Hochbewegliche zweidimensionale Lochsysteme in GaAs/AlGaAs

6.3. Streuzeiten
115
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
 dsd || [1-10]
 dsd || [001]
 ssd || [1-10]
 ssd || [001]
 mdsi || [1-10]
 
T (K)
Transportstreuzeit t
t
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
 dsd || [1-10]
 dsd || [001]
 ssd || [1-10]
 ssd || [001]
 mdsi || [1-10]
T (K)
Quantenstreuzeit t
q
a)
b)
t
 (
p
s
)
t
 t
 (
p
s
)
q
Abbildung 6.6: Temperaturabhängige Entwicklung von Transportstreuzeit τ
t
(a) und
Quantenstreuzeit τ
q
(b) für die Strukturen dsd QW (schwarz), ssd QW (rot) und MDSI
(blau). Die gefüllten Symbole bezeichnen jeweils die [1
10]-Richtung und die ungefüllten
Symbole die [001]-Richtung.
= 139 ps um den Faktor 2.6 bzw. 2.7 deutlich höher als die entsprechenden Werte
der ssd-QW Struktur. Mit τ
t,[110]
= 421 ps weist die MDSI-Struktur durch die hohe
m
∗
den mit Abstand größten Wert auf. Ferner ist zu beobachten, dass τ
t
nur für
die MDSI-Struktur mit sinkender Temperatur zunimmt. Die außerordentlich hohe
Mobilität der Probe, vor allem in Kombination mit ihrer hohen effektiven Masse
von m
∗
= 0.72 m
0
bedingt, dass ein Großteil der Streuprozesse für große Winkel eli-
miniert sind. Verbleibende Kleinwinkel-Streuprozesse scheinen deutlich stärker von
der Temperatur beeinflusst zu sein, was in der folgenden Betrachtung der Quanten-
streuzeit τ
q
und in der Gegenüberstellung von τ
t
und τ
q
deutlich wird.
Die in Kapitel 2.5 vorgestellte Methode zur Berechnung von τ
q
lässt unter Ver-
wendung der oben ermittelten effektiven Masse eine Auftragung der Werte über die
Temperatur zu (siehe Abbildung 6.6b)). Die Quantenstreuzeit τ
q
beschreibt aufgrund
des fehlenden Gewichtungsfaktors für den Streuwinkel (Gl. 2.22) das Auftreten win-
kelunabhängiger Streuprozesse. Am Verlauf von τ
q
der MDSI-Struktur wird deutlich,
dass die zuvor getroffene Annahme der Temperaturabhängigkeit von Streuprozessen
allgemein erfüllt ist. Die Streuzeit τ
q
nimmt ausgehend von τ
q
(600 mK) = 3.8 ps
um den Faktor 2 auf τ
q
(250 mK) = 7.6 ps zu. Für die Verläufe der beiden anderen
Strukturen ist ein derartiger Anstieg nicht zu erkennen. Im Rahmen der Messgenau-
igkeit können diese als annähernd konstant betrachtet werden. Auffallend ist jedoch,
dass τ
q,[110]
= 6 ps bzw. τ
q,[001]
= 4.6 ps für die ssd-QW Struktur für beide Transpor-
trichtungen deutlich höher ist als τ
q,[110]
= 2.6 ps bzw. τ
q,[001]
= 1.7 ps der dsd-QW
Struktur. Dies ist ein inverses Verhalten zu den Werten der Transportstreuzeiten.
Aus dem Verhältnis τ
t
/τ
q
können Aussagen bezüglich der Art bzw. der Lage der
Streupotentiale getroffen werden. In der Literatur werden Werte von τ
t
/τ
q
< 10 als

---

116
Kapitel 6. T-abhängige Magntotransportuntersuchungen an (110) 2DHG
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0
20
40
60
80
100
120
140
 dsd || [1-10]
 dsd || [001]
 ssd || [1-10]
 ssd || [001]
 mdsi || [1-10]
T (K)
t
 /
 t
t
q
Abbildung 6.7: Temperaturabhängiges Verhältnis τ
t
/τ
q
von Transport- zu Quantenstreu-
zeit für die Strukturen dsd QW (schwarz), ssd QW (rot) und MDSI (blau). Die gefüll-
ten Symbole bezeichnen jeweils die [110]-Richtung und die ungefüllten Symbole die [001]-
Richtung.
kurzreichweitige Streuphänomene, also Quellen für Streuphänomene in der unmittel-
baren Umgebung des leitenden Kanals beschrieben [59], [118]. Die für hochbewegli-
che 2DHG-Strukturen typischen langreichweitigen Streupotentiale werden mit Wer-
ten τ
t
/τ
q
∼ 50 oder größer angegeben [25] und weisen auf deren vom Transportkanal
entfernte Lage hin. Wie in Abbildung 6.7 zu sehen, sind die Verhältnisse von τ
t
/τ
q
für die MDSI-und dsd-QW Struktur mit Werten zwischen 55 und 80 deutlich im Re-
gime hochbeweglicher 2D-Strukturen. Während τ
t
/τ
q
für die beiden QW-Strukturen
konstant bleibt, verringert sich das Verhältnis der MDSI-Struktur mit sinkender
Temperaturen. Es erweckt den Anschein, als würden gerade sehr langreichweitige
Streupotentiale zu tiefen Temperaturen hin zunehmend unterdrückt. Die Tatsache,
dass sich τ
t
/τ
q
für die ssd-QW Struktur mit Werten nur leicht größer als 10 bestimmt,
lässt auf die Anwesenheit, sehr kurzreichweitiger Streupotentiale in der unmittelba-
ren Umgebung des Ladungstransports schließen. Die ssd-QW Struktur wurde unter
identischen Bedingungen wie die beiden anderen untersuchten Strukturen gewach-
sen. Dominante Effekte an QW-nahen Streupotentialen wie der Grenzfläche des
Heteroübergangs können deshalb ausgeschlossen werden. Als möglicher Effekt kann
eine starke Intersubband-Wechselwirkung für den untersuchten Bereich von k
F
in

---

6.4. Diskussion
117
Erwägung gezogen werden. Diese ist besonders stark in den mit diesen Messungen
nicht vorhersagbaren Crossing-und Anticrossing-Bereichen der Dispersionsrelation
ausgeprägt. Die Annahme starker bzw. veränderlicher Intersubband-Streuung wird
unterstützt durch das sprunghafte Verhalten der Beweglichkeit bei T = 450 mK
bzw. T = 600 mK (Abbildung 6.1), sowie dem ebenfalls sprunghaften Anstieg in der
Amplitude in den SdH-Oszillationen bei T = 450 mK (Abbildung 6.2c, d)). Schein-
bar können die Spin-aufgespalteten Schwerlochbänder dieser Struktur aufgrund der
thermischen Anregung der Löcher für T > 600 mK nicht aufgelöst werden. Dies ist
ein starker Hinweis auf eine energetisch besonders geringen Separation welche auf
∆E = 0.05 meV abgeschätzt werden kann. Liegen Subbänder in der Dispersions-
relation besonders nahe zusammen, geht dies einher mit verstärkter Intersubband-
wechselwirkung, welche als Streupotential kurzer Reichweite interpretiert werden
kann.
6.4
Diskussion
Die in den Vorkapiteln gewonnen Strukturdaten sind in Abhängigkeit ihrer Trans-
portrichtungen in Tabelle 6.2 zusammengefasst. Eine Ausnahme bildet die MDSI-
Struktur für welche entlang der [001]-Richtung aufgrund der zu grossen Ungenau-
igkeit m
∗
nicht angegeben wird. Dadurch konnten auch keine Werte für τ
t
und τ
q
ermittelt werden. Zusätzlich wurde für alle Strukturen die mittlere freie Weglänger
l der Löcher berechnet, bei der MDSI-Struktur unter Annahme isotroper Werte für
m
∗
und Verwendung gemessener anisotroper Werte von τ
t
. Mit Hilfe von m
∗
der ver-
Struktur
Richtung
p
µ
m
∗
l
τ
t
τ
q
τ
t
/τ
q
(10
11
cm
−2
)
(10
6
cm
2
/Vs)
(m
0
)
(µm)
(ps)
(ps)
dsd
[110]
3.16
0.91
0.38
8.5
194
2.6
76.8
QW
[001]
0.64
0.38
6.0
134
1.74
80
ssd
[110]
1.17
0.62
0.22
3.5
77
6
12.8
QW
[001]
0.42
0.22
2.35
52
4.6
11.6
MDSI
[110]
1.25
1.03
0.72
6.0
421
7.6
55.7
[001]
0.54
-
3.2
-
-
-
Tabelle 6.2: Struktur und Bandparameter wie Ladungsträgerdichte p, Beweglichkeit µ,
effektive Masse m
∗
, mittlere freie Weglänge (l), Transport- und Quantenstreuzeit τ
t
und
τ
q
und deren Quotient τ
t
/τ
q
außer m
∗
für beide Haupttransportrichtungen ermittelt bei T
= 250 mK.
schiedenen 2DHGs lässt sich ferner eine Fülle weiterer Strukturparameter berechen.
Der Fermi-Wellenvektor k
F
, die Fermi-Geschwindigkeit v
F
, sowie die Fermi-Energie

---