Optical spin-functional transistor

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現代の情報社会を支える電子情報処理や光通信においては、電力エネルギーの熱損失の解決が大きな課題である。その課題の解決に向けては、電子情報処理において、信号の配線や伝送に光を用いる光電融合エレクトロニクスと不揮発性の電子スピンメモリを活用するスピントロニクスの研究が重要である。そこでは、電子のスピン情報であるスピン偏極と光のスピン情報である円偏光特性を直接変換する光電変換素子が必要となり、金属強磁性体電極によるスピン偏極電子の電流注入により円偏光を発するスピン偏極発光ダイオードやレーザ等の二端子素子が研究されている。本研究では、さらなる光スピン機能の開拓に向けて、円偏光の入力により生成する電子のスピン状態を外部の電界により制御可能な光スピントランジスタを研究する。電子のスピンや円偏光特性の向きの偏り度合いで与えられる偏極度とその極性をエレクトロニクスの基本技術である電界により制御し、さらに電子のスピン偏極の増幅とその電界制御を目指していく。最終目標として、スピンの本質的な情報であるスピン位相の電界制御にも挑戦する。本年度は、昨年度に引き続き、InGaAs量子井戸とドットの結合量子構造を用いる電子と光のスピンを電界で制御する発光デバイスについて、実用に繋がる室温動作を確立するため、高温動作に適した井戸厚や組成、ドーピングプロファイルやその濃度、トンネルバリア膜厚などの設計と作製を行い、光スピン出力特性の評価を進めた。さらに、室温以上で高いスピン偏極特性とその増幅効果が期待される希薄窒化GaNAs量子井戸とInAs量子ドットを組み合わせた新規な電界効果素子を作製し、量子ドットに注入する電子スピンの偏極特性とその増幅機能、特に室温を含めた高温領域での電界動作特性を明らかにした。