Magneto-transport in (Ga,Mn)As-based alloys and hybrids

In der vorliegenden Arbeit wurden die Eigenschaften des Magnetotransports von Legierungen und Hybriden auf (Ga,Mn)As Basis untersucht. In paramagnetischen GaAs:Mn-Schichten, die mittels MOVPE abgeschieden wurden, wurden bei tiefen Temperaturen ungewöhnliche positive und negative Magnetowiderstände (MR) beobachtet, die, wie auch in verdünnt-magnetischen II(Mn)-VI-Halbleitern, empfindlich von der Mn-Konzentration abhängen. Man vermutet, daß das Wechselspiel zweier Effekte eine bedeutende Rolle für die beobachteten Magnetowiderstände spielt. Einer ist die vom Magnetfeld abhängige Aufspaltung des Valenzbandes aufgrund der s,p-d-Austauschwechselwirkung. Der andere ist der durch den Manganeinbau induzierte Unordnungseffekt. Die Konkurrenz dieser beiden Effekte ist für die komplizierten MR-Effekte verantwortlich. Die experimentellen Magnetowiderstände in verdünnt-magnetischen II(Mn)-VI und III(Mn)-V-Halbleitern wurden qualitativ durch theoretische Berechnungen mit einem Netzwerk- und einem Beweglichkeitsmodell beschrieben. Im Gegensatz zu durch MBE hergestellten ferromagnetischen Ga1-xMnxAs-Legierungen , die ein negatives N0b zeigen, findet man in den durch MOVPE abgeschiedenen paramagnetischen GaAs:Mn-Schichten durch MCD-Messungen ein positives N0b. Andererseits wechselt das Vorzeichen von N0b in den MOVPE-Proben durch Te-Dotierung nach negativ. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß Betrag und Vorzeichen von N0b durch Veränderungen der lokalen elektronischen Struktur der Mn-Ionen eingestellt werden können, was zu vielfältigen intrinsischen bzw. extrinsischen Magnetotransporteffekten führt. In paramagnetisch-ferromagnetischen GaAs:Mn/MnAs-Hybridstrukturen , die durch MOVPE hergestellt wurden und die MnAs-Cluster mit NiAs-Struktur enthalten, beobachtet man große, ungewöhnliche Magnetowiderstandseffekte. Sie zeigen beispielsweise in einem Magnetfeld von 10 T bei tiefen Temperaturen einen negativen MR von 30%, der mit steigender Temperatur zu einem postiven MR von 160% wechselt. An den ferromagnetischen MnAs-Clustern finden bei tiefen Temperaturen Lokalisierungsprozesse der Ladungsträger statt , während die Cluster bei hohen Temperaturen als Spin-Filter wirken, was für die beobachteten MR-Effekte verantwortlich sein könnte. Es konnte gezeigt werden, daß die magnetischen Eigenschaften und Magnetotransporteigenschaften von GaAs:Mn/MnAs-Hybridstrukturen stark von den Wachstumsparametern abhängen. Tempert man die durch Tieftemperatur-MBE hergestellten Ga1-xMnxAs-Schichten nach dem Wachstum, so bilden sich zwei Arten von MnAs-Clustern, und es zeigt sich in den bei höheren Temperaturen getemperten Hybridstrukturen lediglich ein geringer positiver MR-Effekt. Durch Variation der Kristallzuchtparameter wurde bestätigt, daß die Größe des Spin-Filter-Effektes sowohl durch Form und Größe der Cluster, als auch durch deren Dichte abgestimmt werden kann. Es zeigte sich, daß die ungewöhnlichen Magnetowiderstands- und Halleffekte in durch MOVPE hergestellten GaAs:Mn/MnAs-Hybridstrukturen auch durch unterschiedliche Geometrien sowie durch hydrostatischen Druck verändert werden können. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Stärke der Wechselwirkung zwischen den Ladungsträgerspins und der Magnetisierung der MnAs-Cluster von äußeren physikalischen Parametern abhängt, was zu Veränderungen der Magnetotransporteigenschaften führt.