Prof. Dr. Gerhard Abstreiter, Ordinarius für Experimentelle Halbleiterphysik I an der TU München, erhielt mehrere Preise (u. a. Leibnizpreis 1987, Max-Born-Preis 1998, Schellingpreis 2006) und ist seit 2007 ordentliches Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.
Resonante inelastische Lichtstreuung ist eine ideale Methode zur Untersuchung von elektronischen Anregungen in Halbleitern. Nach ausführlichen Untersuchungen zum Resonanzverhalten von kollektiven und Einteilchen- Anregungen in homogen dotiertem GaAs gelang im Rahmen dieser Arbeit erstmalig die Beobachtung elektronischer Ramanstreuung von einem quasi-zweidimensionalen Elektronengas in GaAs/n-AlxGa1-xAs-Heterostrukturen. Die experimentell einfache Unterscheidungsmöglichkeit von verschiedenen Inter- und Intra-Subbandanregungen ermöglichte die Untersuchung einer Vielzahl elektronischer Eigenschaften in zweidimensionalen Ladungsträgersystemen. Insbesondere der Unterschied zwischen Einteilchenintersubbandanregungen und entsprechenden kollektiven Anregungen erlaubte die direkte Bestimmung von Depolarisationsverschiebung und Coulomb-Matrixelementen. In polaren Halbleitern wie GaAs und InP koppeln die kollektiven elektronischen Anregungen mit den LO-Phonon-Moden. Dies führt zu einer Aufspaltung der beobachteten Linien. Voraussetzung für diese Untersuchungen ist die starke Erhöhung des Streuquerschnitts der Anregungen unter Resonanzbedingung. Diese Bedingung (Laserenergie ungefähr gleich zur Energielücke des Halbleiters) konnte bisher für folgende Halbleitersysteme erfüllt werden: Einfach-Heterostrukturen (GaAs/n-AlxGa1-xAs, GaAs/Ge), Legierungsvielschichtstrukturen (GaAs/AlxGa1-xAs), Dotierungsvielschichtstrukturen (n-GaAs/p-GaAs), MIS-Strukturen (n-InP, n-InAs) und p-Kanal-Si-MOS-Strukturen. Dabei gelang es in fast allen Beispielen, sowohl Einteilchen- wie auch kollektive Intersubbandanregungen und die Wechselwirkung mit optischen Phononen zu studieren. Als besonders aufschlussreich erwiesen sich die periodischen Dotierungsvielschichtstrukturen, da es durch Variation der optischen Anregungsintensität gelungen ist, den Übergang von quasi-zweidimensionalem zu quasi-dreidimensionalem Verhalten zu verfolgen.
Übersetzte Kurzfassung:
Resonant inelastic light scattering is an ideal method for the study of electronic excitations in semi-conductors. After extensive studies regarding the resonance characteristics of collective and single particle excitations in homogenously doped GaAs within the scope of this work the observation of electronic Raman-scattering of quasi two-dimensional electron gases in GaAs/n-AlxGa1-xAs heterostructures succeeded for the first time. The experimentally simple possibility of distinction of different Inter- and Intra-Subband excitations provided the study of a plurality of electronic characteristics in two-dimensional charge carrier systems. Particularly the difference between single particle Inter Subband excitations and equivalent collective excitations allowed the direct determination of depolarisation shifting and Coulomb matrix elements. In polar semi-conductors like GaAs and InP the collective electronic excitations couple with the LO-Phonon modes. This leads to a splitting of the observed lines. A basis for these studies is the strong increase of the scattering cross-section of the excitations under resonance conditions. This condition (laser-energy approximately equal to energy gap of the semi-conductor) was achieved for the follwing semi-conductor systems: single hetero structures (GaAs/n-AlxGa1-xAs, GaAs/Ge), alloy multi-layer systems (GaAs/AlxGa1-xAs), doping multi-layer systems (n-GaAs/p-GaAs), MIS structures (n-InP, n-InAs) and p-channel-Si-MOS structures. Thereby it succeeded in almost all examples to study both single particle and collective Intersubband excitations and the interaction with optic phonons. The periodic doping multi layer structures proved to be particularly revealing, because it succeeded to trace the transition of quasi two-dimensional to quasi three-dimensional characteristics using variation of the optic excitations activity.
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