Hochbewegliche zweidimensionale Lochsysteme in GaAs/AlGaAs
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76 Kapitel 4. Wachstum hochbeweglicher 2DHG Strukturen Wegfall der Symmetrie des QWs gleich der in Abbildung 4.1 vorgestellten beidseitig dotierten QW Strukturen. Der Aluminium Gehalt der AlGaAs Barrieren beträgt soweit nicht gesondert erwähnt stets 31%. Das Weglassen der substratnahen anstel- le der oberflächennahen Delta Dotierung ist nicht willkürlich, sonder findet seine Begründung in den Bedingungen für Wachstum von Grenzflächen zwischen den un- terschiedlichen Schichten. Die der Dotierung zugewandten Seite des QWs ist auch jene, an welcher die Wellenfunktion der Ladungsträger lokalisiert und in die Grenz- schicht, also in die AlGaAs Barriere eindringt. Die Qualität der Grenzfläche hat d x Al I dot t dot b QW p µ 1.2K Probe (%) (A) (s) (nm) (10 11 cm −2 ) (10 5 cm 2 /Vs) I D040901A 31 50 330 15 1.16 7.39 II D040817B 31 50 300 15 0.88 4.99 III D040901B 31 50 330 20 1.11 4.17 Tabelle 4.2: Einseitig dotierte QW Strukturen hergestellt mit unterschiedlichen Wachs- tumsparametern. Die Probenserie bestätigt die Gültigkeit des Strukturoptimierungs- Prozesses aus Kapitel 4.1 für ssd QW Proben. deshalb unmittelbaren Einfluss auf die Transporteigenschaften des 2D-Systems. Für den Übergang von GaAs nach AlGaAs wie an der oberflächennahen Seite des QWs liegen die optimalen Wachstumsbedingungen wie in Kapitel 3.1 angeführt bei Wachs- tumstemperaturen um die 640 ◦ C und einem As/Ga Verhältnis von 1 oder größer. Anders hingegen verhält es sich für den substratnahen AlGaAs nach GaAs Über- gang. Hierfür liegen die optimalen Parameter bei etwa 700 ◦ C und einem deutlichen Arsenüberangebot [102]. Diese Bedingungen sind jedoch nicht förderlich für die Qua- lität der GaAs Schicht des direkt im Anschluss gewachsenen QWs. Es ist somit klar von Vorteil, die substratnahe Dotierung wegzulassen um die Ladungsträger an der einfacher zu wachsende, oberen Grenzfläche zu lokalisieren. Die in Tabelle 4.2 darge- stellten Proben zeigen, dass die im vorangegangenen Kapitel gewonnen Erkenntnisse zur Strukturoptimierung auch für ssd-QW Proben gültig sind. Die Ladungsträger- dichte und der Beweglichkeit wurden bei 1.2 K in VdP-Geometrie gemessen. Probe I soll als Ausgangspunkt verwendet werden, da diese mit identischen Parametern wie die optimierte beidseitig dotierte QW Probe aus Kapitel 4.1 gewachsen wurde. Mit 1.16 × 10 11 cm −2 ist die Lochdichte gegenüber der beidseitig dotierten Probe wie erwartet etwa um die Hälfte reduziert. Dies ist eine weitere Bestätigung für die hohe Symmetrie der substrat- und oberflächennahen Dotierungen oben vorgestellter Pro- ben. Auffallend ist, dass die Mobilität der Löcher nicht im gleichen Maße abnimmt, sondern lediglich um 20 %. Dies ist ein erster Hinweis auf die reduzierte effektive Masse bei geringeren Lochkonzentrationen. Bei Probe II wurde die Dotierzeit t dot von 330 s auf 300 s bei gleich bleibendem Filamentstrom I dot der Kohlenstoffquelle 4.2. Einfluss von Wachstumsparametern am Beispiel einseitig dotierter Quantum Wells 77 von 50 A reduziert. Dies wirkt sich in einer Verringerung der Ladungsträgerdichte und der Beweglichkeit um 20 − 25% aus, was einen zu erwartenden Effekt darstellt, sofern sich die Dotierung nicht im Bereich der Autokompensation befindet, also kein Überangebot an Kohlenstoff zur Verfügung gestellt wird. Anhand von Probe II wird ersichtlich, dass sowohl t dot , als auch I dot innerhalb eines vernünftigen Parameter- bereichs gewählt wurden. Für III wurde eine Probe mit breiterem QW von b QW = 20 nm gewachsen. Wie erwartet, verändert sich die Dichte gegenüber Probe I kaum. Die Vermutung, dass sich aufgrund der allgemein verringerten Dichte die Wechsel- wirkung zwischen den Schwerlochsubbänder bei k F reduziert hat und so der Einfluss der QW Breite nicht mehr von ähnlich großer Bedeutung ist wie bei den beidseitig dotierten Strukturen, konnte nicht bestätigt werden. Vielmehr lässt die Reduktion der Beweglichkeit um mehr als 40% den Umkehrschluss zu und unterstreicht die Wichtigkeit eines optimierten Wertes für die QW-Breite von 15 nm. Variation von Wachstumsparametern Zur bessern Übersicht ist Ausgangs-Probe I in Tabelle 4.3 wiederholt aufgeführt. Daran anschließend werden die Proben IV bis VI aufgelistet, welche Variationen in der Wahl der Wachstumsparameter aufweisen. Die Messungen wurden analog zum Vorkapitel bei 1.2 K in VdP-Geometrie durchgeführt. Beim Vergleich von Probe IV d x Al I dot t dot b QW p µ 1.2K Probe (%) (A) (s) (nm) (10 11 cm −2 ) (10 5 cm 2 /Vs) I D040901A 31 50 330 15 1.16 7.39 IV D050831A 31 50 330 15 1.34 11.19 V D050831B 31 50 330 15 1.19 10.25 VI D061215B 31 50 330 15 1.38 3.55 Tabelle 4.3: Einseitig dotierte QW Strukturen mit unterschiedlichen Wachstumsparame- tern. mit I fällt auf, dass mit einer Steigerung der Dichte um lediglich 15% eine signi- fikante Erhöhung der Beweglichkeit auf 11.19 × 10 5 cm 2 /Vs erzielt werden konnte, was einer Steigerung um mehr als 50% darstellt und die höchste bisher im Rahmen dieser Arbeit gemessene Beweglichkeit eines 2DHGs bei 1.2 K ist. Als Variable für Probe IV wurde der Arsen Fluss gewählt. Das Element Kohlenstoff aus der vier- ten Hauptgruppe des Periodensystems muss um als Akzeptor in der Heterostruktur wirken zu können, anstelle des Gruppe V Elements Arsen in das Kristallgitter einge- baut werden. Es scheint nahe liegend, dass dieser Einbauprozess abhängig sein kann von der Menge des angebotenen Arsens. Deshalb wurde Probe IV bei dem kleins- ten möglichem Arsen Fluss, d.h. im stöchiometrischen Verhältnis zwischen Ga und Yüklə 5,01 Kb. Dostları ilə paylaş:
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