝導帯のエネルギー準位Ｊzの変化を示し、図５（ａ）に、２光子吸収型磁性半導体において磁化に伴い分離する価電子帯及び伝導帯のエネルギー準位Ｊzの変化を示す。
【００８２】
両図において、エネルギー準位Ｊzの変化は基本的に同じであり、光子吸収型磁性半導体に、右回り円偏光（光子σ＋）を照射すると、Ｊz＝−１／２、−３／２にある電子は、光子σ＋を吸収して、伝導帯（Ｊz＝−１／２、１／２）に励起される（図４（ａ）及び図５（ａ）中、矢印、参照）。
【００８３】
また、光子吸収型磁性半導体に、左回り円偏光（光子σ−）を照射すると、Ｊz＝１／２、３／２にある電子は、光子σ−を吸収して、伝導帯（Ｊz＝−１／２、１／２）に励起される（図４（ａ）及び図５（ａ）中、矢印、参照）。
【００８４】
そして、単色光照射により、伝導帯に励起される電子の数は異なるので、素子中に流れる電流も異なることになる。
【００８５】
ここで、受光半導体として、図４（ａ）に示すｐ型の１光子吸収型磁性半導体（例えば、ｐ−（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ）を用い、さらに、電流を増幅する機能を有するｉ型半導体（例えば、ｉ−ＧａＡｓ）、及び、受光半導体のｇ因子より小さいｇ因子を有するｎ型半導体（例えば、ｎ−ＧａＡｓ）を用いて、図４（ｂ）に示すｐ−ｉ−ｎ接合半導体素子（アバランシェ型の本発明素子２）を構成すれば、右回り円偏光照射により１光子吸収型磁性半導体の伝導帯に励起される電子により素子中に流れる電流を、電気的計測手段で測定できる程度以上に増幅することができる（図４（ｂ）中、黒丸とその数、参照）。
【００８６】
前述したように、円偏光の偏光状態（左回りか、右回りか）で、ｐ型磁性半導体（受光半導体）の伝導帯に励起される電子の数は異なるので、素子中に流れる電流は異なり、さらに、増幅された電流も異なることになる。
【００８７】
したがって、受光半導体としてｐ型の１光子吸収型磁性半導体を用いるｐ−ｉ−ｎ接合磁性半導体素子（本発明素子２）において、照射した円偏光により素子中に流れる上記増幅電流を測定することにより、照射した円偏光の偏光状態（左回りか、右回りか）を検知することができる。
【００８８】
図５の（ａ）及び（ｂ）に、受光半導体としてｐ型の２光子吸収型磁性半導体を用いた場合の本発明素子２の構成を示す。この本発明素子２の構成は、基本的には、図４に示す本発明素子２の構成と同じであるが、受光半導体が２光子吸収型磁性半導体である分、偏光に対する選択性が高いという利点を有している。
【００８９】
以上は、受光半導体としてｐ型の１光子吸収型又は２光子吸収型磁性半導体を用いて本発明素子２を構成する場合であるが、受光半導体として、ｇ因子が、他方のｐ型半導体又はｎ型半導体のｇ因子より大きい光子吸収型のｉ型磁性半導体を用いても本発明素子２を構成できる。
【００９０】
即ち、ｇ因子が下記式を満たす半導体で構成したｐ−ｎ接合又はｐ−ｉ−ｎ接合を備える本発明素子２は、照射した円偏光の偏光状態（左回りか、右回りか）に従い、異なる電流を素子中に励起する。
【００９１】
｜ｇxm｜＞｜ｇz｜
ｇxm：受光磁性半導体のｇ因子
ｇz：他方の半導体のｇ因子
【００９２】
ここで、本発明素子２で用いる半導体の材料について説明する。
ｐ型磁性半導体は、III−Ｖ族磁性半導体が好ましい。特に、III−Ｖ族磁性半導体としては、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましい。
【００９３】
また、ｉ型磁性半導体は、本発明素子１の場合と同様に、真性III−Ｖ族磁性半導体又は真性II−VI族磁性半導体が好ましい。特に、真性III−Ｖ族磁性半導体としては、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましく、また、真性II−VI族磁性半導体としては、Ａ1-xＢxＣ（Ａ：Ｃｄ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種、Ｂ：Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｃ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましい。
【００９４】
さらに、本発明素子２で用いるｐ型半導体及びｎ型半導体（いずれも受光半導体ではない）は、本発明素子１で用いるｐ型半導体及びｎ型半導体と同様に、III−Ｖ族非磁性半導体又はII−VI族非磁性半導体が好ましい。
【００９５】
特に、III−Ｖ族非磁性半導体としては、Ａ1-xＩｎxＡｓ1-yＳｂy（Ａ：Ａｌ、Ｇａのうちのいずれか１種又は２種）が好ましく、また、II−VI族非磁性半導体としては、ＡＢ（Ａ：Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇのうちのいずれか１種又は２種以上、Ｂ：Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちのいずれか１種又は２種以上）が好ましい。
【００９６】
３）次に、本発明素子１又は本発明素子２を用いて構成した本発明の円偏光検知器（本発明検知器）について説明する。
【００９７】
受光半導体がｎ型半導体又はｐ型半導体の場合、その伝導帯にゼーマン分裂を起すために外部磁場を印加する必要がある。素子に磁性半導体が含まれる場合、基本的に外部磁場は必要ないが、必要に応じ外部磁場を印加してもよい。
【００９８】
従って、本発明検知器は、（ｉ）受光半導体がｎ型半導体又はｐ型半導体の場合、磁場を印加する磁場印加手段、及び、円偏光受光時に、上記半導体素子に発現する電気的変化を物理量として測定する電気的測定手段を備え、また、（ii）受光半導体がｐ型磁性半導体又はｉ型磁性半導体の場合、必要に応じ磁場を印加する磁場印加手段、及び、受光時に発現する電流的変化を物理量として測定する電気的測定手段を備えるものである。
【実施例】
【００９９】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【０１００】
（実施例１）
（１−１）半導体素子の作製
（ｉ）成膜
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用い、基板温度５８０℃で、Ｚｎドープｐ−ＧａＡｓ基板の上に、厚さ１５ｎｍのＢｅドープｐ−（ＩｎＧａ）Ａｓ層を成膜した。このｐ−（ＩｎＧａ）Ａｓは、Ｉｎ：１５原子％、Ｇａ：３５原子％、Ａｓ：５０原子％からなり、キャリア濃度＝５×１０18ｃｍ-3で、ｇ＝−１．９である。
【０１０１】
同じく、ＭＢＥ法で、基板温度５８０℃で、上記ｐ−（ＩｎＧａ）Ａｓ層の上に、厚さ１μｍのｎ−（ＡｌＧａ）Ａｓ層を成膜した。このｎ−（ＡｌＧａ）Ａｓは、Ａｌ：６原子％、Ｇａ：４４原子％、Ａｓ：５０原子％からなり、キャリア濃度＝３×１０17ｃｍ-3で、ｇ＝０である。
【０１０２】
（ii）加工
ＭＢＥ法で作製した上記薄膜から、ホトレジスト法を用いて、図６に示すように、ｐ−ＧａＡｓ基板の上に、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層とｎ−ＡｌＧａＡｓ層からなるメサ構造のｐ−ｎ接合を作製した。
【０１０３】
ｐ−ｎ接合を載置するｐ−ＧａＡｓ基板に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層の表面（電極［４００μｍ×６００μｍ］と受光面となる）を残し、ホトレジスト法で絶縁膜１を被覆し、次いで、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層の表面に、直径約１００μｍの受光面２を残し、ｎ電極３としてＡｕ−Ｇｅ合金を蒸着した。
【０１０４】
蒸着後、上記ｐ−ＧａＡｓ基板の裏面を、ＩＣソケットの銅電極（ｐ電極）４上にＩｎでマウントし、さらに、ｎ電極３を金線でＩＣソケットの端子に接続した。
【０１０５】
（１−２）円偏光検知の確認
図７に、上記手順で作製した半導体素子が円偏光状態を区別して検知できることを確認するために構成した機器配列の一例を示す。
【０１０６】
上記半導体素子のｎ電極とｐ電極を１００ＭΩの終端抵抗Ｒの両端に接続し、円偏光照射で現われる光起電力（開放電圧ＶOC）を測定するため、終端抵抗Ｒの両端に、高周波透過フィルタ６を介してデジタルストレージオシロスコープ７（入力インピーダンス１００ＭΩ）を接続した。
【０１０７】
光起電力（開放電圧ＶO）には、円偏光の照射に依存しない起電力（２Ｖ）が含まれるので、高周波透過フィルタ６（カットオフ周波数１ＫＨz）をデジタルストレージオシロスコープ７の前に接続した。
【０１０８】
さらに、上記素子の近傍に、該素子へ、１Ｔの磁場を印加する磁場印加用永久磁石８を設置し、円偏光検知器５を構成した。
【０１０９】
半導体レーザ発振器９から、波長７９０ｎｍで偏光角０のレーザ光を発振し、該レーザ光を、偏光角０に設定したグランレーザプリズム１０に通して直線偏光とし、次に、光学遅延軸を４５°傾けた光弾性変調器１１に通し（λ／４遅延）、左回り円偏光（強度ＩL）と右回り円偏光（強度ＩR）が５０ＫＨzの周期で交互に現われるように変調した（図８（ａ）、参照）。なお、レーザ光の全強度（ＩL＋ＩR）は一定である。
【０１１０】
上記のように円偏光変調した５ｍＷのレーザ光を、磁場印加用永久磁石８により１Ｔの磁場を印加した円偏光検知器５に導入し、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層の受光面に照射した。その結果、デジタルストレージオシロスコープ７で、“peak to peak”で、±５０μＶの信号（光起電力（開放電圧ＶOC））を観測することができた（図８（ｂ）、参照）。
【０１１１】
また、磁場印加用永久磁石８の極性を逆にし、同様の測定を行った結果、光弾性変調器１１からの参照信号Ｓと位相が１８０°ずれた信号を観測することができた（図８（ｂ）、参照）。
【０１１２】
以上の観測結果から、上記手順で作製した半導体素子は、円偏光状態（左回り、右回り）の相違に敏感に感応し、その相違を明確に区別して検知できるものであることを確認できた。
【０１１３】
（実施例２）
（２−１）半導体素子の作製
（ｉ）成膜
ＭＢＥ法を用い、基板温度５８０℃で、半絶縁性ＧａＡｓ基板の上に、まず、厚さ５００ｎｍの（ＩｎＧａ）Ａｓ組成傾斜緩和層を成膜した。時間と共に、Ｉｎ供給量を“３％：１００ｎｍ”の比率で増加し、成膜層の上部ほどＩｎ量が高くなるように成膜した。最終的な膜組成は、Ｉｎ：７．５原子％、Ｇａ：４２．５原子％、Ａｓ：５０原子％で、ドーピングは行わなかった。
【０１１４】
なお、上記緩和層は、最上層のｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層に圧縮歪を加えて、ｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓに、垂直磁気異方性を付与するために形成する成膜層である。
【０１１５】
次に、同じく、ＭＢＥ法により、上記緩和層の上に、基板温度５８０℃で、厚さ５００ｎｍのｎ−（ＩｎＧａ）Ａｓ層を成膜した。このｎ−（ＩｎＧａ）Ａｓは、Ｉｎ：７．５原子％、Ｇａ：４２．５原子％、Ａｓ：５０原子％からなり、キャリア濃度は、１×１０19ｃｍ-3である。
【０１１６】
同じく、ＭＢＥ法で、基板温度５８０℃で、ｎ−（ＩｎＧａ）Ａｓ層の上に、厚さ２μｍのｉ−（ＩｎＧａ）Ａｓ層を成膜した。このｉ−（ＩｎＧａ）Ａｓは、Ｉｎ：７．５原子％、Ｇａ：４２．５原子％、Ａｓ：５０原子％からなり、ドーピングは行わなかった。
【０１１７】
最後に、ＭＢＥ法により、基板温度２５０℃で、ｉ−（ＩｎＧａ）Ａｓ層の上に、厚さ５００ｎｍのｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層を成膜した。このｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓは、Ｇａ：４７．５原子％、Ｍｎ：２．５原子％、Ａｓ：５０原子％からなり、キャリア濃度は、３×１０20ｃｍ-3で、キュリー温度は１００Ｋであった。
【０１１８】
また、磁化が飽和している状態において、右回り円偏光と左回り円偏光に対する光学的吸収端のエネルギー差は１５０ｍｅＶであった。
【０１１９】
（ii）加工
ＭＢＥ法で作製した上記薄膜から、ホトレジスト法を用いて、図９に示すように、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層の上に、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層とｐ−ＧａＭｎＡｓ層からなるメサ構造を形成し、ｐ−ｉ−ｎ接合半導体素子を作製した。
【０１２０】
ｎ−ＩｎＧａＡｓ層に、電極面（ｎ電極を形成する）と、ｐ−ＧａＭｎＡｓ層の表面（電極［４００μｍ×６００μｍ］と受光面となる）を残し、ホトレジスト法で絶縁膜（ガラス）１を被覆する。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層上の電極面に、ｎ電極３としてＩｎを蒸着し、また、ｐ−ＧａＭｎＡｓ層の表面には、直径約１００μｍの受光面２を残し、ｐ電極４として、同じくＩｎを蒸着した。
【０１２１】
蒸着後、完成したｐ−ｉ−ｎ接合半導体素子を、ＩＣソケット上にＩｎでマウントし、ｎ電極３及びｐ電極４を金線でＩＣソケットの端子に接続した。
【０１２２】
ｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層は自発磁化を有するので、上記半導体素子は磁場を印加しないで使用する。
【０１２３】
（２−２）円偏光検知の確認Ｉ
図１０に、上記手順で作製した半導体素子が円偏光状態を区別して検知できることを確認するために構成した機器配列の例を示す。
【０１２４】
上記半導体素子のｎ電極とｐ電極を１ＫΩの終端抵抗Ｒの両端に接続し、ｐ電極と終端抵抗Ｒの間には、５Ｖの逆バイアス電圧を印加する電源を接続し、円偏光照射で現われる光起電力（開放電圧ＶOC）を測定するため、終端抵抗Ｒの両端にデジタルストレージオシロスコープ７（入力インピーダンス１００ＭΩ）を接続した。
【０１２５】
上記素子の受光面を構成する（ＧａＭｎ）Ａｓのキュリー温度は１００Ｋであるので、上記素子を内蔵した円偏光検知器５を、冷凍機（図示なし）で５０Ｋに冷却した。なお、測定前に、ｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層の受光面がＮ極となるように、電磁石で、ｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層を着磁した。
【０１２６】
半導体レーザ発振器９から、波長８７０ｎｍで偏光角０のレーザ光を発振し、該レーザ光を、偏光角０に設定したグランレーザプリズム１０に通して直線偏光とし、次に、光学遅延軸を４５°傾けた光弾性変調器１１に通し（λ／４遅延）、左回り円偏光（強度ＩL）と右回り円偏光（強度ＩR）が５０ＫＨzの周期で交互に現われるように変調した（図８（ａ）、参照）。なお、レーザ光の全強度（ＩL＋ＩR）は一定である。
【０１２７】
上記のように円偏光変調した５ｍＶのレーザ光を、円偏光検知器５に導入し、ｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層の受光面に照射した。その結果、デジタルストレージオシロスコープ７で、“peak to peak”で、３０ｍＶの信号（出力電圧ＶO）を観測することができた（図８（ｃ）、参照）。
【０１２８】
また、（ＧａＭｎ）Ａｓの磁化方向を逆にし、同様の測定を行った結果、光弾性変調器１１からの参照信号Ｓと位相が１８０°ずれた信号（出力電圧ＶO）を観測することができた。
【０１２９】
以上の観測結果から、上記手順で作製した半導体素子は、円偏光状態（左回り、右回り）の相違に敏感に感応し、その相違を明確に区別して検知できるものであることを確認できた。
【０１３０】
（２−３）円偏光検知の確認II
上記手順で作製した半導体素子に対し、２光子吸収で、円偏光状態をより明確に区別して検知できることを確認した。
【０１３１】
図１１に、上記半導体素子が円偏光状態を区別して検知できることを確認するために構成した機器配列の例を示すが、半導体レーザ発振器９の代りに、発振波長１．７６ｕｍ、偏光角０のレーザ光を発生するチタンサファイアレーザ装置とパラメトリック光発振器を組み合せた光学システム機器９”を用いた以外は、図１０に示す機器配列例と同じである。
【０１３２】
また、観測手順及び操作も、図１０に示す機器配列例で行った観測手順及び操作と同じである。
【０１３３】
上記のように円偏光変調した５ｍＶのレーザ光を、円偏光検知器５に導入し、ｐ−（ＧａＭｎ）Ａｓ層の受光面に照射した。その結果、デジタルストレージオシロスコープ７で、“peak to peak”で、３０ｍＶの信号（出力電圧ＶO）を観測することができた（図８（ｃ）、参照）。
【０１３４】
また、（ＧａＭｎ）Ａｓの磁化方向を逆にし、同様の測定を行った結果、光弾性変調器１１からの参照信号Ｓと位相が１８０°ずれた信号（出力電圧ＶO）を観測することができた。
【０１３５】
以上の観測結果から、上記手順で作製した半導体素子は、円偏光状態（左回り、右回り）の相違に敏感に感応し、その相違をより明確に区別して検知できるものであることを確認できた。
【０１３６】
（実施例３）
実施例１の円偏光検知器５を用いて、鉄筋コンクリートビルの側壁に這わせた単一モードファイバーが伸び縮みする際に生じる円二色性を検出し、上記ビルの固有振動数を測定した。図１２に、上記測定のための測定系統を示す。
【０１３７】
光強度変調機能付き半導体レーザ発振器９’から、周波数５０ＫＨzに変調した波長７９０ｎｍのレーザ光（図１４（ａ）、参照）を発振し、該レーザ光を、光ファイバーカプラ−（図示なし）を経て単一モードファイバーに導入し、位相補償器１２を通した後、高さ約４０ｍの１０階建て鉄筋コンクリートビル１６（固有振動数０．９Ｈz）の側壁に密着させて配置した長さ１２０ｍの単一モードファイバー１５に導入した。
【０１３８】
単一モードファイバー１５を通過したレーザ光は、コリメートレンズ１３で平行光にされ、円偏光検知器５に導入された。
【０１３９】
コリメートレンズ１３から円偏光検知器５に導入されるレーザ光の偏光を直線偏光となるように位相補償器１２を用いて調整した後、レーザ光照射で誘起される信号を、実施例１と同様に、１００ＭΩの終端抵抗Ｒに生じる光起電力（開放電圧ＶOC）として取り出し、レーザ光の周波数と同期させたロックイン増幅器１４にて観測した。
【０１４０】
その結果、１．１１秒周期（０．９Ｈz）で振幅１ｍＶの振動を検出することができた（図１４（ｃ）、暗礁）。即ち、円偏光検知器５が、上記１０階建て鉄筋コンクリートビル１６の固有振動数０．９Ｈzを正確に検知した。
【０１４１】
（実施例４）
二つの円偏光検知器を用いて、Ｌ−グルタミン酸の円二色性を測定した。図１３に、該測定のための測定系統を示す。
【０１４２】
光強度変調機能付き半導体レーザ発振器９’から、周波数１ＫＨzに変調した波長７９０ｎｍ、偏光角０のレーザ光（図１４（ｂ）、参照）を発振し、該レーザ光を、偏光角０に設定したグランレーザプリズム１０を通して直線偏光とした。
【０１４３】
グランレーザプリズム１０を通過したレーザ光が、２つの円偏光検知器５ａ、５ｂに均等に照射されるように、そのビーム径を、ビームエクスパンダー１７にて直径５ｍｍまで拡大した。この拡大したレーザ光を、被測定試料のＬ−グルタミン酸水溶液１８に照射した。
【０１４４】
Ｌ−グルタミン酸は、光学的異性体で、左回り円偏光を選択的に強く吸収する。被測定試料のＬ−グルタミン酸水溶液１８は、１００ｍdegの円二色性を示すことが、別の測定にて解かっている。
【０１４５】
二つの円偏光検知器５ａ、５ｂのｎ電極とｐ電極は、１００ＭΩの終端抵抗Ｒに接続されている。円偏光検知器５ａには、磁場印加用永久磁石８で＋１Ｔの磁場を印加し、円偏光検知器５ｂには、磁場印加用永久磁石８で−１Ｔの磁場を印加した。
【０１４６】
被測定試料を通過したレーザ光を円偏光検知器５ａ、５ｂに導入し、終端抵抗Ｒの両端に現われる光起電力(開放電圧ＶOC)の差を差動増幅器１９で増幅し、該増幅信号を、レーザ光の周波数と同期させたロックイン増幅器１４に出力した。
【０１４７】
差動増幅器１９の出力は、下記のように表される。
【０１４８】
Ｖ＝（Ｖa−Ｖb）×（β−α）×１００
α及びβは、それぞれ、右回り円偏光及び左回り円偏光に対する被測定試料の吸光度、（Ｖa−Ｖb）は、右回り円偏光と左回り円偏光によって誘起される光起電力(開放電圧ＶOC)の差である。本実施例で用いた円偏光検知器では、
（Ｖa−Ｖb）＝１００μＶ
である。
【０１４９】
差動増幅器の出力と円二色性ＣＤとの間には、下記の関係が成り立っている。
【０１５０】
ＣＤ［deg］＝ｔａｎ-1［Ｖ／｛（Ｖa−Ｖb）×１００｝］
差動増幅器１９からの増幅信号を入力したロックイン増幅器１４から、３．５Ｖの出力を得た。これは、差動増幅器１９の増幅出力信号Ｖ＝１７．５μＶに対応する。
【０１５１】
パーソナルコンピュータ２０で、被測定試料の円二色性を計算すると、約１００ｍdegとなり、この値は、別の測定で確認している円二色性と一致する。即ち、二つの円偏光検知器５ａ、５ｂを用いることにより、光学異性の円二色性を高精度で測定できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
前述したように、本発明によれば、半導体素子が偏光状態（左回りか、右回りか）の相違に敏感に感応して、該相違を、直接、物理量（電流、電圧）に変換して、偏光状態を検知することができるので、円偏光状態を明確に区別して高精度で検知することができる。
【０１５３】
また、本発明によれば、従来必要としていた偏光変調素子や光電変換機器等の周辺機器を必要としないので、円偏光検知機器を必要とする分析装置や光通信システムを小型化、簡略化、そして高速化することができる。
【０１５４】
したがって、本発明は、光学技術産業や光通信産業において、利用可能性の大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】ｐ型基板上に積層したｐ型半導体（ｇ因子が有限）の層上に、磁場を印加しても伝導帯が分裂しないｎ型半導体（ｇ因子≒０）の層を形成して作製したｐ−ｎ接合半導体素子の原理と構成を示す図である。
【図２】本発明半導体素子の典型的な電流−電圧特性を示す図である。
【図３】円偏光状態（左回りか、右回りか）の相違による開放電圧Ｖ0の相違を示す図である。
【図４】１光子吸収型磁性半導体を用いる本発明素子の原理と構成を示す図である。（ａ）は、磁化に伴い分離する価電子帯及び伝導帯のエネルギー準位Ｊzの変化を示す図であり。（ｂ）は、ｐ−ｉ−ｎ接合半導体素子（アバランシェ型の本発明素子）の構成を示す図である。
【図５】２光子吸収型磁性半導体を用いる本発明素子の原理と構成を示す図である。（ａ）は、磁化に伴い分離する価電子帯及び伝導帯のエネルギー準位Ｊzの変化を示す図であり、（ｂ）は、ｐ−ｉ−ｎ接合半導体素子（アバランシェ型の本発明素子）の構成を示す図である。
【図６】本発明の円偏光直接検知半導体素子の一態様を示す図である。
【図７】本発明の半導体素子が円偏光状態を区別して検知できることを確認するために構成した機器配列の一例を示す図である。
【図８】円偏光変調したレーザ光の偏光度を示す図（（ａ））と、測定信号の波形を示す図（（ｂ）と（ｃ））である。
【図９】本発明の円偏光直接検知半導体素子の別の態様を示す図である。
【図１０】本発明の半導体素子が円偏光状態を区別して検知できることを確認するために構成した機器配列の別の例を示す図である。
【図１１】本発明の半導体素子が円偏光状態を区別して検知できることを確認するために構成した機器配列の別の例を示す図である。
【図１２】本発明の応用測定例を示す図である。
【図１３】本発明の別の応用測定例を示す図である。
【図１４】強度変調したレーザ光の波形を示す図（（ａ）と（ｂ））と、測定信号の波形を示す図（（ｃ））である。
【符号の説明】
【０１５６】
１…絶縁膜
２…受光面
３…ｎ電極
４…銅電極（ｐ電極）
５、５ａ、５ｂ…円偏光検知器
６…高周波透過フィルタ
７…デジタルストレージオシロスコープ
８…磁場印加用永久磁石
９…半導体レーザ発振器
９’…光強度変調機能付き半導体レーザ発振器
９”…チタンサファイアレーザ装置とパラメトリック光発振器を組み合せた光学システム機器
１０…グランレーザプリズム
１１…光弾性変調器
１２…位相補償器
１３…コリメートレンズ
１４…ロックイン増幅器
１５…単一モードファイバー
１６…１０階建て鉄筋コンクリートビル
１７…ビームエクスパンダー
１８…Ｌ−グルタミン酸水溶液
１９…差動増幅器
２０…パーソナルコンピュータ
ＩL…左回り円偏光の強度
ＩR…右回り円偏光の強度
Ｒ…終端抵抗
Ｓ…参照信号
ＶOC…開放電圧
【図１】
2005345391.tif 000003
【図２】
2005345391.tif 000004
【図３】
2005345391.tif 000005
【図４】
2005345391.tif 000006
【図５】
2005345391.tif 000007
【図６】
2005345391.tif 000008
【図７】
2005345391.tif 000009
【図８】
2005345391.tif 000010
【図９】
2005345391.tif 000011
【図１０】
2005345391.tif 000012
【図１１】
2005345391.tif 000013
【図１２】
2005345391.tif 000014
【図１３】
2005345391.tif 000015
【図１４】
2005345391.tif 000016