磁気フォノン共鳴による量子細線中の電子有効質量とポテンシャル強度に関する研究

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半導体量子細線を作製し,シュブニコフ・ド・ハ-ス振動現象および磁気フォノン共鳴現象を観測することにより,その電子輸送特性について解析を行なった。実験に用いた半導体量子細線は,半絶縁GaAs基板上に分子線エピタキシ-法を用いて結晶成長させたヘテロ構造上に,ウェットエッチング技術を用いて作製した。基板構造による違いについて比較できるように,ヘテロ基板はGaAs/AlGaAs単一ヘテロ構造とAlGaAs/GaAs/AlGaAs量子井戸構造の2種類を作製した。細線部分はエッチングにより幅1μm,長さ2μmに切り出し,細線の横の部分にはアルミニウムを蒸着させることによって電極(サードゲート電極)を設けた。このサイドゲートに負電圧を印加することによって,細線部の空乏領域が広がり,実効的な細線幅が狭まるため,2次元電子系から擬1次元系への遷移させることができる。磁場中における電気抵抗を測定を行い,低温(〜4.2K)におけるシュブニコフ・ド・ハ-ス振動現象,高温(〜150K)における磁気フォノン共鳴の観測を試みた。その結果,シュブニコフ・ド・ハ-ス振動において,負ゲート電圧の印加により振動位置が低磁場側にシフトしていくことを観測し,電子に対し1次元的な閉じ込めが生じていることを確認した。電子を閉じ込めているポテンシャルの形状が放物線型であると仮定し,振動のシフト量から閉じ込め強度を見積もった。さらに,作製した試料構造において自己無撞着な計算を行ない電子密度とポテンシャル形状を求め,実験から得られた結果と合わせて電子移動度も見積もった。その結果,単一ヘテロ基板上の量子細線では負ゲート電圧の印加とともに電子移動度が減少したが,逆に単一ヘテロ基板上の量子細線では移動度する結果が得られた。