High-mobility two-dimensional hole gases in III-V semiconductor heterostructures: growth and transport properties

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Volume:	29
Date:	19 March 2013
Referee:	Prof. Dr. Werner Wegscheider
Date of exam:	9 November 2012
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Alumni or Retired Professors > Group Werner Wegscheider
Keywords:	molecular beam epitaxy, two-dimensional hole gas, heterostructure, magnetotransport, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, indium arsenide, indium gallium arsenide, indium aluminum arsenide, spin-orbit coupling, spin splitting, quantum Hall effect, fractional quantum Hall effect, activation gap, weak antilocalization, hole-hole interaction, photoconductivity
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:	27890

Abstract (English)

In this work, we investigated very high quality carbon-doped two-dimensional hole gases (2DHGs). The first part deal with high-mobility GaAs/AlGaAs quantum wells (QWs). Optimizing the heterostructure design, the hole mobility was extremely increased. Quantum Hall effect, photoconductivity effect, Rashba spin splitting, fractional quantum Hall effect (revealing interesting anisotropy in the ...

Abstract (English)

In this work, we investigated very high quality carbon-doped two-dimensional hole gases (2DHGs). The first part deal with high-mobility GaAs/AlGaAs quantum wells (QWs). Optimizing the heterostructure design, the hole mobility was extremely increased. Quantum Hall effect, photoconductivity effect, Rashba spin splitting, fractional quantum Hall effect (revealing interesting anisotropy in the thermally activated transport) and the band structure were investigated. In the second part, we studied InAs/InGaAs/InAlAs QWs with high spin-orbit coupling. A great success was the preparation of a carbon p-type doping in QWs with high indium content. A conductivity type inversion from p- to n-type with changing composition was observed. The heterostructures exhibit weak-antilocalization, hole-hole interaction effect and strong transport anisotropy. The spin splitting can be engineered providing small changes in the structure design. Both topics are of major interest for spintronics research.

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit wurden mit Kohlenstoff dotierte zwei dimensionale Lochgase (2DHGs) von sehr hoher Qualität untersucht. Der erste Teil behandelt hochbewegliche GaAs/AlGaAs Quanten-Tröge (QWs). Mit der Optimierung des Designs der Heterostruktur konnte die Lochbeweglichkeit enorm erhöht werden. Es wurden insbesondere der Quantum Hall-Effekt, der Photoconductivity-Effekt, die Rashba ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit wurden mit Kohlenstoff dotierte zwei dimensionale Lochgase (2DHGs) von sehr hoher Qualität untersucht. Der erste Teil behandelt hochbewegliche GaAs/AlGaAs Quanten-Tröge (QWs). Mit der Optimierung des Designs der Heterostruktur konnte die Lochbeweglichkeit enorm erhöht werden. Es wurden insbesondere der Quantum Hall-Effekt, der Photoconductivity-Effekt, die Rashba Spin-Aufspaltung, der fraktionale Quantum Hall-Effekt und die Bandstruktur untersucht. Wir konnten eine Anisotropie im thermisch-aktivierten Transport von den fraktionalen Quantum Hall-Zuständen nachweisen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit InAs/InGaAs/InAlAs QWs mit hoher Spin-Bahn-Wechselwirkung. Die erstmalige Realisierung einer p-Typ-Dotierung mit Kohlenstoff in QWs mit hohem Indium-Gehalt war ein großer Erfolg. Wir konnten einen Wechsel der Leitfähigkeit von p-Typ zu n-Typ in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der ternären Verbindung nachweisen. Die Heterostrukturen zeigten ausgeprägt einen schwachen Antilokalisierungseffekt, eine auffällige Loch-Loch-Wechselwirkung und eine starke Anisotropie im Magnetotransport. Wir haben demonstriert, dass die Spin-Aufspaltung durch kleine Veränderungen im Struktur-Design gezielt verändert werden kann. Beide Bereiche stehen im Fokus der aktuellen Spintronik-Forschung.

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