| 研究概要 |
本研究の目的は、電子と正孔がAlAs層とGaAs層に空間分離されたGaAs/AlAsタイプ-II超格子における(1)励起子分子形成と、(2)さらなる高密度励起状態の存在を明らかにすることである。昨年度の研究において、(1)の励起子分子形成に関する詳細が明らかとなったので、本年度は、(2)のテーマを中心に研究を行った。多様な構造の(GaAs)_m/(AlAs)_nタイプ-II超格子[(m,n)=(10,10),(12,12),(13,13),(10,14),(10,20)原子層]を試料として、発光特性の励起強度依存性と過渡応答に関する測定を系統的に行い、以下の研究成果を得た。
(1) 励起子分子形成条件よりも3桁程度高い励起強度において(10W/cm^2程度)、全ての試料で、励起強度に対してしきい値特性を有する高密度励起状態特有の新たな発光バンドを観測した(測定温度 10K)。その発光バンドは、タイプ-II励起子分子の低エネルギー側に位置し、50meV程度の幅を持つものである。また、その発光形状は励起強度に依存しない。
(2) 時間分解発光スペクトルの測定から、高密度励起状態の発光バンドの寿命は、タイプ-II励起子・励起子分子の寿命(μsオーダー)よりも2桁程度短い数10ns程度である。
(3) 上記(1)、(2)の結果は、新たに観測された高密度励起状態特有の発光バンドの起源は、電子・正孔が空間分離された電子・正孔液滴であることを示している。この考察に基づいて発光形状の解析を行い、電子・正孔液滴における擬フェルミエネルギーとバンドギャップ再構成を見積もった。
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