半導体超薄膜超格子中の電子-2次元フォノン相互作用に関する研究

超薄半导体超晶格中电子与二维声子相互作用的研究

基本信息

批准号：
63550006
负责人：
平川一彦
金额：
$ 1.02万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

電子がトンネル効果により半導体超薄膜を通過するとき、その電流成分に微小ではあるがフォノン散乱を介した成分が存在する。したがって、このトンネルコンダクタンスを詳細に検討することにより、トンネル過程における電子-フォノン相互作用について知見を得ることができる。我々は、ホットエレクトロトランジスタの電子エミッタとして応用上非常に重要なGaAs/AlGaAsヘテロ接合トンネルダイオードのトンネルコンダクタンスについて詳細に検討を行った。試料は、分子線エピタキシー法により作製した障壁幅約7nmを有するGaAs/AlGaAs/GaAsヘテロ接合単一障壁トンネルダイオード構造であり、温度4.2Kにおいてトンネル電流の1階微分、および2階微分を測定した(トンネリング・スペクトロスコピー)。その結果、我々は、AlGaAs中のフォノンエネルギーに対応するバイアス電圧近傍で、従来考えられてきたようなフォノンアシステッド効果によるコンダクタンスの増加ではなく、むしろコンダクタンスの減少を観測した。このことは、電子-フォノン相互作用がGaAs電極中で生じていることを示す。さらに、得られたフォノン信号の位置をAlGaAs障壁層中のAlAsモル分率の関数として検討したところ、観測されたフォノンのエネルギーは、AlGaAsバルク中のそれとは一致しなかった。この値を誘電連続体モデルによるフォノンモードの計算値と比較した結果、トンネル中に電子と支配的に相互作用するフォノンモードは、GaAs/AlGaAsヘテロ界面からGaAs電極中に侵入している界面モードフォノンであり、このような半導体ヘテロ接合系特有の現象であることが明らかになった。電子と界面モードフォノンの相互作用を電気伝導特性において観測したのは、世界初である。

当电子由于隧道效应而穿过超薄半导体薄膜时，存在通过声子散射产生的小电流分量。因此，通过详细研究隧道电导，我们可以获得有关隧道过程中电子-声子相互作用的知识。我们对 GaAs/AlGaAs 异质结隧道二极管的隧道电导进行了详细研究，这对于作为热电晶体管的电子发射器的应用极其重要。样品为分子束外延制备的GaAs/AlGaAs/GaAs异质结单势垒隧道二极管结构，势垒宽度约为7 nm，在4.2 K温度下测量了隧道电流的一阶导数和二阶导数。隧道光谱）。结果，我们观察到与 AlGaAs 中声子能量相对应的偏置电压附近电导降低，而不是像之前认为的那样由于声子辅助效应而导致电导增加。这表明电子-声子相互作用发生在GaAs电极中。此外，当我们检查所获得的声子信号的位置作为 AlGaAs 势垒层中 AlAs 摩尔分数的函数时，观察到的声子能量与 AlGaAs 块体中的声子能量不匹配。将该值与使用介电连续介质模型计算出的声子模式进行比较，我们发现在隧道效应期间主要与电子相互作用的声子模式是从GaAs/AlGaAs异质界面渗透到GaAs电极的界面模式声子。很明显，这是此类半导体异质结系统特有的现象。这是世界上首次在电导特性中观察到电子与界面模声子之间的相互作用。