CN102439662A - 光学存储器件及利用该器件记录/再现信息的方法 - Google Patents

光学存储器件及利用该器件记录/再现信息的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102439662A
CN102439662A CN2010800225611A CN201080022561A CN102439662A CN 102439662 A CN102439662 A CN 102439662A CN 2010800225611 A CN2010800225611 A CN 2010800225611A CN 201080022561 A CN201080022561 A CN 201080022561A CN 102439662 A CN102439662 A CN 102439662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
optical memory
memory device
barrier layer
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010800225611A
Other languages
English (en)
Inventor
裴在喆
金朱镐
李镇京
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN102439662A publication Critical patent/CN102439662A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/002—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by perturbation of the physical or electrical structure
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/04—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/04—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam
    • G11C13/047—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam using electro-optical elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/04—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam
    • G11C13/06—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam using magneto-optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
    • G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier

Abstract

本发明提供一种光学存储器件和一种利用光学存储器件记录信息/再现信息的方法。光学存储器件包括：基底；第一势垒层，形成在基底上；量子阱层；第二势垒层；量子点层；第三势垒层。量子阱层的能带隙比量子点层的能带隙宽，第二势垒层的能带隙比量子阱层的能带隙宽，从而因一定波长的光而在量子点层中产生的激子中的电子被量子阱层捕获，以记录信息，然后，可以通过将一定波长的光照射到光学存储器件来擦除或再现记录的信息。

Description

光学存储器件及利用该器件记录/再现信息的方法
技术领域
本发明涉及一种光学存储器件以及一种利用该光学存储器件记录/再现信息的方法，更具体地说，涉及一种利用量子点的光学特性来记录/再现信息的装置和方法。
背景技术
由于信息通信技术的快速的发展，网络的传输容量或信息量极大地增加。利用光纤来实现在网络上的高速和大容量的传输，然而，为了处理信息，在网络的节点处将光信号转换成电信号。
由于光信号被转换成电信号，所以在网络上的通信速率受到限制。因此，需要在不将光信号转换成电信号的情况下可处理信息的光信息处理技术。
光学存储器件(即，可利用光来记录/再现信息的存储器)在光信息处理技术领域是重要的。已经提出了各种类型的光学存储器件，然而，还没有提出可取代传统存储器的具有记录/再现性质的结构的光学存储器。
发明内容
技术问题
本发明提供一种可以通过使用量子点作为记录介质来重复地记录/再现信息的光学存储器件。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种光学存储器件，所述光学存储器件包括：基底；第一势垒层，形成在基底上；量子阱层，形成在第一势垒层上，量子阱层的能带隙比第一势垒层的能带隙窄；第二势垒层，形成在量子阱层上，第二势垒层的能带隙比量子阱层的能带隙宽且比第一势垒层的能带隙窄；包括多个量子点的量子点层，形成在第二势垒层上，并具有比量子阱层的能带隙窄的能带隙；第三势垒层，形成在量子点层上，并具有比第二势垒层的能带隙宽的能带隙。
第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差可比量子点层的能带隙小。
第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差可小于第三势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差。
光学存储器件还可包括光源，所述光源在记录信息的操作、擦除记录的信息的操作和再现记录的信息的操作中照射不同波长的光。
在信息的记录操作中，光源可同时地照射第一光和第二光，所述第一光的能量等于或者大于量子点层的能带隙，所述第二光的能量大于第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差。第一光的能量可小于量子阱层的能带隙。第二光的能量可小于量子点层的能带隙。
在信息的记录操作中，光源可照射能量等于或者大于第二势垒层的导带和量子点层的导带之间的差与量子点层的能带隙的总和的第一光。第一光的能量可小于量子阱层的能带隙。
在信息的擦除中，光源可照射能量等于或者大于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第三光。第三光的能量可小于第一势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差。
在信息的再现中，光源可照射能量小于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第四光。
光学存储器件还可包括光电检测器，在照射第四光时，所述光电检测器检测能量低于第四光的能量的发射出的光。
光学存储器件还可包括光电检测器，当从光源照射第四光时，所述光电检测器检测透射的第四光。
光学存储器件还可包括电压源，所述电压源在第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、量子点层和第三势垒层之间的产生电势差。光学存储器件还可包括设置在第三势垒层上的上电极，以电连接到所述电压源。基底可由导电材料形成并电连接到电压源。
在信息的记录中，所述电压源可施加反向偏置电压，该反向偏置电压使得量子阱层的电势高于量子点层的电势。
在信息的擦除中，电压源可施加正向偏置电压，该正向偏置电压使得量子阱层的电势低于量子点层的电势。
第一势垒层、第二势垒层、第三势垒层、量子阱层和量子点层可由GaAs类的化合物半导体形成。
光学存储器件还可包括覆盖层，所述覆盖层形成在第三势垒层上。
根据本发明的另一方面，提供一种将信息记录在光学存储器件中/从光学存储器件再现信息的方法，所述光学存储器件包括：基底；第一势垒层，形成在基底上；量子阱层，形成在第一势垒层上，并具有比第一势垒层的能带隙窄的能带隙；第二势垒层，形成在量子阱层上，并具有比量子阱层的能带隙宽且比第一势垒层的能带隙窄的能带隙；量子点层，包括形成在第二势垒层上的多个量子点，并具有比量子阱层的能带隙窄的能带隙；第三势垒层，形成在量子点层上，并具有比第二势垒层的能带隙宽的能带隙，所述方法包括在记录信息的操作、擦除记录的信息的操作和再现记录的信息的操作中照射不同波长的光。
在信息的记录中，可以将第一光和第二光照射到光学存储器件，所述第一光的能量等于或者大于量子点层的能带隙，第二光的能量大于第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差。
第一光的能量可小于量子阱层的能带隙。第二光的能量可小于量子点层的能带隙。
在信息的记录中，可以将能量等于或者大于第二势垒层的导带和量子点层的导带之间的差与量子点层的能带隙之和的第一光照射到光学存储器件。第一光的能量可小于量子阱层的能带隙。
在信息的擦除中，可以将能量等于或者大于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第三光照射到光学存储器件。第三光的能量可小于第一势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差。
在信息的再现中，可以将能量小于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第四光照射到光学存储器件。
当照射第四光时，可检测能量低于所述第四光的能量的发射的第四光。
当照射第四光时，可检测透射通过光学存储器件的第四光。
可以在第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、量子点层和第三势垒层之间可产生电势差。
在信息的记录中，可以将使得量子阱层的电势高于量子点层的电势的反向偏置电压施加到光学存储器件。在信息的擦除中，可以将正向偏置电压施加到光学存储器件，所述正向偏置电压使得量子阱层的电势低于量子点层的电势。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的实施例的光学存储器件的剖视图；
图2是示出图1的光学存储器件在非记录状态下的能带的示图；
图3是示出图1的光学存储器件在记录状态下的能带的示图；
图4是在记录状态下工作的图1的光学存储器件能带的示图；
图5是示出图1的光学存储器件在记录操作中的能带的示图；
图6是示出图1的光学存储器件在擦除操作中的能带的示图；
图7是示出图1的光学存储器件100在再现操作中的能带的示图；
图8是根据本发明的另一实施例的光学存储器件的剖视图；
图9是示出图8的光学存储器件的记录操作的示图；
图10是示出图8的光学存储器件在记录操作中的能带的示图；
图11是根据本发明的另一实施例的光学存储器件的剖视图；
图12是示出图11的光学存储器件在记录操作中的能带的示图；
图13是示出图11的光学存储器件在擦除操作中的能带的示图。
具体实施方式
现在将参照附图来更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为局限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例以使本公开将是彻底和完全的，并将把本发明的构思充分地传递给本领域普通技术人员。在附图中，出于清楚起见，层和区域的厚度被夸大。在附图中，相同的标号表示相同的元件，因此将省略对它们的详细描述。
图1是根据本发明的实施例的光学存储器件100的剖视图，图2和图3分别是示出图1的光学存储器件100在非记录状态下和在记录状态下的能带的示图。
参照图1，本实施例的光学存储器件100包括基底110以及顺序地堆叠在基底110上的第一势垒层120、量子阱层130、第二势垒层140、量子点层150、第三势垒层160以及覆盖层170。另外，本实施例的光学存储器件100还可包括：光源180，照射用于记录/再现的光；光电检测器190，检测反射的光。光学存储器件100可具有单元阵列，每个单元具有记录在其上的单位信息，在这种情况下，每个单元可被理解为形成在基底110上的第一势垒层120、第二势垒层140、第三势垒层160、量子阱层130和量子点层150的堆叠结构。
基底110用作光学存储器件100的地，并且可由诸如GaAs的化合物半导体形成。
第一势垒层120、第二势垒层140、第三势垒层160防止电子(参照图4的200)由于热能而从量子阱层130或者量子点层150释放出来。第一势垒层120可以由能带隙等于或者宽于基底110的能带隙的材料形成。第一势垒层120或者其它层的材料可以根据从光源180照射的光的波段而改变。例如，第一势垒层120可以由诸如GaAs或AlGaAs的化合物半导体形成。第二势垒层140可以由能带隙窄于第一势垒层120的能带隙且宽于量子阱层130的能带隙的材料形成。例如，第二势垒层140可以由诸如GaAs的化合物半导体形成。第三势垒层160可以由能带隙宽于第二势垒层140的能带隙且宽于量子点层150的能带隙的材料形成。例如，第三势垒层160可以由诸如GaAs或AlGaAs的化合物半导体形成。第一势垒层120、第二势垒层140和第三势垒层160可以被形成为具有大约10nm到大约20nm的厚度。
量子阱层130阻挡表现光学存储装置100的记录状态的电子，这将在随后描述。量子阱层130可以由诸如InGaAs的化合物半导体形成，并且可以被形成为具有大约10nm到大约20nm的厚度。
多个量子点被布置在量子点层150中。通过光源180照射的光，量子点在光学存储器件100的记录模式下产生电子。量子点可以通过利用诸如分子束外延的设备来形成。例如，量子点可以由InGaAs形成，各个量子点可具有大约10nm到大约30nm的宽度并具有大约2nm到大约5nm的高度。量子点可以利用自组装方法以规则的二维布置的结构形成。
覆盖层170保护下面的层，并且可由透射光的材料形成。
参照图2和图3，第一势垒层120、第二势垒层140、第三势垒层160、量子阱层130和量子点层150的能带隙可以满足下面的不等式1和不等式2。
EGB1，EGB3＞EGB2＞EGQW＞EGQD----------------------------(1)
EGQD＞ECB2-ECQD＞EGB3-ECQW---------------------------(2)
在不等式1和不等式2中，EGB1表示第一势垒层120的能带隙，EGB2表示第二势垒层140的能带隙，EGB3表示第三势垒层160的能带隙。EGQW表示量子阱层130的能带隙，EGQD表示量子点层150的能带隙。ECB2表示第二势垒层140的导带，ECB3表示第三势垒层160的导带。另外，ECQD表示量子点层150的导带，ECQW表示量子阱层130的导带。
在记录信息的模式下、擦除记录的信息的模式下以及再现记录的信息的方法中，光源180照射不同波长的光。随后将描述在记录、擦除和再现操作中照射的光的不同波长。光源180可包括例如至少一个激光二极管。在本实施例的光学存储器件100中，可以不单独地形成光源180，可以通过光纤从外部直接传输光。在光学存储器件100中，光源180包括光通过光纤被输入到光学存储器件100中的情形。
光电检测器190设置在光学存储器件100中，以检测在再现信息时发射的预定波长的光。还可以在基底110的下部或上部设置反射层(未示出)，以将在信息再现操作期间发射的光反射到光电检测器190。如果有必要的话，则光电检测器190可以设置在光学存储器件100下方，以检测透射的光。光电检测器190可具有光电二极管或者光电晶体管被设置在每个单元上的结构。在本实施例的光学存储器件100中，光电检测器190可以不形成为另外的器件，代替地，光可以通过光纤被发射到外部。本实施例的光电检测器190可包括光通过光纤直接被输出的情形。
第一势垒层120、第二势垒层140、第三势垒层160、量子阱层130和量子点层150被分成单元单位，因此，可以通过单元单位记录/再现信息。在这种情况下，可以布置多个光源180和多个光电检测器190，以同时或者顺序地处理多个单元中的信息。光源180和光电检测器190可以经由光纤光学地连接到单元，或者可以直接设置在覆盖层170上。
另外，将参照图2到图7来描述本实施例的光学存储器件100的记录信息的操作，擦除信息的操作和再现信息的操作。
下面将描述光学存储器件100的记录操作。
图2示出在量子阱层130中没有电子的非记录状态下的光学存储器件100，图3示出在电子200位于量子阱层130中的记录状态下的光学存储器件100。另外，图4是图1的光学存储器件在记录模式下工作的剖视图，图5是示出图1的光学存储器件100在记录操作中的能带的示图。
如图2中所示，在光学存储器件100的非记录状态中，在量子阱层130中没有捕获电子。在非记录状态下，第一光L1和第二光L2照射到光学存储器件100上。为此，光源180可包括至少两个光源元件，即，第一光源元件180a和第二光源元件180b(参见图4)。第一光L1可具有满足下面的式3的能量EW1：
EGQW＞EW1＝hν1≥EGQD ----------------------------(3)
其中，h表示普朗克常数，ν1表示第一光L1的频率。第一光L1的频率ν1可通过式3来确定。照射的第一光L1在量子点层150中形成作为电子空穴对的激子。另外，由于受激电子200的能带隙等于或者大于量子点层150的能带隙EGQD，所以电子200相应地从价带跃迁到导带。另一方面，照射的第一光L1的能量EW1小于量子阱层130的能带隙EGQW，因此，在量子阱层130中不产生激子，而是仅仅在量子点层150中产生激子。
与第一光L1一起照射的第二光L2具有满足下面的式4的能量EW2：
EGQD＞EW2＝hν2＞ECB2-ECQD----------------------------(4)
第二光L2的频率ν2可以通过式4来确定。照射的第二光L2将能量EW2施加到处于量子点层150的导带中的电子200，从而电子200可跃迁过第二势垒层140的能量势垒，以运动到量子阱层130。获得了能量EW1和EW2的电子200中的一些电子被量子阱层130捕获，以将光学存储器件100的相应的单元的状态改变至记录状态。
另一方面，照射的第二光L2的能量EW2小于量子点层150的能带隙EGQD，因此，处于量子点层150的价带的电子200不跃迁至导带。
如上所述，当同时照射具有能量EW1的第一光L1和具有能量EW2的第二光L2时，光学存储器件100从非记录状态被改变至记录状态。本实施例的光学存储器件100可具有第一势垒层120、第二势垒层140、第三势垒层160、量子阱层130和量子点层150被分成多个单元的结构，可通过单元单位记录信息或者可不通过单元单位记录信息。非记录状态和记录状态可分别对应于0和1。
接下来，将在下面描述在光学存储器件100中擦除记录的信息的操作。
图6是示出图1的光学存储器件100在擦除操作中的能带的示图。
如图3中所示，在处于记录状态的光学存储器件100中，电子200被捕获在量子阱层130中。在记录状态下，第三光L3被照射到光学存储器件100。第三光L3具有满足下面的式5的能量EW3：
ECB1-ECQW＞EW3＝hν3≥ECB2-ECQW ----------------------(5)
第三光L3的频率ν3可通过式5来确定。照射的第三光L3将能量EW3施加到在量子阱层130中捕获的电子200，从而电子可跃迁过第二势垒层140的能量势垒并运动至量子点层150。运动至量子点层150的电子200与量子点层150中的空穴复合，以发射光。如上所述，当照射具有能量EW3的第三光L3时，光学存储器件100可从记录状态被改变至非记录状态。因此，通过擦除在光学存储器件100中记录的信息，新的信息可被重新记录在光学存储器件100中。
接下来，将描述在本实施例的光学存储器件100中再现信息的操作。
图7是示出图1的光学存储器件100在再现操作中的能带的示图。
如图3中所示，在光学存储器件100的记录状态中，电子200在量子阱层130中被捕获。在记录状态下，第四光L4被照射到光学存储器件100上。第四光L4具有满足下面的式6的能量EW4：
ECB2-ECQW＞EW4＝hν4----------------------------(6)
第四光L4的频率ν4可以通过式6来确定。照射的第四光L4将能量EW4施加到在量子阱层130中捕获的电子200，以激发被捕获的电子200。
由于第四光L4的能量EW4不足以使电子200跃迁过第二势垒层140的能量势垒，所以受激电子200保持被捕获在量子阱层130中。受激电子200的高能量转变为低能量，并发射光Lr。由于量子阱层130的势通常被形成为具有阶梯的形状，所以发射的光Lr的能量小于第四光L4的能量EW4。即，发射的光Lr的频率小于第四光L4的频率ν4。当在量子阱层130的导带中没有电子200时，第四光L4在不损失能量的情况下透射通过量子阱层130。因此，光电检测器190(参见图1)可以通过检测频率低于第四光L4的频率ν4的光Lr来确定被第四光L4照射的光学存储器件100是否处于记录状态。即，当光电检测器190检测到频率低于第四光L4的频率ν4的光Lr时，光学存储器件100处于记录状态。另一方面，当光电检测器190没有检测到频率低于第四光L4的频率ν4的光Lr时，光学存储器件100处于非记录状态。
受激电子200可以在不转变至低能量状态的情况下通过热相互作用执行无辐射弛豫，以根据量子阱层130的能带和第四光L4的能量EW4的幅值而发射光Lr。在这种情况下，在量子阱层130中捕获的电子200在不发射光的情况下吸收第四光L4的能量，光电检测器190检测的第四光L4的强度减小。如果在量子阱层130中的电子不处于导带中，则第四光L4透射通过量子阱层130而不损失能量。因此，光电检测器190可被设置在光学存储器件100之下，以利用透射的第四光L4的强度的改变来确定光学存储器件100处于记录状态还是处于非记录状态。即，当第四光L4在透射通过量子阱层130之后的强度与照射的第四光L4在透射通过量子阱层130之前的强度基本相同时，光学存储器件100处于非记录状态。另一方面，如果第四光L4在透射量子阱层130之后的强度低于被照射的第四光L4的强度，则光学存储器件100处于记录状态。
在上面的再现操作中，由于在量子阱层130中捕获的电子200保持在量子阱层130中，所以可以保持光学存储器件100的记录状态。
图8是根据本发明的另一实施例的光学存储器件101的剖视图，图9示出图8的光学存储器件101的记录操作，图10是示出图8的光学存储器件101在记录操作中的能带的示图。
参照图8，本实施例的光学存储器件101包括顺序地堆叠在基底110上的第一势垒层120、量子阱层130、第二势垒层140、量子点层150、第三势垒层160和覆盖层170。此外，本实施例的光学存储器件101还可包括：光源181，照射用于记录/再现操作的光；光电检测器190，检测反射的光。
在光学存储器件101中，除了光源181之外的元件与参照图1到图7描述的光学存储器件100的那些元件相同，因此不提供对所述元件的详细描述。
光源181在记录操作中照射第一光L1′。第一光L1′具有满足下面的式7的能量EW1′。
EGQW＞EW1′＝hν1′≥EGQD+(ECB2-ECQD)-----------------------(7)
第一光L1′的频率ν1′可通过式7来确定。被加到量子点层150的禁带宽度EGQD的照射的第一光L1′的能量EW1′等于或者大于第二势垒层140的能量势垒ECB2-ECQD。因此，照射的第一光L1′在量子点层150中形成作为电子空穴对的激子，同时，照射的第一光L1′可使得受激电子200直接从量子点层150的价带跃迁过第二势垒层140，直至量子阱层130的导带。如上所述，具有能量EW1′的电子中的至少一些电子被量子阱层130捕获，以将光学存储器件101中的相应单元的状态改变成记录状态。
本实施例的光学存储器件101的擦除记录的信息和再现记录的信息的操作与前面的实施例的光学存储器件100的擦除记录的信息和再现记录的信息的操作相同，因此，不提供对所述操作的详细的描述。
图11是根据本发明另一实施例的光学存储器件102的剖视图，图12和图13是分别示出图11的光学存储器件102的记录操作和擦除操作的能带的示图。
参照图11，本实施例的光学存储器件102包括顺序地堆叠在基底112上的第一势垒层120、量子阱层130、第二势垒层140、量子点层150、第三势垒层160和覆盖层170。此外，上电极220形成在覆盖层170的一部分上，电压源210电连接到上电极220和基底112。本实施例的光学存储器件102还可包括：光源181，照射用于记录/再现信息的光；光电检测器190，检测反射的光。基底112可以由导电材料形成。下电极(未示出)可以设置在基底112与第一势垒层120之间，电压源210可以连接到下电极而非基底112。光学存储器件102可包括其中记录有单位信息的排列的单元，在这种情况下，电线可具有这样的结构，在所述结构中，电压源210被独立地施加到与形成于基底112上的第一势垒层120、第二势垒层140、第三势垒层160、量子阱层130和量子点层150对应的各个单元。
在本实施例的光学存储器件102中，除了电布线结构之外的元件与参照图8到图10描述的光学存储器件101的元件基本相同，因此，将不提供对所述元件的详细描述。
根据本实施例的光学存储器件102的电布线结构，在第一势垒层120、量子阱层130、第二势垒层140、量子点层150、第三势垒层160之间存在电势差，以有效地控制受激激子200的运动。
图12是示出光学存储器件102在记录操作中的能带的示图。参照图12，当在光学存储器件102中执行记录操作时，照射第一光L1′，同时，将反向偏置电压施加到光学存储器件102，其中，第一光L1′具有满足式7的能量。反向偏置电压使得量子阱层130的电势高于量子点层150的电势，通过量子点层150中的第一光L1′而成对产生和激发的电子200因反向偏置电压而电性受迫，以从量子点层150运动到量子阱层130。因此，量子点层150中的受激电子200可以被量子阱层130有效地捕获，光学存储器件102处于记录状态。
图13是示出本实施例的光学存储器件102的擦除操作中的能带的示图。参照图13，当在本实施例的光学存储器件102中擦除所记录的信息时，照射第三光L3，同时，将正向偏置电压施加到光学存储器件102，其中，第三光L3具有满足式5的能量。正向偏置电压使得量子阱层130的电势低于量子点层150的电势，因此，在量子阱层130中由于第三光L3而激发的电子200电性受迫，以运动到量子点层150。因此，在量子阱层130中的受激电子200可以与在量子点层150中的空穴有效地复合，因此，光学存储器件102返回到初始状态，即，非记录状态。
在光学存储器件102中的再现信息的操作与图7中示出的光学存储器件100的再现信息的操作基本相同，因此，不提供对再现操作的详细描述。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应当理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (35)

1.一种光学存储器件，包括：
基底；
第一势垒层，形成在基底上；
量子阱层，形成在第一势垒层上，并具有比第一势垒层的能带隙窄的能带隙；
第二势垒层，形成在量子阱层上，并具有比量子阱层的能带隙宽且比第一势垒层的能带隙窄的能带隙；
量子点层，包括多个量子点，量子点层形成在第二势垒层上，并具有比量子阱层的能带隙窄的能带隙；
第三势垒层，形成在量子点层上，并具有比第二势垒层的能带隙宽的能带隙。
2.根据权利要求1所述的光学存储器件，其中，第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差比量子点层的能带隙小。
3.根据权利要求2所述的光学存储器件，其中，第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差小于第三势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的光学存储器件，所述光学存储器件还包括光源，所述光源在记录信息的操作、擦除记录的信息的操作和再现记录的信息的操作中照射不同波长的光。
5.根据权利要求4所述的光学存储器件，其中，在信息的记录操作中，光源同时地照射第一光和第二光，所述第一光的能量等于或者大于量子点层的能带隙，所述第二光的能量大于第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差。
6.根据权利要求5所述的光学存储器件，其中，第一光的能量小于量子阱层的能带隙。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的光学存储器件，其中，第二光的能量小于量子点层的能带隙。
8.根据权利要求4所述的光学存储器件，其中，在信息的记录操作中，光源照射能量等于或者大于第二势垒层的导带和量子点层的导带之间的差与量子点层的能带隙之和的第一光。
9.根据权利要求8所述的光学存储器件，其中，第一光的能量小于量子阱层的能带隙。
10.根据权利要求4到权利要求9中的一项权利要求所述的光学存储器件，其中，在信息的擦除中，光源照射能量等于或者大于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第三光。
11.根据权利要求10所述的光学存储器件，其中，第三光的能量小于第一势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差。
12.根据权利要求4到11中任一项权利要求所述的光学存储器件，其中，在信息的再现中，光源照射能量小于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第四光。
13.根据权利要求12所述的光学存储器件，所述光学存储器件还包括光电检测器，在照射第四光时，所述光电检测器检测能量低于第四光的能量的发射出的光。
14.根据权利要求12所述的光学存储器件，所述光学存储器件还包括光电检测器，当从光源照射第四光时，所述光电检测器检测透射的第四光。
15.根据权利要求1-14中任一项权利要求所述的光学存储器件，所述光学存储器件还包括电压源，所述电压源在第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、量子点层和第三势垒层的电势之间产生差异。
16.根据权利要求15所述的光学存储器件，所述光学存储器件还包括设置在第三势垒层上的将被电连接到所述电压源的上电极。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的光学存储器件，其中，基底由导电材料形成并电连接到所述电压源。
18.根据权利要求15到17中任一项权利要求所述的光学存储器件，其中，在信息的记录中，所述电压源施加反向偏置电压，该反向偏置电压使得量子阱层的电势高于量子点层的电势。
19.根据权利要求15到17中任一项权利要求所述的光学存储器件，其中，在信息的擦除中，电压源施加正向偏置电压，该正向偏置电压使得量子阱层的电势低于量子点层的电势。
20.根据权利要求1到19中任一项权利要求所述的光学存储器件，其中，第一势垒层、第二势垒层、第三势垒层、量子阱层和量子点层由GaAs类的化合物半导体形成。
21.根据权利要求1到20中任一项权利要求所述的光学存储器件，所述光学存储器件还包括覆盖层，所述覆盖层形成在第三势垒层上。
22.一种将信息记录在光学存储器件中/从光学存储器件再现信息的方法，所述光学存储器件包括：基底；第一势垒层，形成在基底上；量子阱层，形成在第一势垒层上，并具有比第一势垒层的能带隙窄的能带隙；第二势垒层，形成在量子阱层上，并具有比量子阱层的能带隙宽且比第一势垒层的能带隙窄的能带隙；量子点层，包括多个量子点，量子点层形成在第二势垒层上，并具有比量子阱层的能带隙窄的能带隙；第三势垒层，形成在量子点层上，并具有比第二势垒层的能带隙宽的能带隙，所述方法包括在记录信息的操作、擦除记录的信息的操作和再现记录的信息的操作中照射不同波长的光。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，在信息的记录中，将第一光和第二光照射到光学存储器件，所述第一光的能量等于或者大于量子点层的能带隙，所述第二光的能量大于第二势垒层的导带与量子点层的导带之间的差。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，第一光的能量小于量子阱层的能带隙。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，第二光的能量小于量子点层的能带隙。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，在信息的记录中，将能量等于或者大于第二势垒层的导带和量子点层的导带之间的差与量子点层的能带隙之和的第一光照射到光学存储器件。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，第一光的能量小于量子阱层的能带隙。
28.根据权利要求22到27中任一项权利要求所述的方法，其中，在信息的擦除中，将能量等于或者大于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第三光照射到光学存储器件。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，第三光的能量小于第一势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差。
30.根据权利要求22到29中的一项权利要求所述的方法，其中，在信息的再现中，将能量小于第二势垒层的导带与量子阱层的导带之间的差的第四光照射到光学存储器件。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，当照射第四光时，检测能量低于所述第四光的能量的发射的第四光。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，当照射第四光时，检测透射通过光学存储器件的第四光。
33.根据权利要求22到32中任一项权利要求所述的方法，在第一势垒层、量子阱层、第二势垒层、量子点层和第三势垒层的电势之间产生差异。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，在信息的记录中，将使得量子阱层的电势高于量子点层的电势的反向偏置电压施加到光学存储器件。
35.根据权利要求33或34所述的方法，其中，在信息的擦除中，将正向偏置电压施加到光学存储器件，所述正向偏置电压使得量子阱层的电势低于量子点层的电势。
CN2010800225611A 2009-05-22 2010-04-14 光学存储器件及利用该器件记录/再现信息的方法 Pending CN102439662A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2009-0045207 2009-05-22
KR1020090045207A KR101600353B1 (ko) 2009-05-22 2009-05-22 광학 메모리 소자 및 이를 이용한 정보 기록/재생 방법
PCT/KR2010/002281 WO2010134697A2 (en) 2009-05-22 2010-04-14 Optical memory device and method of recording/reproducing information by using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102439662A true CN102439662A (zh) 2012-05-02

Family

ID=43126615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800225611A Pending CN102439662A (zh) 2009-05-22 2010-04-14 光学存储器件及利用该器件记录/再现信息的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8755240B2 (zh)
EP (1) EP2433282B1 (zh)
KR (1) KR101600353B1 (zh)
CN (1) CN102439662A (zh)
WO (1) WO2010134697A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109036487A (zh) * 2018-07-20 2018-12-18 福州大学 一种基于短沟道有机晶体管的多级光存储器及其制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9691482B1 (en) 2016-10-31 2017-06-27 International Business Machines Corporation Optical storage device utilizing quantum silos
US10133151B2 (en) 2017-02-23 2018-11-20 International Business Machines Corporation Media-defined optical logic circuitry design

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936258A (en) * 1995-04-28 1999-08-10 Fujitsu Limited Optical semiconductor memory device and read/write method therefor
CN101038946A (zh) * 2006-03-16 2007-09-19 中国科学院半导体研究所 半导体量子点/量子阱导带内跃迁材料结构
CN101271947A (zh) * 2008-05-06 2008-09-24 南京大学 可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2822257B2 (ja) * 1990-02-20 1998-11-11 キヤノン株式会社 電界変調型磁気光学デバイス及びその駆動方法、光変調器、光変調方法、光アイソレータ及びその調整方法
US6011271A (en) * 1994-04-28 2000-01-04 Fujitsu Limited Semiconductor device and method of fabricating the same
JPH09326474A (ja) * 1996-06-05 1997-12-16 Sony Corp 量子箱メモリ
US6720589B1 (en) * 1998-09-16 2004-04-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
US6600169B2 (en) * 2000-09-22 2003-07-29 Andreas Stintz Quantum dash device
KR100375829B1 (ko) * 2000-12-19 2003-03-15 한국전자통신연구원 아발란치 광 검출기
US7282732B2 (en) * 2003-10-24 2007-10-16 Stc. Unm Quantum dot structures
JP4072625B2 (ja) * 2004-03-26 2008-04-09 国立大学法人広島大学 量子ドット電界効果トランジスタ、それを用いたメモリ素子及び光センサ及びそれらの集積回路
JP2005310274A (ja) * 2004-04-22 2005-11-04 Sony Corp 光メモリ、光メモリ記録装置、光メモリ記録方法、光メモリ再生装置、および光メモリ再生方法
US7795609B2 (en) * 2005-08-05 2010-09-14 Stc.Unm Densely stacked and strain-compensated quantum dot active regions
WO2007026616A1 (ja) * 2005-08-31 2007-03-08 Japan Science And Technology Agency 負性抵抗電界効果素子及び高周波発振素子
WO2007038600A2 (en) * 2005-09-27 2007-04-05 Northwestern University A single-photon detector and applications of same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936258A (en) * 1995-04-28 1999-08-10 Fujitsu Limited Optical semiconductor memory device and read/write method therefor
CN101038946A (zh) * 2006-03-16 2007-09-19 中国科学院半导体研究所 半导体量子点/量子阱导带内跃迁材料结构
CN101271947A (zh) * 2008-05-06 2008-09-24 南京大学 可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIAN SONG-BAO ET AL: "Photon-Storage in Optical Memory Cells Based on a Semiconductor Quantum Dot-Quantum Well Hybrid Structure", 《CHINESE PHYSICS LETTERS》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109036487A (zh) * 2018-07-20 2018-12-18 福州大学 一种基于短沟道有机晶体管的多级光存储器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010134697A2 (en) 2010-11-25
US8755240B2 (en) 2014-06-17
EP2433282A4 (en) 2013-02-20
US20120063253A1 (en) 2012-03-15
WO2010134697A3 (en) 2011-01-20
EP2433282B1 (en) 2015-08-05
KR20100126132A (ko) 2010-12-01
EP2433282A2 (en) 2012-03-28
KR101600353B1 (ko) 2016-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101814698B (zh) 激光二极管器件
JP3455987B2 (ja) 量子箱集合素子および情報処理方法
JP4568133B2 (ja) 半導体レーザ装置および光装置
CN102439662A (zh) 光学存储器件及利用该器件记录/再现信息的方法
CN102201646A (zh) 光振荡装置和记录装置
US6975575B2 (en) Data storage media and methods utilizing a layer adjacent the storage layer
CN1263002C (zh) 利用定向光束和近场光源的数据存储媒体
JP5929331B2 (ja) 記録装置
US8416671B2 (en) Recording apparatus
JP2004327027A (ja) 電子ビームを用いた新しい種類のデータ記憶デバイスおよびそれを利用するための方法
EP0316909B1 (en) Semiconductor optical apparatus
JP2012064920A (ja) 記録装置及び光発振装置
JP5340684B2 (ja) 光子発生装置および方法
US7082095B2 (en) System and method for storing data
JP2695872B2 (ja) 半導体光学装置及びこれを用いた記録装置
JP5194049B2 (ja) 半導体レーザ装置および光装置
JP4434102B2 (ja) 光記憶素子及び光記憶装置
US20070076578A1 (en) Information carrier comprising a data layer and a detection layer
JP2006344261A (ja) 光メモリ
JP4006854B2 (ja) 光スイッチ
JP3612730B2 (ja) 量子機能素子
JP2001266389A (ja) 近接場光を用いる光ヘッド
JPH0582773A (ja) 量子ドツト結合素子
Murashita et al. Quantum-Well Photoemission Media for Terabit/inch2 Ultrahigh-Density Optical Storage Employing Probe-Collection Tunneling-Electron Luminescence
JPH06123931A (ja) 光学的情報記憶装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120502