We report magnetotransport measurements of a SiGe heterostructure containing a 20 nm p-Ge quantum well with a mobility of 800 000 cm2 V−1 s−1. By dry etching arrays of wires with widths between 1.0 μm and 3.0 μm, we were able to measure the lateral depletion thickness, built-in potential, and the phase coherence length of the quantum well. Fourier analysis does not show any Rashba related spin-splitting despite clearly defined Shubnikov-de Haas oscillations being observed up to a filling factor of ν = 22. Exchange-enhanced spin-splitting is observed for filling factors below ν = 9. An analysis of boundary scattering effects indicates lateral depletion of the hole gas by 0.5 ± 0.1 μm from the etched germanium surface. The built-in potential is found to be 0.25 ± 0.04 V, presenting an energy barrier for lateral transport greater than the hole confinement energy. A large phase coherence length of 3.5 ± 0.5 μm is obtained in these wires at 1.7 K.
References
1.
C.
Shen
, T.
Trypiniotis
, K. Y.
Lee
, S. N.
Holmes
, R.
Mansell
, M.
Husain
, V.
Shah
, H.
Kurebayashi
, I.
Farrer
, C. H.
deGroot
, D. R.
Leadley
, G.
Bell
, E. H. C.
Parker
, T.
Whall
, D. A.
Ritchie
, and C. H. W.
Barnes
, Appl. Phys. Lett.
97
, 162104
(2010
).2.
Y.
Zhou
, W.
Han
, L.-T.
Chang
, F.
Xiu
, M.
Wang
, M.
Oehme
, I. A.
Fischer
, J.
Schulze
, R. K.
Kawakami
, and K. L.
Wang
, Phys. Rev. B
84
, 125323
(2011
).3.
Y.
Hu
, H. O. H.
Churchill
, D. J.
Reilly
, J.
Xiang
, C. M.
Lieber
, and C. M.
Marcus
, Nat. Nanotechnol.
2
, 622
(2007
).4.
H.
Saito
, S.
Watanabe
, Y.
Mineno
, S.
Sharma
, R.
Jansen
, S.
Yuasa
, and K.
Ando
, Solid State Commun.
151
, 1159
(2011
).5.
A.
Jain
, J.-C.
Rojas-Sanchez
, M.
Cubukcu
, J.
Peiro
, J. C.
Le Breton
, E.
Prestat
, C.
Vergnaud
, L.
Louahadj
, C.
Portemont
, C.
Ducruet
, V.
Baltz
, A.
Barski
, P.
Bayle-Guillemaud
, L.
Vila
, J.-P.
Attané
, E.
Augendre
, G.
Desfonds
, S.
Gambarelli
, H.
Jaffrès
, J.-M.
George
, and M.
Jamet
, Phys. Rev. Lett.
109
, 106603
(2012
).6.
F.
Pezzoli
, F.
Bottegoni
, D.
Trivedi
, F.
Ciccacci
, A.
Giorgioni
, P.
Li
, S.
Cecchi
, E.
Grilli
, Y.
Song
, M.
Guzzi
, H.
Dery
, and G.
Isella
, Phys. Rev. Lett.
108
, 156603
(2012
).7.
C.
Payette
, K.
Wang
, P. J.
Koppinen
, Y.
Dovzhenko
, J. C.
Sturm
, and J. R.
Petta
, Appl. Phys. Lett.
100
, 043508
(2012
).8.
D. J.
Paul
, Semicond. Sci. Technol.
19
, R75
(2004
).9.
J. R.
Petta
, A. C.
Johnson
, J. M.
Taylor
, E. A.
Laird
, A.
Yacoby
, M. D.
Lukin
, C. M.
Marcus
, M. P.
Hanson
, and A. C.
Gossard
, Science
309
, 2180
(2005
).10.
M.
Cardona
, N. E.
Christensen
, and G.
Fasol
, Phys. Rev. B
38
, 1806
(1988
).11.
E.
Yablonovitch
, H. W.
Jiang
, H.
Kosaka
, H. D.
Robinson
, D. S.
Rao
, and T.
Szkopek
, Proc. IEEE
91
, 761
(2003
).12.
E. J.
Loren
, J.
Rioux
, C.
Lange
, J. E.
Sipe
, H. M.
van Driel
, and A. L.
Smirl
, Phys. Rev. B
84
, 214307
(2011
).13.
C.
Guite
and V.
Venkataraman
, Appl. Phys. Lett.
101
, 252404
(2012
).14.
M. H.
Kolodrubetz
and J. R.
Petta
, Science
325
, 42
(2009
).15.
A.
Dobbie
, M.
Myronov
, R. J.
Morris
, A. H. A.
Hassan
, M. J.
Prest
, V. A.
Shah
, E. H. C.
Parker
, T. E.
Whall
, and D. R.
Leadley
, Appl. Phys. Lett.
101
, 172108
(2012
).16.
O. A.
Mironov
, A. H. A.
Hassan
, R. J. H.
Morris
, A.
Dobbie
, M.
Uhlarz
, D.
Chrastina
, J. P.
Hague
, S.
Kiatgamolchai
, R.
Beanland
, S.
Gabani
, I. B.
Berkutov
, M.
Helm
, O.
Drachenko
, M.
Myronov
, and D. R.
Leadley
, Thin Solid Films
557
, 329
(2014
).17.
C.
Morrison
, M.
Myronov
, J.
Foronda
, C.
Casteleiro
, J. E.
Halpin
, S. D.
Rhead
, and D. R.
Leadley
, in 7th International Silicon-Germanium Technology and Devices Meeting (ISTDM)
(2014
), pp. 105
–106
.18.
C.
Morrison
, P.
Wiśniewski
, S. D.
Rhead
, J.
Foronda
, D. R.
Leadley
, and M.
Myronov
, Appl. Phys. Lett.
105
, 182401
(2014
).19.
R.
Moriya
, K.
Sawano
, Y.
Hoshi
, S.
Masubuchi
, Y.
Shiraki
, A.
Wild
, C.
Neumann
, G.
Abstreiter
, D.
Bougeard
, T.
Koga
, and T.
Machida
, Phys. Rev. Lett.
113
, 086601
(2014
).20.
T.
Ando
and Y.
Uemura
, J. Phys. Soc. Jpn.
37
, 1044
(1974
).21.
C. P.
Umbach
, S.
Washburn
, R. B.
Laibowitz
, and R. A.
Webb
, Phys. Rev. B
30
, 4048(R)
(1984
).22.
D.
Shoenberg
, Magnetic Oscillations in Metals
(Cambridge University Press
, Cambridge
, 1984
).23.
B.
Grbić
, R.
Leturcq
, T.
Ihn
, K.
Ensslin
, D.
Reuter
, and A. D.
Wiek
, Phys. Rev. B
77
, 125312
(2008
).24.
T. J.
Thornton
, M. L.
Roukes
, A.
Scherer
, and B. P.
Van de Gaag
, Phys. Rev. Lett.
63
, 2128
(1989
).25.
E.
Ditlefsen
and J.
Lothe
, Philos. Mag.
14
, 759
(1966
).26.
K.-F.
Berggren
and D. J.
Newson
, Semicond. Sci. Technol.
1
, 327
(1986
).27.
H.
Akera
and T.
Ando
, Phys. Rev. B
43
, 11676
(1991
).28.
G.
Engels
, J.
Lange
, T.
Schäpers
, and H.
Lüth
, Phys. Rev. B
55
, R1958
(1997
).29.
B. A.
Piot
, D. K.
Maude
, M.
Henini
, Z. R.
Wasilewski
, K. J.
Friedland
, R.
Hey
, K. H.
Ploog
, A. I.
Toropov
, R.
Airey
, and G.
Hill
, Phys. Rev. B
72
, 245325
(2005
).30.
A. H. A.
Hassan
, O. A.
Mironov
, A.
Dobbie
, J. H.
Morris
, J. E.
Halpin
, V. A.
Shah
, M.
Myronov
, and D. R.
Leadley
, in IEEE 33 ISCEN Conference
(2013
)
, p. 51
.31.
C. W.
Burrows
, A.
Dobbie
, M.
Myronov
, T. P.
Hase
, S. B.
Wilkins
, M.
Walker
, J. J.
Mudd
, I.
Maskery
, M.
Lees
, C. F.
McConville
, D. R.
Leadley
, and G. R.
Bell
, Cryst. Growth Des.
13
, 4923
(2013
).32.
K. K.
Choi
, D. C.
Tsui
, and K.
Alavi
, Phys. Rev. B
36
, 7751
(1987
).33.
O. A.
Mironov
, A. H. A.
Hassan
, M.
Uhlarz
, S.
Kiatgamolchai
, A.
Dobbie
, R. J. H.
Morris
, J. E.
Halpin
, S. D.
Rhead
, P.
Allred
, M.
Myronov
, S.
Gabani
, I. B.
Berkutov
, and D. R.
Leadley
, Phys. Status Solidi C
11
, 61
(2014
).34.
I.
Zutic
, J.
Fabian
, and S.
Das Sarma
, Rev. Mod. Phys.
76
, 323
(2004
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
