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室温スピン偏極半導体ナノ材料の実現によるスピン光デバイスの開発

通过实现室温自旋极化半导体纳米材料开发自旋光学器件

基本信息

批准号：
22KJ0008
负责人：
佐藤紫乃
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電子のスピン偏極状態を反映した円偏光を発するスピン発光デバイスの実現には，室温で高い電子スピン偏極率と十分な発光強度を両立する必要がある．上記の光スピントロニクスデバイスの発展には，金属では原理的に難しい光電変換や電界操作が可能な半導体中で電子のスピン偏極を保持する必要があるが，従来のバルクや量子井戸では，実用に必須の室温においてスピン偏極が急速に失われてしまうという課題がある．そこで本研究では，電子のスピン偏極を長時間保持できるとともに，電子を高い効率で光へと変換可能なⅢ-Ⅴ族半導体量子ドット(QD)に，室温でスピンフィルターとして機能する欠陥準位をもつ希薄窒化ガリウムヒ素(GaNAs)を組み合わせ，室温で高輝度発光と高スピン偏極発光を同時に達成する半導体光デバイスの実現を目指している．2年目である本年度は，前年度に引き続きGaNAs量子井戸(QW)とInAs QDの複合構造の模索に加え，GaNAs QWとトンネル結合したInAs QDにおける電子スピンダイナミクスの定性的な理解に努めた．トンネルバリア厚のみを変えた試料やGaNAs QWの厚さのみを変えた試料など，すでに作製した様々な構造における結果を併せて考察することにより，QD中やGaNAs層および周辺バリア層での電子スピンダイナミクスを明らかにし，GaAs QD系に対するGaNAsの影響を研究する予定である．次年度は，InAs QD―GaNAs QW結合系について得られた知見を基に，AlGaAsやInGaNAsなどのエネルギー障壁を高くすることが出来る材料を導入することで，室温以上の高温においても高輝度・高円偏光発光を目指す.

The polarization state of the electron is reflected in the light emission. In the development of optical quantum wells, it is necessary to maintain the polarization of electrons in semiconductors at room temperature. In this study, the electron polarization is maintained for a long time, the electron efficiency is high, the optical transition is possible, and the semiconductor quantum device (QD) of group III-V semiconductor is assembled at room temperature. In 2002, the semiconductor optical fiber was realized simultaneously with high luminance emission and high polarization emission at room temperature. In 2002, compared with the previous year, the semiconductor optical fiber was realized simultaneously with high luminance emission and high polarization emission. In 2002, the semiconductor optical fiber was realized simultaneously with high luminance emission and high polarization emission. The thickness of samples and GaNAs QW were measured and the structure of samples was investigated. The influence of GaNAs on the QDs was studied. In the next year, InAs QD-GaNAs QW bonding system will be introduced into the substrate, AlGaAs and InGaAs, and the barrier layer will be high in brightness and polarization.