Conversion of circularly polarized light to highly polarized long spin-lived electrons by semiconductor quantum structure

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05313
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Takeuchi Atsushi 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80298140)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 半導体量子構造 / スピントロニクス / 化合物半導体 / スピン緩和 / 時間分解測定

Outline of Final Research Achievements

The tunnelling time and spin relaxation time of type II tunnel bi-quantum (TBQ) wells which consist of type II AlAs quantum well, AlGaAs barrier layer and GaAs quantum well were investigated. The TBQ structure is expected to improve the spin polarization rate and extend the spin relaxation time. As a result, the excitation power dependence of the spin relaxation time is shown to differ depending on the barrier layer. In addition, to select the desired III-V compound semiconductors, the spin relaxation time of GaSb /AlSb multiple quantum wells, the well width dependence of spin relaxation time of GaAs/AlGaAs quantum wells, the growth temperature dependence of spin relaxation time of low-temperature-grown GaAs, and the doping concentration dependence of spin relaxation time of Be-doped p-type GaAs were investigated.

Free Research Field

半導体量子構造で起こる超高速現象の解明と応用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

半導体中のスピンの自由度を利用すれば従来のエレクトロニクスでは実現できなかった新しい機能をデバイスに付加できる。特に円偏光から長寿命のスピン偏極電子への高効率の変換の実現は、新たな光スピントロニクスデバイスの開発やスピントランジスタ等の動作実証に重要である。タイプII型トンネル双量子井戸において、バリア層を薄くしトンネル時間を速くすると、スピン緩和機構が抑制されてスピン緩和時間が長くなることが明らかになったことと、GaAs/AlGaAs量子井戸のスピン緩和時間の井戸幅依存性を調べて、井戸幅1.8 nmで400psの長いスピン緩和時間が得られたことは応用上の意義が大きい。