山口真澄１,2 野村晋太郎2,3
１量子電子物性研究部 2CREST-JST 3筑波大学／NTTリサーチプロフェッサー
電子移動度を制限する要因として、ドナーイオンによる散乱、表面局在電荷による散乱、界面散乱、バルク不純物散乱、が挙げられる。低電子密度領域で特に問題にされるのは従来の半導体ヘテロ接合試料では不可避のドナーイオンによる散乱である。最近、低電子密度領域での有効質量やスピン感受率の増大がシュブニコフドハース振動の測定により観測され注目を集めているが、これらの現象は低電子密度領域で電子間相互作用が大きく寄与することに起因しているため、低移動度の試料では上記の散乱を強く受けるために観測が難しい。我々が用いているゲート付き量子井戸はドナー層がなく、低電子密度でも高移動度が維持されるうえに、ゲートによって電子密度を連続的に制御できるという特長を持つ。我々は、従来の電気伝導による測定とは別に、発光測定によって金属相から絶縁体相にわたる連続的なスペクトルの変化を測定し、従来よりも広い電子密度範囲にわたって電子と正孔の有効質量を決定した[1]。
低磁場領域において、複数観測されるランダウ準位の発光ピーク間隔（図１）から電子と正孔の有効質量を求めることでns< 1×1011 cm-2において電子密度の低下に伴う電子の有効質量の増大が示された（図２）。また、正孔の有効質量も電子密度の低下に伴い増大することが示され、ns< 3×1010 cm-2の領域で正孔が局在していることが判った。
我々はこのゲート付き量子井戸を用いて、電子間相互作用によって極低電子密度領域で現れるスピン偏極状態の検出を目指している。
[1] S.Nomura, et al., Phys. Rev. B 76 （2007） 201306R.
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| 図１ ランダウ準位による発光ピーク | 図２ 電子と正孔の有効質量の変化 |