Transportmessungen mittels Hall-Effekt und Quanten-Hall-Effekt an III-V Halbleiterheterostrukturen

Appenzeller, J.

Book/Report

FZJ-2018-03563

Transportmessungen mittels Hall-Effekt und Quanten-Hall-Effekt an III-V Halbleiterheterostrukturen

Appenzeller, J. (Corresponding author)FZJ*

1991
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2508, IV, 92 p. (1991)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18943

Report No.: Juel-2508

Abstract: Untersucht wurden sowohl verspannte als auch unverspannte modulationsdotierte In$_{x}$Ga$_{1-2}$As/InP-Heterostrukturen. Zunächst wurde bei dem unverspannten In$_{0.53}$Ga$_{0.47}$Aa/InP-System die InGaAs-Schichtdicke zwischen 1.2 $\mu$m und 50 nm variiert. Hierbei bestand das Interesse daran, die InGaAs-Schichtdicke zu ermitteln, ab der die Beweglichkeit für tiefe Temperaturen aufgrund des zu großen Einflusses der Oberflächenzustände rapide abfällt. Es ergibt sich ein Verlauf von $\mu$ in Abhähgigkeit con der InGaAs-Dicke, der kein monotones Verhalten aufzeigt. Zwar nimmt die Schichtladungsträgerkonzentration durch die Reduktion der InGaAs-Deckschicht kontinuierlich ab, die Beweglichkeit zeigt jedoch ein deutliches Maximum bei InGaAs-Schichtdicken zwischen 150 nm und 250 nm. SdH- und QHE-Messungen ergaben, daß der sprunghafte Anstieg der Beweglichkeit von ca. 180000 cm$^{2}$/V s für Schichtdicken größer als 250 nmauf 210000 cm$^{2}$/V s für eine 200 nm InGaAs-Schicht auf das Entfallen der Intersubbandstreuung zurückzuführen ist. Zur Herstellung der verspannten In Ga$_{x}$Ga$_{1-2}$As/InP-Strukturen, die zum Erreichen noch größerer Beweglichkeiten gewachsen wurden, verwendeten wir als Deckschicht eine 150 nm dicke In$_{0.53}$Ga$_{0.47}$As-Schicht. Diese erfüllt zum einen die Bedingung hoher Beweglichkeit und zum andern eignet sie sich für weitere Strukturierungssehritte, dadurch daß das 2D-Elektronengas nicht zu tief vergraben liegt. Zwischen dieser Deckschicht und dem InP-Spacer wurde eine In$_{2}$Ga$_{1-2}$As-Schicht von 10 nm mit variierendem ${x}$-Wert gewachsen. Durch das Abscheiden von nicht an das InP-gitterangepaßtem Material unterhalb der kritischen Schichtdicke für x < 0.77 erreicht man die Bildung einer verspannten Schicht, in der sich das 2DEG ausprägt. Durch die Reduktion der Legierungsstreuung zusammen mit einer Abnahme der effektiven Masse sowie einer Erhöhung der Leitungsbanddiskontinuität, wodurch sich eine Erhöhung der Schichtladungsträgerkonzentration ergibt, erhöht sichdie Tieftemperaturbeweglichkeit bei ca. 6K auf einen maximalen Wert für x = 0.77 von 450000 cm$^{2}$ /V s. Jenseits dieses x-Wertes ist ein starker Abfallder Beweglichkeit zu erkennen, da die In$_{x}$Ga$_{1-2}$As-Schicht nicht mehr epitaktisch ist, und dadurch Versetzungen die Elektronenbeweglichkeit herabsetzen. Schichtsysteme mit den oben genannten hohen Beweglichkeiten sind für Transportmessungen, bei denen eine hohe elastische freie Weglänge benötigt wird, sehr gut geeignet. Messungen von R$_{xx}$für kleine Magnetfelder an Quantendrähten mit elektrischen Weiten zwischen 400 nm und 900 nm wurden durchgeführt und zeigten die für das "confinement " typischen Magnetowiderstandmaxima für B > 0, bevor SdH-Oszillationen einsetzen. Es ist somit insgesamt gelungen, ein System hoher Beweglichkeit und guter Schichtkonzentration zu finden, wodurch sowohl Quanteneffektmessungen, z. B. Quanteninterferenzeffekte oder Messungen an Punktkontakten als auch Bauelementeherstellung, wie z. B. HEMT, ermöglicht werden. Weitere Arbeiten, die aufbauend auf den momentanen Wissensstand ein tieferes Verständnis in den Ladungstransport bei InGaAs/InP-Heterostrukturen erbringen könnten, sollten sich mit der Strukturierung von verspannten Schichtpaketen beschäftigen. Denkbar ist auch die Ersetzung des InP-Materials durch AlInAs, wodurch eine weitere Erhöhung der Leitungsbanddiskontinuität an der Halbleitergrenzschicht erreicht würde und noch größere Beweglichkeiten realisiert werden könnten. Im Zusammenhang mit der Erstellung von Bauelementen ist vor allem eine gute Schottky-Barriere an der Probenoberfläche notwendig. Vielversprechend erscheint sowohl eine Oberflächenbehandlung (z. B. mit P$_{2}$S$_{5}$ /(NH$_{4}$)$_{2}$S ([20])) als auch die epitaktische Abscheidung einer p-dotierten InP-Deckschicht.

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