半導体量子箱および人工局在準位(スーパードナー)における電子状態と遷移過程の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04402030
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226)
• 研究分担者: 松末 俊夫 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (20209547) ; 永宗 靖 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (20218027) ; 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30134638)
• キーワード: 量子箱 / エネルギー緩和 / 遷移確率 / 結合量子箱 / 電子伝導 / 光学フォノン / 音響フォノン / ブロッホ振動

研究概要

本年は以下の2項目について研究を推進し、新しい知見を得た。
1.量子箱中の電子のエネルギー緩和機構の研究
量子箱の外部から内部へと注入された電子はフォノンを放出してエネルギーのより低い状態へ遷移する。その遷移確率pを理論的に調べ、始状態Eiと終状態Ejとのエネルギー差eij(Ei-Ej)の関数として明らかにした。特に、LOフォノンとLAフォノンの放出や吸収が同時に関与する2フォノン過程を解析したところ、EijがLOフォノンのエネルギーhωoptと一致しない条件の下でも、|Ej-hωopt|<2meVの範囲で1ns以内の高速なエネルギー緩和が可能であることが判明した。この結果、量子箱を注入型レーザーの活性層に用いる場合に設定すべき量子準位に関する指針が得られた。
2.結合量子箱構造中の電子伝導の研究
量子箱を規則的に並べた構造での電子伝導を理論、実験の両面から調ベている。特に、ミニバンド幅が光学フォノンよりも小さい場合には、光学フォノン散乱が抑制されるため、室温でもブロッホ振動が現れる可能性のあること、音響フォノン散乱するには構造の最適化の必要なことが理論的に明らかにされた。また、強磁場中の超格子や二重量子井戸の伝導特性の測定から、面内運動を磁場で制御する場合光学フォノン散乱はある程度抑制されるものの除去する条件は実現しにくいことが明かとなった。

研究成果

• [文献書誌] H.Noruchi,T.Takamasu,N.Miura and H.Sakuki: "Obseroation of Optical-Phonon Scatlering Iuhibeted Region in Longitudinal Mayueto resistance in syerlatlices" Surface Scieuce. 267. 562-565 (1992)
• [文献書誌] H.Noruchi,H.Sakaki,T.Takamasu and N.Miura: "Obseruation of MagnetoPhouon Resouanee in the Mirubamel Transport in Seuicondudor Superlatlices" Physical Review. B45. 12148-12151 (1992)
• [文献書誌] H.Noguchi,H.Sakaki,T.Takamasu and N.Minra: "Insulator-like Minib and Transport in Heasily oloped Superlattices mdir High Magnetic Fielcks" Pnysica B. (1993)
• [文献書誌] H.Noguchi,J.P.Leburton and H.Sakaki: "Transient and Steady-State Aualysis of Electror Transport in Ove-Dieinensional Conpled Quanfum Boxes" Physical Reuiew B.(1993)
• [文献書誌] T.Iusshita and H.sakaki: "Electron Relxation in a Quantum Dot,Siguificance of Mugi phonon Processes" Physical Review. B46. 7260-7263 (1992)