| 研究課題/領域番号 |
21H01356
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
樋浦 諭志 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (30799680)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
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| キーワード | スピン光デバイス / 半導体量子ドット / スピン増幅 / 希薄窒化物半導体 / 光スピントロニクス / 希薄窒化ガリウムヒ素 / スピンダイナミクス / スピン受光ダイオード / スピン輸送 / 超格子 / 半導体光デバイス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
人工知能やビッグデータを駆使する高度情報化社会の持続的発展に向けて、電子スピンによる超低消費電力の情報処理・記憶と熱損失がない光による情報伝送が有効である。スピン情報の光変換には半導体が必須であるが、半導体ではスピン情報が容易に失われ、室温で高効率に動作するスピン機能半導体光デバイスは実現できていない。本研究では、室温で電子のスピン偏極情報を増幅できる希薄窒化物半導体を用いて、スピン生成・スピン輸送・光スピン変換の機能を高度に統合した実用光スピントロニクスデバイスを開発する。
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| 研究成果の概要 |
希薄窒化物半導体GaNAsに特有の電子スピン偏極の増幅機能を搭載した量子ドット光学活性層と超格子スピン輸送層を開発し、円偏光発光特性や電子スピン輸送特性に対するGaNAs膜厚の影響をダイナミクスの観点から詳細に明らかにした。また、GaNAs量子井戸とInGaAs量子ドットのトンネル結合構造を光学活性層に用いることによって、光デバイスの高速動作に必要な高電圧の印加時に不可避的に失われる電子スピン偏極を増幅し復元するスピン増幅型発光ダイオードの原理実証を行った。さらに、InAs量子ドットまたはGaNAsをスピンフィルタリング層に活用した独自のスピン受光ダイオードも開発し、円偏光受光特性を評価した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
室温で伝導電子のスピン偏極を発光中および輸送中に高めることのできる光学活性層と電子スピン輸送層の開発は、スピン緩和が避けられない非磁性半導体において電子のスピン偏極を室温で高効率に増幅できる革新的なスピン技術を創出し、半導体光スピントロニクスのパラダイムシフトにつながることが期待できる。また、室温で高効率に動作する半導体光スピン変換素子の開発は、電子スピンを情報キャリアに用いるスピントロニクスにおいて、不揮発性スピンメモリMRAMの直接光配線を実現するための技術基盤の構築につながるとともに、超低消費電力のスピン情報光インターコネクションの実現に向けた実用的な技術開発を加速することが期待される。
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