量子井戸における励起子・励起子イオンの量子モンテカルロ法による研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10640303
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 土家 琢磨 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (40262597)
• Keywords: 量子細線 / タイプII超格子 / 励起子分子 / 荷電励起子 / 励起子高分子 / 束縛エネルギー / 量子モンテカルロ法 / GaAs

Research Abstract

半導体量子構造における励起子分子や荷電励起子などの励起子複合体は,半導体量子構造の光学特性に強い影響を与える。それらの性質は、個々の量子構造ごとに異なるため、様々な構造における振る舞いを研究することは、基礎物性の観点からだけでなく、応用上も重要である。
今年度は,前年度に引き続き量子モンテカルロ法による計算を行い,タイプII超格子および量子細線における励起子分子や正・負の荷電励起子などの励起子複合体の束縛エネルギーや粒子配置などを求め、その性質を明らかにした。
タイプII超格子に関しては、励起子が多数結合する可能性を追求した。その結果、タイプII超格子においては、多数の励起子が超格子の成長方向に2重の鎖状に結合した「励起子高分子」と呼べるような、今まで知られていない状態が出現する可能性があることがわかった。この状態が出現する原因は、タイプII超格子中の励起子は電子と正孔が異なる層にあることで双極子モーメントを有しており、その双極子ポテンシャルによって互いに引力を及ぼし合うことである。今後、実験的な研究による検証が行われることを期待している。
量子細線における束縛エネルギーは細線の断面の大きさに依存するが、その変化の様子は複雑である。断面が大きい場合には束縛エネルギーは断面の縮小に伴って増大し、その後減少に転じる。その減少の様子は励起子複合体の種類によって異なり、例えばGaAs/AlGaAs量子細線では正の荷電励起子の減少が著しく、負の荷電励起子はそれほど減少しないことがわかった。この違いは、電子と正孔の量子閉じこめの差によって生じる励起子のクーロンポテンシャルの分布によるものである。もっとも増大の大きい負の荷電励起子では、束縛エネルギーはバルクの10倍にも達する。

Research Products

• [Publications] 土家琢磨: "半導体量子構造における励起子複合体の量子モンテカルロ計算"固体物理. 35・1. 41-49 (2000)
• [Publications] T.Tsuchiya: "A quantum Monte Carlo study on excitonic complexes in GaAs/AlGaAs quantum wires"J Lumin. (印刷中).
• [Publications] T.Tsuchiya: "Excitonic polymers in type-II superlattices"Proceedings of The 25th International Conference on the physics of semiconductors. (印刷中).