半導体超薄膜における電子物性とデバイス応用に関する研究

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本年は特別推進研究の成果とりまとめの年であり、従来の研究を更に促進するとともに、成果報告書の執筆を行った。以下に研究上の主要成果について述べる。(1) 超薄膜構造の形成と量子準位に関しては、(1-a)GaAsとAlGaAsヘテロ界面に生ずる一原子層オーダーの界面凹凸の成因を調べ、成長を中断して原子の横方向拡散の促進により、ほぼ完全な平滑面の得られることを古に先駆けて示した。又(1-b)量子井戸内の正孔の量子準位に関する厳密な理論を完成させ、正孔の分散関係の非放物線性や異方性の理論的解釈を可能にしている。更に(1-c)変調ドープした量子井戸で多体効果のため禁制帯幅の縮少することを理論的に初めて明らかにしている。(2) ヘテロ構造に沿う電子伝導に関しては、(2-a)電子移動度のキャリヤ密度Nsと温度Tへの依存性を調べて、理論と対比し、低温ではクーロン散乱の理論で極めてよく説明されること、中温度域では音響フォノンによる散乱でほぼ説明されること、高温又は高電界領域では光学フォノンによる散乱で支配されることを示した。又(2-b) GaSb量子井戸では、量子井戸幅Lzの減少に伴い、「点とL点のエネルギーの上下関係が逆転して、移動度が著しい変化を示すことなどが示された。(3) ヘテロ界面に垂直な方向の伝導に関しては、(3-a)二重障壁トンネルダイオードの電流成分が障壁構造に強く依存することを理論的・実験的に示して、最適構造の採用により世界で最高性能を達成した。又(3-b) 多重量子井戸において隣接井戸間では、電界印加によって量子準位の結合が生じて、螢光線の分裂や負性抵抗の生ずることなどを初めて示している。(4)強磁場下の分数量子ホール効果については、伝導率の温度依存性の詳細な測定解析から基底準位と励起準位の間隔や電子-正孔対称性などに関する新知見を得ると共に理論的に描像解明の研究を行った。