スピン偏極電子注入面発光半導体レーザの実現と量子情報処理への応用

自旋偏振电子注入面发射半导体激光器的实现及其在量子信息处理中的应用

• 批准号: 19656021
• 负责人: 河口 仁司
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656021/
• 关键词: 面発光半導体レーザ; スピンエレクトロニクス; スピン偏極電子; 先端機能デバイス; 量子情報処理; (110)基板上面発光半導体レーザ; 円偏光レーザ発振

光ファイバ通信の光源として用いられている半導体レーザに、単に光を出すだけではなく、新しい機能をもたせることができれば、新たな展開に結びつくものと期待できる。特にスピン偏極した電子がひきおこすレーザ発振特性の変化は、新奇な機能デバイスの創成に発展する可能性が大きい。本年度は以下の2項目について検討した。(1)GaAs/AlGaAs(110)量子井戸中の電子スピン緩和GaAs/AlGaAs(110)量子井戸はスピン緩和時間が(100)量子井戸に比べ長く、スピン偏極電子をもちいたデバイス用の構造として有用である。GaAs(110)基板上のMBE成長は、(100)基板上に比較し困難であるため、昨年度は、MBE成長の最適化、特に、成長温度、成長速度、およびGa/Asのフラックス比の最適化を検討した。本年度はMBE成長中、成長を一時中断することにより界面の平坦性を向上させ、電子スピン緩和と平坦性の関係を系統的に評価した。その結果、GaAs上にAlGaAs層を成長する直前で成長を30秒中断することにより平坦性が向上し、フォトルミネッセンスの半値幅が狭くなるとともに、スピン緩和時間が4Kで2.1nsまで長くなることを見い出した。(2)円偏光励起GaAs(110)基板上面発光半導体レーザスピン偏極電子を活性層中に生成すると、遷移確率が発光の偏光に依存するため、レーザ発振偏光も電子のスピン偏極に依存することになる。(1)で述べたように、GaAs(110)基板上量子井戸中の電子スピン緩和時間はGaAs(100)上量子井戸中に比べ数十倍長い。この特性を生かし、GaAs(110)基板上にInGaAs/GaAs多重量子井戸を活性層とする面発光レーザを作製し、円偏光のフェムト秒パルスで励起することによりスピン偏極電子を生成し、100%に近い偏光度の円偏光レーザ発振を実現した。

Light フ ァ イ バ communication の light と し て in い ら れ て い る semiconductor レ ー ザ に, 単 に を out light す だ け で は な く, new し い function を も た せ る こ と が で き れ ば, new た な expand に knot び つ く も の と expect で き る. Special に ス ピ ン partial pole し た electronic が ひ き お こ す レ ー ザ 発 modal の - は, novel な function デ バ イ ス の chuang cheng に 発 exhibition す る が likely き い. For the current year, に the following <s:1> 2 projects に に て検 て検 て検 て検 are discussed for た. (1) GaAs/AlGaAs (110) in the quantum well opens の electronic ス ピ ン ease GaAs/AlGaAs quantum Wells (110) opens は ス ピ ン time が (100) quantum well opens に く, longer than べ ス ピ ン partial pole electronic を も ち い た デ バ イ ス with の tectonic と し て useful で あ る. GaAs (110) substrate の MBE growth は, (100) substrate に more difficult し で あ る た め, annual は yesterday, MBE growth の optimization, special に, growth temperature, growth rate, お よ び Ga/As の フ ラ ッ ク ス than optimal の を beg し 検 た. , growth in this year's は MBE growth を temporarily interrupt す る こ と に よ り interface の flatness を upward さ せ, electronic ス ピ ン ease と flatness の masato system of を に review 価 し た. を そ の result, GaAs に AlGaAs layer growth す る ahead で growth を 30 seconds interrupt す る こ と に よ り flatness が し upward, フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス の half numerical picture が narrow く な る と と も に, ス ピ ン time が 4 k で 2.1 ns ま で long く な る こ と を see い out し た. (2) has drifted back towards &yen; polarized excitation on GaAs (110) substrate above 発 light semiconductor レ ー ザ ス ピ ン partial electronic を extremely active layer に generated す る と, migration of probabilistic が 発 の polarizing light に dependent す る た め, レ ー ザ 発 vibration polarization も electronic の ス ピ ン partial pole に dependent す る こ と に な る. (1) で above べ た よ う に, GaAs substrate (110) in the quantum well opens の electronic ス ピ ン time は GaAs (100) in the quantum well opens に than べ dozens of times as long as い. こ の features born を か し, GaAs (110) substrate に InGaAs/GaAs multiple quantum well opens を active layer と す る face 発 light レ ー ザ を as し, has drifted back towards &yen; polarized の フ ェ ム ト seconds パ ル ス で wound up す る こ と に よ り ス ピ ン partial pole electronic を generated し, 100% に nearly い polarization degree の has drifted back towards &yen; polarized レ ー ザ 発 vibration を be presently し た.

项目成果

Effect of growth interruption on electron spin relaxation in (110)-oriented GaAs/AlGaAs quantum wells

生长中断对 (110) 取向 GaAs/AlGaAs 量子阱中电子自旋弛豫的影响

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. Takahashi;F. Hirose;Y. Sato;and H. Kawaguchi;Shinji Koh;揖場聡;黄晋二;Hitoshi Kawaguchi;Hiroshi Fujino;Satoshi Iba
• 通讯作者: Satoshi Iba

GaAs (llO)基板上面発光半導体レーザの作製と光励起円偏光レーザ発振

GaAs(llO)衬底顶发射半导体激光器和光泵浦圆偏振激光振荡的制作

• 发表时间: 2009
• 作者: Y. Takahashi;F. Hirose;Y. Sato;and H. Kawaguchi;Shinji Koh;揖場聡;黄晋二
• 通讯作者: 黄晋二

GaAs(110)上のGaAs/AlGaAs量子井戸の結晶成長と電子スピン緩和の評価

GaAs(110) 上 GaAs/AlGaAs 量子阱的晶体生长和电子自旋弛豫评估

• 发表时间: 2009
• 作者: Y. Takahashi;F. Hirose;Y. Sato;and H. Kawaguchi;Shinji Koh;揖場聡
• 通讯作者: 揖場聡

Correlation between electron spin relaxation time and hetero-interface roughness in (110)-oriented GaAs/AlGaAs multiple-quantum wells

• DOI: 10.1016/j.physe.2009.01.009
• 发表时间: 2009-03-01
• 期刊: PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES
• 影响因子: 3.3
• 作者: Iba, Satoshi;Fujino, Hiroshi;Kawaguchi, Hitoshi
• 通讯作者: Kawaguchi, Hitoshi

Electron spin relaxiation time in (110)-oriented InGaAs/GaAs quantum wells grown by molecular beamepitaxy

分子束外延生长的（110）取向InGaAs/GaAs量子阱中的电子自旋弛豫时间

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. Takahashi;F. Hirose;Y. Sato;and H. Kawaguchi;Shinji Koh;揖場聡;黄晋二;Hitoshi Kawaguchi;Hiroshi Fujino
• 通讯作者: Hiroshi Fujino