| 研究概要 |
電子と正孔の最低エネルギー状態が空間分離されているGaAs/AlAsタイプ-II超格子における準直接遷移型励起子[AlAs-X電子とGaAs-Γ重い正孔の対]の(1)遷移振動子強度と(2)強励起効果を解明することを目的として、励起子発光特性に着目して研究を行い、以下の成果を得た。尚、試料としては、分子線エピタキ-法によって結晶成長した(GaAs)m/(AlAs)m超格子(m=8,9,10,12,13原子層、(m,m)超格子と略す)、及び(10,n)超格子(n=10,14,20原子層)を用いた。
(1)励起子発光強度、励起子発光励起強度(吸収強度に相当する)、及び、発光寿命の系統的な測定から、(m,m)超格子では、準直接遷移型励起子の遷移振動子強度は、層厚にほとんど依存せず、直接遷移型励起子の約1×10^<-4>であるという結果を得た。また、(10,n)超格子では、nが大きくなるにしたがって、準直接遷移型励起子の遷移振動子強度が小さくなる。この結果をΓ-X混成に関する1次の摂動論に基づいて解析し、遷移振動子強度の大きさは、GaAs層に局在しているΓ電子とAlAs層に局在しているX電子の包絡関数の重なり度合いによって決定されているという結論を得た。
(2)発光特性の励起光強度依存性の系統的な測定から、これまで全く報告されていない準直接遷移型励起子の励起子分子形成による発光バンドを検出し、発光バンドの形状解析から、励起子分子束縛エネルギーは約3meVという結果が得られた。また、これまで知られている直接遷移型GaAs量子井戸の励起子分子と比較して、1/100以下の非常に低い励起強度(1mW/cm^2程度)において、準直接遷移型励起子分子が十分に形成されることが明らかとなった。さらに、準直接遷移型励起子と励起子分子の発光強度の時間分解測定を系統的に行い、励起子分子の発光減衰寿命が励起子の約1/2という結果が得られた。これは、励起子分子の動的過程の典型的な特徴である。
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