Hochbewegliche zweidimensionale Lochsysteme in GaAs/AlGaAs

101
portdaten gewonnen werden kann. Die Größe von τ
q
bzw. deren Vergleich mit der
Transportstreuzeit τ
t
lässt dann Aussagen zur Gewichtung zwischen langreichweiti-
gen und kurzreichweitigen Streupotenzialen zu, welche aus dem Quotienten zwischen
Transport- und Quantenstreuzeit τ
t
/τ
q
gewonnen werden können. Strebt dieser Quo-
tient aus τ
t
/τ
q
gegen 1, dominieren Streupotentiale kurzer Reichweite, also Streu-
zentren, die sich in der unmittelbaren Umgebung des leitenden Kanals befinden.
Streupotentiale mit langreichweitiger Wirkung werden durch Werte τ
t
/τ
q
> 10 re-
präsentiert und weisen auf eine vom Transportkanal entfernte Lage hin. Insbesondere
für die Ermittlung von τ
t
ist es essentiell, dass der Wert für die effektive Masse m
∗
bekannt ist (siehe Gl. 2.8 und Gl. 2.36). Diese können aufgrund der Komplexität
der Dispersionsrelation im Valenzband der vorgestellten Systeme nicht der Litera-
tur entnommen werden, sonder müssten aufwendig für jedes Einzellsystem berech-
net werden (siehe Kap. 2.4). Die Durchführung solcher numerischer Simulationen
übersteigt den Rahmen dieser Arbeit. Jedoch kann m
∗
aus den ohnehin für die Er-
mittlung von τ
q
gewonnen temperaturabhängigen Transportdaten nach Gleichung
2.34 ermittelt werden. Dabei können schon anhand der so ermittelten m
∗
Aussagen
über die Stärke von Intersubbandwechselwirkungen in den untersuchten Strukturen
getroffen werden.
Für nachfolgende Experimente wurden (110)-orientierten 2DHGs, wegen der Aus-
richtung ihrer Transportebene entlang der [110]- und [001]-Hauptachsen ausgewählt.
Dadurch bietet sich die Möglichkeit τ
q
und m
∗
für den Transport in unterschied-
lich ausgerichtete anisotrope Kristallrichtungen zu untersuchen. Wobei die [110]-
orientierte Transportachse in (110)-Strukturen äquivalente Eigenschaften zu den
Hauptachsen der (001)-orientierten Transportrichtungen ([110] und [110]-orientiert)
aufzeigen muss. Die [001]-Transportachse wäre zudem in (001)-orientierten Proben
der Beobachtung nicht zugänglich. Als variierende Eigenschaft der Probenserie wur-
de die Symmetrie des Einschlusspotentials gewählt, um so den Einfluss des Rashba-
induzierten Spin-Splittings einhergehend mit Intersubband-Wechselwirkungseffekten
auf die Transporteigenschaften genauer zu untersuchen. Dazu wurde je eine MDSI-,
ssd-QW sowie eine dsd-QW Probe auf (110)-orientierten Substraten gewachsen und
mit einer L-förmigen Hallbar-Struktur für die Transportmessung präpariert. Die
Transporteigenschaften der verwendeten MDSI-Struktur wurde bereits in Kapitel
4.3 besprochen. Die grundlegenden Struktur- sowie Transportdaten bei T = 1.2 K
sind für aller Proben in Tabelle 6.1 zusammengefasst.
Es ist zu beachten, dass der in Kapitel 2.5 angegebene Fehler bei der Bestimmung
von m
∗
und τ
q
von < 2% sich nur auf die Anwendung der Näherungsmethode nach
Elhamri bezieht. Die Ungenauigkeiten bei der Bestimmung von m
∗
und τ
q
entstehen
jedoch bei der Ermittlung des temperatur-, bzw. magnetfeldabhängigen Dämpfungs-
terms der SdH-Oszillationen. Dies ist aufgrund der Schwebungseffekte des Längswi-
derstandes, welche durch die Rashba-induzierte Spinaufspaltung des Schwerloch-
bandes hervorgerufen werden, deutlich erschwert. Es wurden deshalb nur die os-

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102
Kapitel 6. T-abhängige Magntotransportuntersuchungen an (110) 2DHG
zillierenden Bereiche für die Auswertung herangezogen, für die ein resultierender
Gesamtfehler kleiner 20% abgeschätzt werden konnte. Aus diesem Grund wurde auf
die Angabe von m
∗
und τ
q
für die [001]-Transportachse der MDSI-Struktur ver-
zichtet. Die Ursache für die gerade in der MDSI-Struktur zusätzlich auftauchenden
Ungenauigkeiten wird im Laufe der im Folgenden beschriebenen Untersuchungen
deutlich.
6.1
Magnetotransport-Charakterisierung
Für die folgenden Experimente wurde je eine MDSI-, ssd-QW sowie eine dsd-QW
Probe auf (110)-orientierten Substraten gewachsen und mit einer L-förmigen Hall-
bar zur Messung ausgestattet. Die grundlegenden Transporteigenschaften von (110)-
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
 
6
2
 µ
 (
1
0
 c
m
/V
s
)
T (K)
  mdsi || [1-10]
  mdsi || [001]
  dsd QW || [1-10]
  dsd QW || [001]
  ssd QW || [1-10]
  ssd QW || [001]
Beweglichkeit 
μ
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
µ
-A
n
is
o
tr
o
p
ie
 (
µ
/µ
)
[1
-1
0
]
[0
0
1
]
T (K)
  dsd
  ssd
  mdsi
Beweglichkeitsanisotropie
a)
b)
Abbildung 6.1: a) Temperaturabhängige Entwicklung der Beweglichkeit µ für die Struk-
turen dsd QW (schwarz), ssd QW (rot) und MDSI (blau). Die gefüllten Symbole bezeichnen
jeweils die [110]-Richtung, die ungefüllten Symbole die [001]-Richtung. b) Beweglichkeits-
anisotropie µ
[110]
/µ
[001]
zwischen den beiden Haupttransportrichtungen in Abhängigkeit
von der Temperatur für dsd QW (schwarz), ssd QW (rot) und MDSI (blau).
orientierten 2DHGs wurden bereits anhand der identischen MDSI-Struktur in Kapi-
tel 4.3 besprochen. Struktur- und Transportdaten bei T = 200 mK der Proben sind
in Tabelle 6.1 zusammengefasst. Die dsd-QW Probe zeigt die mit p = 3.16 × 10
11
cm
−2
die höchste Dichte aller bisher vorgestellten 2DHGs auf und schließt auf-
grund ihrer beidseitigen Dotierung das Einschlusspotential mit der höchsten Sym-
metrie dieser Probenserie ein. Ssd-QW und MDSI-Struktur vergleichen sich auf-
grund ihrer annähernd identischen Ladungsträgerdichte besonders gut, wobei die
MDSI- gegenüber der ssd-QW Struktur die stärkere Asymmetrie des Einschlusspo-
tentials aufweist. Auffallend ist, dass beide QW-Strukturen eine deutlich geringere
Beweglichkeits-Anisotropie als die MDSI-Struktur aufweisen. In Abbildung 6.1a)

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