Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung und die Herstellung von Halbleiterheterostrukturen, um mit elektrischen Transportexperimenten den Nachweis der elektrischen Injektion spinpolarisierter Elektronen in ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) zu erbringen.
Hochbewegliche GaAs/AlGaAs-2DEG-Heterostrukturen wurden mit Kontakten aus dem verdünnten magnetischen Halbleiter ZnMnSe versehen, der sich bei tiefen Temperaturen und kleinem externen Magnetfeld durch eine nahezu vollständige Polarisation der Elektronenspins auszeichnet.
Ein in dieser Arbeit vorgestelltes Konzept erbringt den Nachweis der Spininjektion auf der Grundlage der den niederdimensionalen Systemen eigenen Quanteneffekte. Die theoretischen Betrachtungen im ganzzahligen Quanten-Hall-Regime vollständiger Randkanalleitung beziehen die durch die Zeeman-Aufspaltung des Leitungsbandes hervorgerufene Spinpolarisation der Kontakte und die durch Spin-Bahn-Effekte verursachte Equilibrierung zwischen spinaufgespaltenen Randkanälen mit ein.
Mittels Molekularstrahlepitaxie gelang die Zucht strukturell hochwertiger, n-leitender ZnMnSe-Schichten auf unterschiedlichen GaAs-Oberflächen. Die strukturelle Qualität und der stöchiometrische Mn-Gehalt ließen sich durch Röntgendiffraktometrie ermitteln. Magnetfeldabhängige Photolumineszenzmessungen verifizierten die für die Spininjektion so bedeutende riesige Zeeman-Aufspaltung im Leitungsband der ZnMnSe-Proben und dienten zur Bestimmung des effektiven g-Faktors sowie des effektiven und strukturellen Mn-Gehalts. Der Magnetowiderstand bei tiefen Temperaturen zeigte dabei den auch für andere verdünnte magnetische Halbleiter typischen Verlauf.
Die GaAs/AlGaAs-2DEG-Heterostruktur wurde unterstützt durch Bandstruktursimulationen hinsichtlich der Reduktion interner Potentialbarrieren weiter entwickelt, optimierte Wachstumsbedingungen resultierten in einem deutlichen Anstieg der Elektronenbeweglichkeit. Besondere Aufmerksamkeit erfuhr die Grenzflächenpräparation am heteropolaren ZnMnSe-Ga(Al)As-Übergang, die einen maßgeblichen Einfluss auf die energetische Leitungsbandanpassung zwischen dem II-VI und dem III-V-Halbleiter ausübt.
Erstmals konnte im Rahmen dieser Arbeit an einer mit semimagnetischen ZnMnSe-Kontakten versehenen GaAs/AlGaAs-Heterostruktur Quantentransport gemessen werden
