Forschungsprojekte
THz-Erzeugung an Halbleiter-Oberflächen und deren Überhöhung durch ein angelegtes Magnetfeld
Erzeugung von THz-Stahlung an Halbleiter-Oberflächen durch das Oberflächen-Verarmungs/Anreicherungs-Feld ist eine oft verwendete und bereits detailiert untersuchte Methode. Dabei kann die Effektivität der THz-Erzeugung durch das Anlegen eines externen Magnetfeldes erheblich vergrößert werden. Wir haben dazu die Abhängigkeiten der THz-Leistungsüberhöhung für verschiedene Halbleitermaterialien (InSb, InAs, InP, GaAs, GaSb) systematisch untersucht. Insbesondere konnten wir dabei den Anteil der THz-Strahlung, welcher durch das zusätzliche Magnetfeld erscheint, von dem des Oberflächen-Verarmungs/Anreicherungs-Feldes unterscheiden. Dies war durch eine zeitaufgelöste Messung der THz-Wellenform möglich.
Ein einfaches Lorentz-Modell für die Beschleunigung der Ladungsträger in einer linearen Näherung führt zu einem quadratischen Verhalten der THz-Leistung als Funktion des angelegten Magnetfeldes bis zu 1 Tesla. Der Skalierungsfaktor dieser Anhängigkeit ist invers proportional zur effektiven Elektronenmasse:
Die größte Überhöhung konnte für InSb, das die kleinste effektive Elektronenmasse der untersuchten Halbleiter hat, erreicht werden. Durch die kleine effektive Elektronenmasse sättigt die Überhöhung bereits bei 0.5 Tesla äußerem Magnetfeld. Jedoch die absolut höchste THz-Leistung konnte, selbst ohne angelegtes Magnetfeld, mit InAs erreicht werden. Dieses Material ist somit den anderen Halbleitern InSb, InP, GaSb und GaAs vorzuziehen und zeigt selbst keine Anzeichen der Sättigung für Magnetfelder bis zu 1,2 Tesla.
Schlagwörter:
Terahertz (THz), THz-Erzeugung, Halbleiter-Oberflächen, Oberflächenemitter, Magnetfeld, Magnetfeldüberhöhung, THz-Quelle, Zeit-Bereichs-Spektroskopie (TDS)
Referenzen:
[1] "Origin of magnetic field enhancement in the generation of terahertz radiation from semiconductor surfaces", J. Shan, C. Weiss, R. Wallenstein, R. Beigang, and T. F. Heinz, Optics Letters, Vol. 26, No. 11, p. 849-851 (2001)
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[2] "Magnetic field enhanced generation of THz radiation in semiconductor surfaces", C. Weiss, R. Wallenstein, and R. Beigang, Appl. Phys. Lett., Vol. 77, p. 4160 (2000)
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