Spin-orbit coupling effects and 2-dimensional electron gases in InGaAs/GaAsSb heterostructures

Abstract

Schwerpunkt dieser Diplomarbeit waren III-V Halbleiter Heterostrukturen, wobei InGaAs als Quantentopfmaterial und GaAsSb als Barrierenmaterial verwendet wurde. Zwei verschiedene Strukturen kamen zur Anwendung.<br />In der ersten Versuchsserie wurden zweidimensionale Elektronengase charakterisiert.<br />Um die Richtungsabhängigkeit von der Kristallstruktur zu bestimmen wurde der Hall- und der Shubnikov-de Haas Effekt in klassischer Anordnung in verschiedenen Winkeln gemessen. Daraus wurden Elektronenkonzentrationen und Beweglichkeiten berechnet. Das Temperaturprofil der Beweglichkeit und die Differenz der Konzentrationen berechnet aus den beiden Effekten liefern den Beweis für die Existenz und die Eigenschaften des zweidimensionalen Elektronengases.<br />Die zweite Versuchsreihe bestand aus resonanten Tunneldioden in welchen Spin Polarization auf Grund des Rashba Effekts untersucht wurde. In vorherigen Studien wurde dieser Effekt durch magnetische Felder normal zur Stromrichtung verstärkt. Das Ziel war diese magnetischen Felder durch elektrische Felder zu ersetzen. Um die elektrischen Felder zu generieren wurden Elektroden an den Seiten der RTDs angebracht. Die Verstärkung des Rashba Effekts wurde unter Einwirkung von elektrischen und magnetischen Feldern in verschiedenen Anordnungen zueinander untersucht.<br />

This Masterthesis is about III-V semiconductor hetrostuctures containing In- GaAs as well material and GaAsSb as barrier material. Two different kind of structurs were investigated.<br />The first heterostructures were made to investigate and characterize twodimensional electron gases. In order to proof anisotropic behaviours depending on the crystalline structure Hallbars were arranged in different angles.<br />Using the Hall effect and the Shubnikov-de Haas effect the electron densities and mobilities in the two-dimensional channel were calculated. The temperature profile of the mobility and the difference of the electron densities out of the Hall effect and the Shubnikov-de Has effect are giving the proof for the existence of the two-dimensional electron gas.<br />The second set of samples were Resonant Tunnelling Diodes showing Rashba spin splitting. Recent studies used magnetic fields perpendicular to the current to enhance the Rashba spin splitting. The aim was to replace the magnet field by using an electric field. In order to generate an electric field in the RTD structure side-gates were applied to the RTDs. The enhancement of the spin splitting was investigated by applying electric and a magnetic fields in different configurations.