1996 Fiscal Year Annual Research Report
Zeeman磁気光分光を用いた半導体中の磁場誘起-金属・非金属転移
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08640419
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小堀 裕己 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90202069)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 研一 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10189988)
中田 博保 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60116069)
大山 忠司 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40029715)
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| Keywords | 金属・非金属転移 / 磁場 / 半導体 / Zeeman磁気光分光 / ドナー / 1s→2P_<+1>遷移 / 濃度広がり / GaAs |
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| Research Abstract |
Zeeman磁気光分光を用いた半導体中の磁場誘起-金属・非金属転移を調べるために、半導体として、伝導電子の有効質量が等方的で、有効質量近似が極めて良く合うGaAsを選択した。GaAsの零磁場での非金属-金属転移ドナー濃度は1.6×10^<16>cm^<-3>である。我々は、ドナー濃度を10^<14>cm^<-3〜>10^<18>cm^<-3>までの範囲でエピタキシャル成長させたn型GaAs試料を10種類以上用意した。それぞれの試料について、1s→2p_<+1>遷移に対応するゼーマン磁気光吸収の磁場及び温度依存性を詳細に調べた。温度は1.8〜4.2Kの範囲で変化させた。ゼーマン磁気光吸収の線幅をドナーに束縛された電子の相互作用によって、すなわち線幅の濃度広がりによってのみ決定させるために、低温およびバンドギャップ光による光励起の条件下で実験を行った。低温にする事で、フォノン広がりを除き、バンドギャップ光による光励起をする事で、イオン化不純物を中性化しシュタルク広がりを除いた。また中性アクセプターからの濃度広がりは、Bohr半径がドナーに比べて1/5と小さく、またドナー濃度と比べて小さいためにその寄与が無視できる事が実験的に確かめられた。ゼーマン吸収が観測されるときは、ドナーに電子が束縛されている事を意味し、その時、半導体は非金属状態にある。逆に吸収線が観測されないときは、束縛状態が存在しない事を意味し金属状態にある。ドナー濃度の増加に対して線幅の著しい増加が観測され、ある臨界濃度で吸収線は消失した。また、磁場の増加に対して線幅の著しい減少が確かめられた。磁場の印加にともなう非金属-金属転移濃度の高濃度側へのシフトを観測した。この時、磁場印加による金属-非金属転移を観測した。線幅をドナー濃度、温度、磁場に対する関数として実験的に導いた。これを半導体国際会議に提出したところ受理され、講演を行った。更に、これらを定量的に理論化するために、それに関連した論文を2つ投稿中である。今後も実験及び論文発表などを精力的に行う予定である。
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