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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0008/
• 关键词: 半導体量子ドット; スピン増幅; 希薄窒化物半導体; スピンダイナミクス; 光スピントロニクス; 量子ドット

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.

Electronic の ス ピ ン partial pole state を reflect し た has drifted back towards ¥ polarized を 発 す る ス ピ ン 発 light デ バ イ ス の be presently に は, high room temperature で い electronic ス ピ ン と partial pole rate very な 発 light intensity を struck made す る necessary が あ る. Written の light ス ピ ン ト ロ ニ ク ス デ バ イ ス の 発 exhibition に は, metal で は principle に difficult し い photoelectric variations in や electricity industry operating が may な semiconductor で electronic の ス ピ ン partial pole を keep す る necessary が あ る が, 従 to の バ ル ク や quantum well opens で は, Must be with に の room temperature に お い て ス ピ ン partial が extremely rapid に lost わ れ て し ま う と い う subject が あ る. そ こ で this study で は, electronic の ス ピ ン partial を extremely long time で き る と と も に, electronic high を い sharper rate で light へ と variations in May な Ⅲ - Ⅴ semiconductor quantum ド ッ ト に (QD), room temperature で ス ピ ン フ ィ ル タ ー と し て function す る owe 陥 quasi a を も つ when thin smothering the ガ リ ウ ム ヒ element (GaNAs) を group み close わ せ, Room temperature で high degree of micromixer mixing effect 発 light と ス ピ ン partial pole 発 light を に at the same time to achieve す る semiconductor optical デ バ イ ス の be presently を refers し て い る. 2 years で あ る は this year, before the annual に lead き 続 き GaNAs quantum well opens ('ve) と InAs QD の composite structure の die line に え, GaNAs've と ト ン ネ ル combining し た InAs QD に お け る electronic ス ピ ン ダ イ ナ ミ ク ス の qualitative な understand に Mr め た. ト ン ネ ル バ リ ア thick の み を - え た sample や GaNAs've の thick さ の み を - え た sample な ど, す で に cropping し た others 々 な tectonic に お け る results を and せ て investigation す る こ と に よ り, in QD や GaNAs layer お よ び weeks 辺 バ リ ア layer で の electronic ス ピ ン ダ イ ナ ミ ク ス を Ming ら か に し, The GaAs QD system に on the を influence of するGaNAs する is determined to である. Annual は, InAs QD - GaNAs've combined system に つ い て have ら れ た knowledge base を に, AlGaAs や InGaNAs な ど の エ ネ ル ギ ー high barrier を く す る こ と が out を る material import す る こ と で, room temperature high temperature above の に お い て も degree of micromixer mixing effect, high has drifted back towards ¥ polarizing light 発 を refers す.

项目成果

Thickness effects of dilute GaAs nitride quantum wells on optical spin properties of tunnel-coupled InAs quantum dots

稀GaAs氮化物量子阱厚度对隧道耦合InAs量子点光学自旋特性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Sato;M. Hosoe;S. Hiura;J. Takayama;A. Murayama
• 通讯作者: A. Murayama

希薄窒化GaAsとInAs量子ドットのトンネル結合構造におけるスピンダイナミクス

稀释 GaAs 氮化物和 InAs 量子点隧道耦合结构中的自旋动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: 佐藤紫乃;中村裕人;朴 昭暎;樋浦諭志;高山純一;村山明宏
• 通讯作者: 村山明宏

Optical spin properties of InAs quantum dots tunnel-coupled with dilute nitride GaNAs

InAs 量子点与稀氮化物 GaN 隧道耦合的光学自旋特性

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Sato;Y. Nakamura;S. Park;S. Hiura;J. Takayama;A. Murayama
• 通讯作者: A. Murayama

希薄窒化GaNAs量子井戸とInAs量子ドットのトンネル結合における電子スピン増幅ダイナミクス；GaNAs井戸配置の影響

稀氮化物 GaN 量子阱和 InAs 量子点之间隧道耦合中的电子自旋放大动力学对 GaN 阱排列的影响；

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤紫乃;樋浦諭志;髙山純一;村山明宏
• 通讯作者: 村山明宏