| 研究課題/領域番号 |
26709027
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | スピン / 円偏光 / LED / レーザ / 磁性体 |
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| 研究実績の概要 |
電子のスピン自由度を利用した半導体レーザ“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、次世代の偏光多重通信や量子暗号、更にはキラル分子認識などに応用できる可能性を秘めており、その技術発展が期待されている。本研究では電流注入型スピンレーザの実現を目指して、コア技術であるスピンLED構造を用いた電気的スピン注入法を確立することを目的としている。スピンLEDでは観測される発光の円偏光度から半導体中のスピン信号を評価する。そのためS/Nの良い信号を得るためには良好な発光効率およびスピン-円偏光間の効率的な変換が要求されるが、これらのパラメータはスピンLEDの半導体発光層の特性に大きく依存する。昨年度の研究では、一般に使用される(100)面方位上のGaAs量子井戸を作製し、そのスピン-円偏光変換効率が1%に留まることが分かった。これはスピン方向を維持する時間(スピン寿命)が約0.1nsと短いため、再結合寿命の間、そのスピン方向を保持することが出来ないことが原因である。そこで本年度は、室温で長いスピン寿命が期待される(110)面方位上のGaAs量子井戸を作製し、そのスピン-円偏光変換効率および発光効率を評価した。その結果、約4nsに及ぶ非常に長いスピン寿命を得ることができ、約30%のスピン-円偏光変換効率を達成した。これは従来の(100)量子井戸の30倍に達する。また、発光効率は(100)量子井戸と同程度の高い値を示した。以上の結果より、(110)GaAs量子井戸をスピンLEDの発光層として利用することにより、高性能なスピンLEDの実現が期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は(110)面方位上のGaAs量子井戸の成長条件最適化に取り組み、目標としていたnsオーダーのスピン寿命、及び、(100)量子井戸に匹敵する高い発光効率を得た。これにより、高性能なスピンLEDの実現へ向けた基盤技術を確立することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度得られた(110)量子井戸に関する知見を活かして高い円偏光度を持つスピンLEDを作製する。具体的には磁性電極-量子井戸間の構造最適化を図ることで、磁性電極から量子井戸層への効率的なスピン注入を目指す。
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