| 研究課題/領域番号 |
08640419
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小堀 裕己 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90202069)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
1996 – 1997
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| キーワード | 金属・非金属転移 / 磁場 / 半導体 / Zeeman磁気光分光 / ドナー / トーマス・フェルミ近似 / スクリーニング / 変分法 |
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| 研究概要 |
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。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金属・非金属転移濃度の高濃度側へのシフト、及び、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、定量的に説明するために、我々はトーマス・フェルミ近似の範囲内で、変分法を用い、非金属-金属転移を起こすドナー濃度を計算した。信頼のおける変分試行波動関数を選び、最初に、磁場中でスクリーニングのない場合について計算し、近似精度が良いとされるLarsenによる計算結果とほぼ一致した。次に、零磁場でスクリーニングのない場合について調べ、任意磁場でスクリーニングがある場合へと拡張した。それと同時に、変分試行波動関数として水素原子型、調和振動子型の場合についても計算し、比較した結果、我々の用いた変分関数が、スクリーニングのある場合も、良い精度を与える事が確認された。この時、注目すべきは、磁場がある場合、絶対零度では常に束縛状態が生じる事である。すなわち、常に非金属状態にあり、有限温度で、はじめて金属状態が存在する事である。
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