26.11.2010
In unverspannten Halbleiternanostrukturen kommt es durch Quanteneffekte zu einer Kopplung von leichten und schweren Lochbändern. Diese Bandmischung führt nicht nur zu einer Kreuzung der Lochbänder im Impulsraum, sondern verursacht auch eine Mischung ihrer Spineigenschaften und verändert dadurch die optischen Auswahlregeln. Bandmischung hat daher weit reichende Konsequenzen für die Licht-Materie Wechselwirkung und speziell für die optischen und magnetischen Eigenschaften von Halbleitern.
In einer Zusammenarbeit der PTB und der Universität Paderborn konnte nun gezeigt werden, dass Bandmischung auch einen großen Einfluss auf Transportphänomene in Halbleiterstrukturen hat. An der PTB wurden dafür ultraschnelle Photoströme durch optische Anregung einer GaAs Quantenfilmprobe mit einem Femtosekundenlaser erzeugt und durch Messung der gleichzeitig emittierten Terahertz-Strahlung nachgewiesen. Dabei kommt es zu einer Oszillation der Stromamplitude bei Erhöhung der Photonenenergie des Anregungslasers. Diese Oszillation ist Ausdruck einer Stromumkehr, die durch die Valenzbandmischung hervorgerufen wird. Anhand detaillierter Bandstrukturrechnungen, die auf den Halbleiter-Bloch-Gleichungen basieren, konnte dies nachgewiesen werden. Die an der Universität Paderborn durchgeführten theoretischen Untersuchungen zeigen ferner, dass die beobachtete Stromumkehr von einem komplizierten Zusammenspiel von Elektronen- und Lochströmen verursacht wird.
Die Beobachtungen sind einzigartig für Photostrom-Experimente, die sehr sensitiv auf Anregung von Ladungsträgern mit einem relativ großen Impuls reagieren. Die vorgestellte Photostrom-Spektroskopie erweist sich damit als eine leistungsstarke Methode zur Untersuchung der Valenzbandstruktur in Halbleiter-Quantenfilmen mit vielfältigen Anwendungen, z.B. im hochaktuellen Forschungsgebiet der Spin-Elektronik.
Ansprechpartner: Mark Bieler
Fachbereich 2.5: Halbleiterphysik und Magnetismus