Quantentransport in Halbleiter-Heterostrukturen

Lange, J.

Book/Report

FZJ-2019-01656

Quantentransport in Halbleiter-Heterostrukturen

Lange, J. (Corresponding author)FZJ*

1996
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3291, I, 114 p. (1996)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21735

Report No.: Juel-3291

Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurde eine verbesserte Herleitung der Envelope Function Approximation dargestellt. Mit ihr ist man in der Lage, Transportsimulationen inHalbleiter-Heterostrukturen unter Einschluß von Streuprozessen mit einem verträglichen Aufwand durchzuführen. Mit dieser neuen Herleitung tauchen verschiedene neue Kopplungsparameter auf. Einer beschreibt eine Spin-Bahnwechselwirkung mit einem Anteil, der nur in Heterostrukturen auftreten kann (der Grenzflächenterm des Rashba-Kopplungskoeffizienten), ein weiterer eine Kopplung zwischen verschiedenen Extrema in der Bandstruktur, die ebenfalls nur in Heterostrukturen existiert. Im Anschluß an die Herleitung der Envelope Function Approximation haben wir eine allgemeine Theorie des Stromtransports in Heterostrukturen dargestellt, die im Prinzip auf der S-Matrix beruht. Bei dem Versuch, die Vorhersagen der Theorie an AlAs in GaAs Einfachbarrien zu überprüfen, fanden wir zwar die vorhergesagte effektiveMasse im Barrierenmaterial (die von der Bandkantenmasse deutlich abweicht), eine Überprüfung der Intervalley-Kopplungskonstante war aber nicht möglich, da ein anderer Prozess in unseren Barrieren zu noch größeren thermischen Strömen führte. Dieser Prozess wurde als Tunneln durch Störstellen identifiziert, die energetisch unterhalb der X-Bandkante des AlAs liegen. Auf der anderen Seite fanden wir eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen den angefitteten Werten für die Rauhigkeit der Grenzflächen der Einfachbarrieren, und den aus Messungen an ähnlichen Schichten bekannten Werten hierfür. Der Einfluß von Grenzflächenrauhigkeit im vertikalen Transport in Heterostrukturen hat sich im Rahmen dieser Arbeit als bisher unterschätzt herausgestellt. Dies hat sich auch in Simulationen zum Transport in AlAs/InGaAs/GaAs Resonanten Tunneldioden herausgestellt, wo eine der charakteristischen Kenngrößen, das Peakto-Valley-Verhältnis, für kleine Barrierendicken fast nur durch Grenzflächenrauhigkeit determiniert ist. In einem weiteren Abschnitt dieser Arbeit wurden berechnete und gemessene Werte für den Spin-Bahn-Wechselwirkungsterm verglichen und eine ausgezeichnete Übereinstimmung festgestellt. Gleichzeitig war es möglich, mit den in dieser Arbeit aus der Kuboformel hergeleiteten Formeln für die Leitfähigkeit den Shubnikov-de Haas- und den Quanten-HallEffekt unter Einschluß der Spin-Bahn-Wechselwirkung zu erklären. Der Vergleich mit dem Experiment zeigt eine gute Übereinstimmung in den wesentlichen Charakteristika, wobei gewisse Abweichungen sich leicht anhand der gemachtenstarken Näherungen erklären. Abschließend haben wir noch Kennlinien von Punktkontakten unter Einschluß der Spin-Bahn-Wechselwirkung berechnet und gefunden, daß man den Spin-Split auch in Punktkontakten in einigen Heterostrukturen sehen können sollte.

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