2017 Fiscal Year Research-status Report
電子スピン注入による100％円偏光を発する発光デバイスの開発とその発光機構の解明
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17K14104
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西沢 望 東京工業大学, 未来産業技術研究所, 助教 (80511261)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 円偏光 / 発光ダイオード / 酸化膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
端面発光型スピン発光ダイオード（Spin-LED）における完全編刻した円編この安定的発光を実現させるため、本年度は①高電界耐性のトンネル絶縁膜の作製および②電流狭窄機構の導入により安定性・再現性の向上に注力した。
①高電界耐性のトンネル絶縁膜AlOxの作製
半導体基板上の原子層の表面再構成、エピタキシャルAl層の形成温度および酸化膜の総膜厚を変化させ、その最適な形成条件を求めた。結果、表面最高性としてはGaAsのGa安定化面、Al層の形成温度は30°C、膜厚は0.7nmが最適であり、この条件においてスピン注入の障害となる界面準位密度が最も低くなることを見出した。スピン注入効率の定量的な見積りにおいても上記の条件が最適であることが明らかとなったが、再現性の向上という点では改善があまり見られず、上記条件に置いても素子性能のバラツキが大きいことが明らかとなった。このため、AlOx層自体の向上には限界があると考え、AlOx/半導体界面に別の堅牢な絶縁膜を導入することにより再現性の向上を測ることとし、次年度においても実験を継続することとした。
②電流狭窄機構の導入
LED構造中の活性層下部に50nmAl(Ga)Asを導入した基板を準備し、その基板に対し、マイクロプロセスによりメサ構造を構築し、水蒸気酸化することにより、電流狭窄構造の作製を試みた。メサ壁面からの酸化を制御し、所望の電流狭窄構造を作製することに成功した。しかしながら、保護層を取り付けていたにもかかわらず強磁性電極への水蒸気酸化によるダメージが大きく、磁気特性が著しく劣化してしまったため、円偏光発光特性の実施にまでは至らなかった。水蒸気酸化による手法を再検討し、オゾンによる狭窄層作製を行うこととし、次年度でも引き続き研究を実施することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
①高電界耐性のトンネル絶縁膜AlOxの作製
素子の安定性および再現性に関しては大きな進展は見られなかったが、これまで物理的に明らかになっていなかったAlOx層の形成条件を最適化できたことは大きな進展であり、次なる指針は得られた。H30年度初頭にはH29年度計画は完遂するものと考えられる。
②電流狭窄機構の導入
計画通りの構造の作製には至ったものの強磁性電極の劣化が見られてしまったため、実験手法に立ち戻って検討が必要となった。H30年度も引き続き行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
トンネル絶縁膜については、界面にAlAsを導入した複合型トンネル絶縁膜を導入することにより再現性の向上を試みる。また、電流狭窄機構については、オゾン酸化による手法を立ち上げ、強磁性電極へのダメージの少ないプロセスを形成する。H30年度に予定していた実験的な発光メカニズムの解明を実施するためにはスピン注入構造に対して一定以上の再現性が求められるため、トンネル絶縁膜の検討を第一に進め、その後順次メカニズム解明の実験に取り組むこととし、H30年度内での完遂を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究計画の変更としてオゾン酸化装置の導入を検討するにあたり、繰越額をH30年度分と合算して装置導入に充当するため
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