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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InGaAsを導入した活性層の開発に取り組み、 (110)InGaAs/AlGaAs量子井戸の高品質結晶の作製に成功したが(結晶品位の指標である室温キャリア寿命が1ns以上)、表面平坦性に課題が残っていた。今年度は、新しい成膜条件を探索することで、良好な平坦性(AFMによる平均粗さ0.15 nm)と長いキャリア寿命(2 ns)を兼ね備える試料の作製に成功した。これは高品質レーザ素子構造の作製に繋がる重要な成果である。
また、スピンレーザのもう一つの基幹構造であるスピン注入電極の開発にも取り組んだ。先行研究の多くではトンネル障壁層として酸化マグネシウムMgOが使用されてきたが、接合抵抗が高いことが課題であった。そこで、今回、低抵抗化が期待できる酸化ガリウムGaOxをトンネル障壁層として採用した。(110)面GaAs-LED構造上にスピン注入電極としてFe/ GaOxを電子ビーム蒸着法により成膜した。(110)面上Fe/ GaOxの作製は初めての試みであったが、(100)面と同様に抵抗の低い良好な電流―電圧特性を得ることに成功した。活性層へ注入された電子スピン偏極度はLED発光の円偏光度から評価した。低温(10 K)では約10%の円偏光度が得られたことから、約20%のスピン偏極度を達成した。
上記で開発した活性層およびスピン注入電極と、昨年度開発した長スピン寿命を持つ超格子スピン輸送層を組み合わせ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基盤技術を確立することができた。
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