2020 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て円偏光で発振する半導体レーザ「スピンレーザ」の実現へ向けて、要素技術開発に取り組んでいる。昨年度は最も基本的な活性層材料であるGaAs/AlGaAs量子井戸構造の結晶成長条件を探索し、室温キャリア寿命40 nsを有する試料の作製に成功した。また、新たなスピン輸送層としてGaAs超格子構造を提案し、バリア厚とスピン寿命の相関を系統的に調査した。今年度はこれらの研究をさらに推し進め、応用の観点から近年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取り組み、室温キャリア寿命1ns以上を有する高品質結晶の作製に成功した。これは既報の数十倍に達する長い寿命であり、結晶欠陥を大幅に低減することができたと言える。今回、高品質結晶が得られたことにより、当該材料のスピン寿命が1ns以上であることが初めて明らかとなった。スピン輸送層に関して、今年度はスピン寿命の超格子周期数依存性を系統的に調査するとともに、レーザ構造を想定してスピン輸送をモデル化し、スピン寿命と素子構造の関係をシミュレーションした。一般的なレーザ構造を踏まえると、5um以上スピン輸送する必要があるため、スピン輸送層としてスピン寿命が1ns程度は必要であることが明らかとなった。我々が開発した超格子スピン輸送層は構造を適切に設計することでスピン寿命1ns以上を実現できるため、当該スピン輸送層を利用することでスピンレーザの円偏光発振が期待できる。以上の研究を通してスピンレーザの活性層およびスピン輸送層の基盤技術を確立することができた。
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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
(110)InGaAs近赤外波長帯の活性層の開発に新規に取り組み、市販レーザと同程度のキャリア寿命を有する高品質結晶の作製に初めて成功するとともに、スピン寿命が1ns以上有することが明らかとなったことから、当該材料を活性層として利用することで室温での円偏光発振が期待される。またスピン輸送層への要求性能の解明なども進んでおり、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピン輸送層へのドーピング技術を確立し、スピン寿命のドーピング濃度依存性を明らかにする。得られた知見をもとにスピン注入構造の作製に着手し、長距離スピン輸送を実証するとともに円偏光発光の実現を目指す。
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Research Products
(3 results)
