ISBN 978-3-8439-3757-3

978-3-8439-3757-3, Reihe Physik

Nils Gayer
Magnetotransport und Thermoelektrik in zylindrischen GaAs-Halbleiterstrukturen

162 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit werden die elektronischen und thermoelektrischen Eigenschaften zylinderförmiger Nano- und Mikrostrukturen untersucht.

Die Arbeit widmet sich im ersten Teil zunächst sogenannten Mikrorollen. Dabei handelt es sich um per Molekularstrahlepitaxie gewachsene, aufgrund der Gitterfehlpassung verspannte, InGaAs/AlGaAs/GaAs- Heterostrukturen mit integriertem GaAs-Quantentopf, die nach dem Entfernen einer AlAs-Opferschicht durch Aufbiegen mit einem Radius auf der Mikrometerskala relaxieren.

Mit Hilfe von Bandstrukturrechnungen und einem verspannungstheoretischen Modell wird das Design der Mikrorollen so gewählt, dass der Quantentopf beim Aufbiegen ein sogenanntes aufgerolltes zweidimensionales Elektronensystem (A2DES) mit weniger als einer vollen Umdrehung enthält. Das 2DES wird vor dem Aufrollen mittels Photolithographie in die Form eines Hall-Streifens strukturiert und über Metallzuleitungen kontaktiert. Anhand von Magnetotransportmessungen kann die Existenz des 2DES nachgewiesen und die Lage der Kontakte auf dem Rollenumfang ermittelt werden. Ein zusätzlicher Metallstreifen fungiert als Joulescher Heizer. Aufgrund einer deutlich reduzierten thermischen Leitfähigkeit gegenüber dem Volumenmaterial lässt sich ein signifikanter Temperaturgradient entlang der Rolle erzeugen. Damit lässt sich der Nullfeld-Seebeck-Koeffizient messen. Es werden außerdem erste Magnetothermotransportmessungen gezeigt.

Der zweite Teile untersucht sogenannte Nanosäulen. Diese werden in per Molekularstrahlepitaxie gewachsene AlGaAs/GaAs-Heterostrukturen integriert, indem über ein lokales Tröpfchenätzverfahren Nanolöcher geätzt und anschließend überwachsen werden. Auf diese Weise sind die in einer AlGaAs-Matrix eingebetteten Nanosäulen epitaktisch mit den darüber und darunter liegenden GaAs-Schichten verbunden und können so elektrisch kontaktiert werden.

Die Nanosäulen werden bei entsprechender Dotierung der AlGaAs-Matrix von einem 2DES ummantelt. Dies wird anhand von Oszillationen im Magnetowiderstand nachgewiesen. Die Aharonov- Bohm-ähnlichen Oszillationen lassen sich auf phasenkohärente Zustände eines zylinderförmigen 2DES im Säulenmantel zurückführen. Der dabei zugrunde gelegte Radius gleicht dem aus

Strukturuntersuchungen ermittelten Wert.