Hochbewegliche zweidimensionale Lochsysteme in GaAs-AlGaAs-Heterostrukturen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	18 March 2010
Referee:	Prof. Dr. Werner Wegscheider
Date of exam:	14 October 2009
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Alumni or Retired Professors > Group Werner Wegscheider
Keywords:	Halbleiter, Molekularstrahlepitaxie, molecular beam epitaxy, Galliumarsenid, quantum Hall, Heterostruktur, Kohlenstoff, Carbon, 2DHG
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	13382

Abstract (German)

Diese Arbeit behandelt die Herstellung hochbeweglicher zweidimensionaler Lochsysteme (2DHG) in GaAs/AlGaAs Heterostrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) und deren Charakterisierung durch Magnetotransportuntersuchungen bei tiefen Temperaturen zwischen 4 K und 30 mK. Im Mittelpunkt liegt hierbei die Optimierung von Ladungsträgerbeweglichkeiten. Dies wird erreicht durch die Einführung einer ...

Abstract (German)

Diese Arbeit behandelt die Herstellung hochbeweglicher zweidimensionaler Lochsysteme (2DHG) in GaAs/AlGaAs Heterostrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) und deren Charakterisierung durch Magnetotransportuntersuchungen bei tiefen Temperaturen zwischen 4 K und 30 mK. Im Mittelpunkt liegt hierbei die Optimierung von Ladungsträgerbeweglichkeiten. Dies wird erreicht durch die Einführung einer neuartigen Kohlenstoff-Filament Dotierquelle, deren Einsatz Verunreinigungen im MBE-Systems und damit in den gewachsenen Schichten reduziert und durch Variationen des Bandstruktur-Designs mit dem Ziel Streuprozesse weitgehend zu minimiert. Mit Hilfe dieser Maßnahmen können Lochbeweglichkeiten über 1 E6 cm^2/Vs erzielt werden, was eine Steigerung gegenüber herkömmlicher 2DHGs um den Faktor 3 in der (001)- und den Faktor 6.5 in der (110)- orientierten Transportebene darstellt. Weiterhin treten in derartigen 2DHGs Zustände des fraktionalen Quantum Hall Effekts zu Tage, welche bisher nur in n-dotierten 2D-Systemen beobachtbar waren. Magnetotransportuntersuchungen an 2DHGs mit Aluminium Gate zeigen ein hysteretisches Verhalten der Ladungsträgerdichte gegenüber der Gatespannung, welches auf das Einbauverhalten von Kohlenstoff als Akzeptor zurückgeführt werden kann und zur Charakterisierung von Strukturen verwendet wird. Temperaturabhängige Magnetotransportuntersuchungen erlauben die Bestimmung von effektiver Masse und Quantensteuzeit sowie deren Abhängigkeit vom Bandstruktur-Design. Weiterhin wird bei diesen Experimenten ein aperiodisches Verhalten von Shubnikov-de Haas Oszillationen im inversen Magnetfeld beobachtet, welches auf die Lage der Fermienergie in der unmittelbaren Umgebung von Kreuzungspunkten im komplexen Landaufächer von 2DHGs zurückgeführt werden kann.

Translation of the abstract (English)

This thesis outlines the fabrication of high mobility two-dimensional hole-gases (2DHG) in GaAs/AlGaAs heterostructures with molecular beam epitaxy (MBE) and their characterization with magnetotransport measurements at low temperatures between 4 K and 30 mK. Here the optimization of the carrier mobility is focused. This will be achieved by introducing a novel carbon-filament doping source, with ...

Translation of the abstract (English)

This thesis outlines the fabrication of high mobility two-dimensional hole-gases (2DHG) in GaAs/AlGaAs heterostructures with molecular beam epitaxy (MBE) and their characterization with magnetotransport measurements at low temperatures between 4 K and 30 mK. Here the optimization of the carrier mobility is focused.
This will be achieved by introducing a novel carbon-filament doping source, with which contaminations of the MBE system and therefore in the grown layers can be reduced and by vary the band structure design to minimize scattering processes. With the help of these actions, hole mobilities above 1 E6 cm^2/Vs are achievable, what reflects an increase of factor 3 in the (001)- and factor 6.5 in the (110)- oriented transport plane compared to common 2DHGs. Furthermore states of the fractional Quantum Hall Effect can be observed in these 2DHGs, only visible in n-doped 2D systems so fare. Magnetotransport measurements on 2DHGs with aluminum gates reveal a hysteretic behavior of the carrier density with respect to the gate potential which can be attributed to the incorporation mechanisms of carbon atoms as acceptor. Temperature dependent magnetotransport measurements allow the evaluation of effective mass and quantum scattering time as well as the dependence of these parameters from the band structure design. In these experiments an aperiodic behavior of the Shubnikov-de Haas oscillations can be observed in the inverse magnetic field, which is attributed to the position of the fermi energy in the immediate vicinity of crossing regions of the complex Landau fan of 2DHGs.

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