Angeregtes GaAs: Indizien für Effekte der Blochoszillation in einem natürlichen Halbleiter

In der vorliegenden Arbeit wird ein elektrisch aktivierter Zustand von GaAs mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit untersucht. Dieser Zustand wird als 'angeregtes GaAs' bezeichnet. Experimentell wurde angeregtes GaAs durch Anlegen kurzer Spannungspulse an ein GaAs-Kristall erzeugt. Es entstand im Spannungspuls für Amplituden oberhalb einer Schwellenspannung und manifestierte sich in der Strom-Spannungscharakteristik durch einen Stromanstieg. Unter dem Einfluss eines THz-Feldes, zusätzlich zum Spannungspuls, wurde eine Reduktion der Leitfähigkeit beobachtet. Messungen an nicht-angeregtem GaAs zeigten eine dazu unterschiedliche Leistungsabhängigkeit der Reduktion. Eine Interpretation dieser Beobachtungen wird aus theoretischen Untersuchungen eines geeigneten Modellsystems abgeleitet. Demnach wird der angeregte Zustand von GaAs durch den Transfer freier Ladungsträger in hochenergetische Zustände erzeugt. Die erhöhte Leitfähigkeit wird durch den Ladungsträgertransport in einem höheren Leitungsband erklärt. Die im Experiment höhere absolute Stromstärke impliziert, dass das Auftreten des angeregten Zustandes von Stoßionisationsprozessen begleitet wird. Die Dynamik ist nach dem Modell auf die Blochsche Dynamik der Elektronen im periodischen Potential des Kristallgitters unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zurückführbar. Daraus folgernd kann ein Auftreten von Blochoszillationen und die Beobachtbarkeit damit verbundener nicht-linearer Effekte in Aussicht gestellt werden. Dazu lieferte die beobachtete Reduktion der Leitfähigkeit durch THz-Strahlung erste experimentelle Indikationen. Aus Anpassung der Modellparameter zur Wiedergabe der experimentellen Ergebnisse ergibt sich eine charakteristische Streuzeit in angeregtem GaAs von 150 fs oder höher. Die Reduktion der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der THz-Leistung wird sowohl für angeregtes als auch für nicht-angeregtes GaAs durch das Modell in guter Übereinstimmung zum Experiment wiedergegeben