2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of spin-photon conversion device by ultra high quality epitaxial growth technology
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19H02181
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
揖場 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90647059)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 裕三 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00282012)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン / レーザ / 半導体 / 円偏光 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子スピンからフォトンへの変換機構を利用した半導体レーザ「スピンレーザ」は円偏光発振を可能とする等、従来レーザにはない特徴を有するため次世代光源として期待が大きい。しかしながら、既報では低温においても低い円偏光発振特性であり、電流注入駆動による実用的スピンレーザは未だ実現されていない。これはレーザ活性層のスピン特性やスピン注入電極の界面品質の低さが原因であると考えられる。そこで本年度は活性層の結晶品質の指標である室温キャリア寿命の長寿命化に取り組んだ。(110)面方位のIII-V族化合物半導体量子井戸は室温でnsオーダーのスピン寿命を有するため、レーザ活性層に有用であるものの、一般的な(100)面方位基板上の結晶成長に比べて良質な結晶成長が困難であった。そこで、(110)GaAs/AlGaAs量子井戸において系統的に成長条件を探索し、先行研究に比べて高温側での成長温度を採用することで、室温キャリア寿命40 nsを有する試料の作製に成功した。これは既報における(100)量子井戸の最長室温キャリア寿命に並ぶ値である。さらに、スピンレーザ構造における電子輸送中のスピン偏極保持を目的として、従来のバルクGaAs輸送層に、極薄AlGaAs層を挿入した(110)面超格子構造を新規に開発した。当該構造におけるスピン寿命は0.7 nsであり、これはバルク輸送層の7倍に相当する値である。これらの一連の研究を通してスピンレーザの基幹構造である活性層および輸送層について作製技術を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度はスピンレーザの基幹構造である活性層の開発に注力し、その高品質結晶成長技術を確立することができた。また、従来、スピン輸送層には専らバルク構造が利用されてきたが、今回新たに超格子構造を提案し、バルク構造を大幅に上回るスピン寿命を実証したことは重要な成果であると考えられるため、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の得られた活性層とスピン輸送層に関する知見を活かしつつ、スピン注入構造の作製に着手し、円偏光発光の実現を目指す。また、近年、応用の観点から注目されている近赤外波長帯の光源とするため、InGaAsを導入した活性層の開発にも取り組む。
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Research Products
(3 results)
