| 研究課題/領域番号 |
19K05243
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
大野 裕三 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00282012)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 半導体スピントロニクス / 半導体レーザー / 分子線エピタキシ / 面発光レーザー / 面発光レーザ / スピン緩和 / 半導体超格子 / 歪量子井戸 / スピンレーザー / 超格子構造 / 時間分解PL測定 / スピントロニクス / スピン注入 / 半導体量子構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，(In,Ga)As/(Al,Ga)As(110)量子井戸構造をベースとする半導体スピンレーザーを対象として，低消費電力半導体スピントロニクス基盤技術である①半導体量子構造の設計・作製とスピンダイナミクスの制御，および②半導体スピンレーザーの実現，を目標とする．平成31年度は，(110)(In,Ga)As/(Al,Ga)As量子構造を結晶成長条件を変化させながら作製し，時間分解PL測定法により成長条件の最適化を図る。平成32年度以降は，これら量子構造構造デバイスにおけるスピン緩和やスピンレーザー発振，スピン増幅など，スピンダイナミクスの計測を行う．
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| 研究成果の概要 |
トンネル結合した(110)GaAs/AlGaAs超格子のスピン緩和時間を測定した結果、結合の強い超格子でスピン緩和時間は0.7ns以上であった．スピン輸送距離と活性層におけるスピン偏極度の関係を計算した結果，円偏光発振に必要な偏極度(4%)を維持できることを示した．また、(110)GaAs/AlGaAs多重量子井戸構造を高As圧下で従来報告されている結晶成長温度（～450℃）よりはるかに高い540℃まで基板温度を上げて成膜したところ，室温での再結合寿命が40nsを超える非常に高品質な量子井戸構造を得ることができた．また，スピン緩和時間も室温で6nsになるなど，良好な結果が得られた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
非磁性半導体においてスピン自由度を活用する半導体スピントロニクスでは、スピン輸送技術の確立が必須である。今回トンネル結合量子井戸からなる(110)面GaAs/AlGaAs超格子においてスピン緩和を調べ、波動関数の広がり制御によりスピン緩和を抑制できることが示され、新しいスピン制御技術として有用であることが示された。また、(110)GaAs/AlGaAs分子線エピタキシ結晶成長では、従来報告されている成長温度より100℃近く高い温度で、高As2圧下で成長すると極めて長いキャリア寿命と、十分長いスピン緩和時間が得られることが初めて示され、(110)面結晶成長メカニズムの解明に一石を投じた。
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