半導体超格子のホットエレクトロン効果に関する研究

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1.ホットエレクトロンのトンネル効果GaAs-ALGaAs系多重量子井戸構造で量子井戸間の障壁層を10〜200〓とし, これを抜けるトンネル確率が不純物散乱又はフォノン散乱を伴うサブバンド間遷移で理解できることを示した. またこの遷移確率のエネルギー依存性並びにサブバンド間のエネルギー差依存性を検討し, 遷移に共鳴現象のあることを初めて示した. この効果を用いポテンシャル障壁層中に局在するLOフォノンモードを検出する方法を提案した.2.ホットエレクトロンの電子温度とエネルギー緩和率上記多重量子井戸構造の高電界下におけるフォトルミネセンスを測定し, その高エネルギー側のスペクトルから電子温度を決定し, 次いでエネルギー緩和率の電界依存性を求めた. 4.2Kの測定結果は従来の77Kの結果と著しく異り, 強い電界依存性と構造依存性を示した. 即ち, 200V/cm程度までの低電界域で電子温度が急激に上昇すること, 200〜800V/cm以上の高電界域では飽和又は減少の傾向を示すことである. この特徴はポテンシャル障壁層の厚さ及び量子準位間のエネルギー差に強く依存した. この結果, サブバンド間遷移即ち実空間遷移が電子温度に強い影響を及ぼしていることが明らかとなった.3.第3電極による実空間遷移の制御縦電界を印加し, 量子準位間のエネルギー差を制御することにより横電界による実空間遷移と同様の効果の得られることを期待し, 三端子構造を作製した. 電流対電界特性は第3電極の電位に強く依存しFETと同様の動作が確認されたが, 実空間遷移を確認するには至らなかった. 今後さらにこの点の研究をすすめる予定である.