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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of spin-controlled laser with circularly polarized emission

Research Project

Project/Area Number 26709027
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

揖場 聡  国立研究開発法人産業技術総合研究所, スピントロニクス研究センター, 研究員 (90647059)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsスピン / 円偏光 / LED / レーザ
Outline of Annual Research Achievements

近年、半導体中の電子スピン自由度を積極的に利用した半導体レーザ“スピンレーザ”が注目を集めている。スピンレーザは円偏光のコヒーレント光を出力できるため、偏光-磁性体磁化間での情報転写や制御、また、カイラル物質のセンシングなど次世代光源として期待が大きい。これらの応用ではレーザ出力光として高い円偏光度(>0.9)が必要である。高い円偏光度を持つスピンレーザを実現するためには、磁性電極によるスピン注入部でのスピン注入効率の向上だけでなく、スピン・円偏光変換が行われる活性層のキャリア再結合寿命とスピン緩和時間の比率も重要である。また、一般的な半導体レーザと同様に活性層として優れた発光特性や表面・界面平坦性も要求される。そこで活性層の特性向上を目指し、(110)面GaAs量子井戸の開発に取り組んできた。(110)QWでは電子のスピン方向の保持時間であるスピン緩和時間が室温においてナノ秒オーダーに達し、この値は(100)QWの数十倍に相当する。そのため、(110)QWはスピン光デバイスの発光層として期待されていたが、結晶成長の困難さ故に表面平坦性及び発光効率との両立が課題であった。分子線エピタキシー法による系統的な結晶成長実験を通して、一般的な(100)面GaAs試料と同程度の表面平坦性を得るとともに、発光特性・スピン特性の大幅な向上を達成した。また、同程度の結晶性を持つ(110)および(100)QWの発光効率の比較実験を行い、室温において(110)QWの方が3~4倍優れた発光効率を示すことが分かった。これらの成果により(110)面GaAs量子井戸を利用した高性能なスピンレーザの実現が期待される。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Systematic study of surface morphology, photoluminescence efficiency, and spin-detection sensitivity in (110)-oriented GaAs/AlGaAs quantum wells2016

    • Author(s)
      Satoshi Iba, Hidekazu Saito, Ken Watanabe, Yuzo Ohno, Shinji Yuasa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 113001-1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.55.113001

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 円偏光で発振する半導体スピンレーザの開発2017

    • Author(s)
      揖場 聡,齋藤秀和, 大野裕三,湯浅新治
    • Organizer
      ATIスピントロニクス研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2017-02-17 – 2017-02-17
    • Invited
  • [Presentation] Development of (110) GaAs quantum wells for emission layers of spin-controlled lasers2016

    • Author(s)
      Satoshi Iba, Hidekazu Saito, Ken Watanabe, Yuzo Ohno, Shinji Yuasa
    • Organizer
      International workshop on nano-spin conversion science & quantum spin dynamics
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-10-14 – 2016-10-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of (110)-oriented GaAs/AlGaAs quantum wells for spin-controlled light sources2016

    • Author(s)
      Satoshi Iba, Hidekazu Saito, Ken Watanabe, Yuzo Ohno, Shinji Yuasa
    • Organizer
      PASPS9
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-08
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体発光素子及びその製造方法2016

    • Inventor(s)
      揖場聡、齋藤秀和
    • Industrial Property Rights Holder
      揖場聡、齋藤秀和
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-13696
    • Filing Date
      2016-07-11

URL: 

Published: 2018-01-16  

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