Herstellung und Charakterisierung von Mangan dotierten III-V Halbleiterheterostrukturen

摘要

Gegenstand dieser Arbeit ist das Wachstums von Mangan dotierten III-V Halbleiterheterostrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie. Die Charakterisierung erfolgte im Wesentlichen mit Magnetotransportmessungen bei Temperaturen von 300K bis 20mK und Magnetfeldern bis 19T. Es wurden zum einen ferromagnetische GaMnAs Schichten und zum anderen mit Mn magnetisch modulationsdotierte zweidimensionale Ladungsträgersysteme untersucht. udBei der Herstellung der ferromagnetischen GaMnAs Schichten stand die Verbesserung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften im Mittelpunkt. Hauptziel war es, das Wachstum für die Integration der GaMnAs Schichten in weiterführende Heterostrukturen zu optimieren. Die Verbesserung der Kristallqualität und der Einfluss der Pufferschichten, waren von zentralem Interesse. Es konnten GaMnAs Schichten auf (001), (311)A und (311)B orientierten GaAs Substraten mit derzeit aktuellen Curietemperaturen hergestellt werden. Zusätzlich wurde das Wachstum ferromagnetischer GaMnAs Schichten auf nichtpolaren (110) GaAs Substraten etabliert und anschließend auf das Überwachsen von [110] Spaltkanten übertragen. Als erste Anwendung wurden mit diesem Verfahren magnetische bipolare p-n Übergänge hergestellt.udFür die Realisierung magnetischer zweidimensionaler Lochsysteme wurden In0.75Al0.25As/In0.75Ga0.25As/InAs Quantenwellstrukturen verwendet. Da für diese Strukturen keine geeigneten Substrate zur Verfügung stehen, müssen auf herkömmliche (001) GaAs Substrate zunächst Pufferschichten zur Verspannungsrelaxierung hergestellt werden, bei denen der In-Gehalt graduell erhöht wird. Zur Kontrolle dieser Schichten wurden zunächst Si-dotierte zweidimensionale Elektronensysteme auf diesen Pufferschichten hergestellt. Es wurde sowohl an den 2DEGs, als auch an den M2DHGs Magnetotransportexperimente durchgeführt. Die Transportmessungen bei tiefen Temperaturen, insbesondere im mK-Bereich lieferten bei den magnetischen zweidimensionalen Lochsystemen einige überraschende Ergebnisse. Während bei allen Si dotierten Elektronen- und den mit Mn nicht invertiert dotierten Lochsysteme um B=0T schwache Lokalisierungseffekte auftreten, zeigen alle invertiert und beidseitig mit Mn dotierten Strukturen bei senkrecht zur Schichtebene angelegtem Magnetfeld einen enormen Widerstandsanstieg um B=0T. Bei höheren Magnetfeldern sind jedoch die für 2D Systeme typischen Shubnikov-de-Haas Oszillationen im Längswiderstand und Hallplateaus im Querwiderstand detektierbar.