CN103779463A - 一种自旋光电子器件及其自旋注入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自旋光电子器件及其自旋注入方法，利用n型接触层与电极层形成的自旋注入结构将磁性金属层产生的自旋极化电子传送到耦合量子阱和量子点结构中。所述自旋注入结构优选磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结，解决了现有技术中磁性金属和半导体之间因电导率失配引起的自旋注入效率极低的问题。所述耦合量子阱和量子点结构沿生长方向依次为：量子点层、间隔层和量子阱层，通过调节半导体量子点层与量子阱层的组分和间隔层厚度等参数，使量子阱中基态电子与量子点中激发态能级形成共振-隧穿效应，解决了因为能量弛豫引起的自旋损失问题，超快、高效地向半导体量子点中注入自旋极化的电子。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体光电子技术领域，具体是一种基于耦合半导体量子阱和量子点的自旋光电子器件及其自旋注入方法。
背景技术
半导体量子点中载流子因受到三维量子限制而处于分立的量子能级上,使得Elliott-Yafet和D’yakonov-Perel自旋弛豫过程受到抑制,因此半导体量子点作为高效的信息载体广泛应用于自旋光电子器件和量子信息处理中。基于半导体量子点材料的自旋光电子器件其自旋注入的过程为：首先通过磁性电极材料产生自旋极化的电子或空穴；然后对含有半导体量子点材料的有源区施加偏压，将自旋极化的电子或空穴注入到半导体量子点层中；最后根据这些自旋极化载流子的辐射复合产生的圆偏振光的特征来检测自旋信息。在这一过程中通常采用稀磁半导体（GaMnAs，ZnMnSe和CdCr2Se4等）、磁性金属（Fe,Co和Ni及其合金）或者磁性半金属合金（Co2.4Mn1.6Ga，Co2MnGe和Co2Cr0.6Fe0.4Al等合金）等材料作为磁性电极，在自旋发光二极管和激光器以及量子信息存储元件中实现自旋的注入以及自旋信息的编码、存储与读取。
专利公开号为CN102136535A，名称为“一种高级化度自旋注入与检测结构”的专利申请所公开的技术方案便是采用了一种Co2FeAl的磁性半金属合金材料作为磁性电极材料的。众所周知稀磁半导体和磁性半金属合金在接近绝对零度情况下，可以产生100%的初始自旋极化率，但是由于二者的居里温度很低，其自旋极化率会随着温度升高而急剧下降甚至消失，难以在常温下应用。
使用Fe,Co和Ni及其合金等磁性金属材料作为磁性电极，其产生的初始自旋极化率在33%-51%之间，它们的居里温度远高于室温，制作工艺简单，因此很适合作为自旋光电子器件的磁性电极。但是由于磁性金属材料和半导体材料的电导率极不匹配，从磁性金属材料直接向半导体材料中自旋注入的效率很低，一般会低于0.1%。因此急需一种技术方案可以解决磁性金属材料和半导体材料之间因为电导率不匹配而引起的自旋注入效率低的问题。
同时在自旋注入过程中要提高自旋注入效率还需降低自旋损失，我们知道在磁性电极向半导体材料自旋注入的过程中需要通过磁性电极产生自旋极化载流子，所述自旋极化载流子在注入到半导体量子点层的传输过程中要经历电极层到n型接触层的界面散射、势垒层到量子阱层或量子点层能级的能量弛豫过程以及量子阱层或量子点层结构反演对称性相关的自旋弛豫过程，整个传输过程中会产生一定程度的自旋损失。由于自旋注入的低效率和自旋损失的影响使得目前基于Fe/AlGaAs磁性金属-半导体（M-S）肖特基结的InGaAs/GaAs量子点自旋发光二极管在室温下的电致发光的圆偏振度仅为5%，难以实现高效率的自旋注入和自旋信息的编码、存储与读取。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中因为磁性金属材料和半导体材料的电导率失配而引起的自旋注入效率低和能量弛豫导致的自旋损失严重的问题，从而提出一种基于磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结以及耦合半导体量子阱和量子点共振-隧穿效应的自旋光电子器件及其自旋注入方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种自旋光电子器件，在衬底层上依次生长有p型缓冲层、阻挡层、第一势垒层、耦合量子阱和量子点结构、第二势垒层、n型接触层以及电极层，所述n型接触层与所述电极层形成自旋注入结构。
上述的自旋光电子器件，所述耦合量子阱和量子点结构沿生长方向依次为：量子点层、间隔层和量子阱层；其中所述量子点层的晶格常数大于所述p型缓冲层和所述间隔层的晶格常数，所述量子阱层和所述量子点层的禁带宽度小于所述p型缓冲层、阻挡层、第一势垒层、第二势垒层和n型接触层的禁带宽度；所述量子阱层的禁带宽度大于所述量子点层的禁带宽度，且量子阱层中电子基态能级与量子点层中电子激发态能级接近或相等，形成共振。
上述的自旋光电子器件，所述电极层沿生长方向依次包括磁性金属层、惰性金属保护层以及上电极材料层，所述自旋注入结构为所述n型接触层与所述磁性金属层形成的磁性金属-半导体（M-S）肖特基结，所述n型接触层中施主浓度从1016cm-3指数型增加到1019cm-3。
上述的自旋光电子器件，所述电极层沿生长方向依次包括绝缘氧化物薄膜层、磁性金属层和惰性金属保护层以及上电极材料层，所述自旋注入结构为所述n型接触层与所述绝缘氧化物薄膜层和所述磁性金属层形成的磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结，所述n型接触层中施主浓度量级为1016cm-3至1017cm-3。
上述的自旋光电子器件，所述间隔层的厚度小于或等于15nm。
上述的自旋光电子器件，所述绝缘氧化物薄膜层为氧化镁薄膜层，所述氧化镁薄膜层的厚度为1-5nm。
上述的自旋光电子器件，所述磁性金属层的厚度为1-20nm、所述惰性金属保护层的厚度为1-5nm，所述n型接触层为n型AlyGa1-yAs接触层，其中0.05≤y≤0.1。
上述的自旋光电子器件，所述量子点层为InmGa1-mAs量子点以Stranski-Krastanov的生长模式形成，含有浸润层，总厚度小于或等于10nm，其中0.3≤m≤1.0。
上述的自旋光电子器件，所述量子阱层为InnGa1-nAs材料，厚度小于100nm，其中0.05≤n≤0.3。
本发明还提供一种基于上述自旋光电子器件的自旋注入方法，包括如下步骤：
S1：在p型缓冲层或衬底层和上电极材料层之间施加正向偏置电压，利用自旋注入结构将在电极层中产生的自旋极化电子传送到耦合量子阱和量子点结构；
S2：在所述耦合量子阱和量子点结构中的所述自旋极化电子与从所述p型缓冲层注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光。
上述的自旋注入方法，所述步骤S1具体包括：
通过金属引线在所述p型缓冲层或衬底层和所述上电极材料层之间施加正向偏置电压，利用磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结将所述电极层中的磁性金属层中产生的自旋极化电子传送到所述耦合量子阱和量子点结构中的量子阱层。
上述的自旋注入方法，所述步骤S2具体包括：
所述自旋极化电子经历共振-隧穿和能量弛豫进入量子点层的激发态和基态能级并与从所述p型缓冲层注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光。
上述的自旋注入方法，所述量子阱层的禁带宽度大于所述量子点层的禁带宽度，所述量子阱层中的基态能级高于所述量子点层中的基态能级并与其激发态能级形成共振。
上述的自旋注入方法，所述间隔层厚度小于或等于15nm。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）本发明所述的自旋光电子器件及其自旋注入方法，利用n型接触层与电极层形成的自旋注入结构将电极层中产生的自旋极化电子传送到耦合量子阱和量子点结构，解决了现有技术中磁性金属和半导体之间因电导率失配引起的自旋注入效率极低的问题，极大地提升了自旋注入的效率。
（2）本发明所述的自旋光电子器件及其自旋注入方法，该结构中耦合量子阱和量子点结构沿生长方向依次为：量子点层、间隔层和量子阱层，并且所述量子阱层和所述量子点层的禁带宽度小于所述p型缓冲层、阻挡层、第一势垒层、第二势垒层和n型接触层的禁带宽度，所述量子阱层的禁带宽度大于所述量子点层的禁带宽度，从而使所述量子阱层中载流子的基态能级高于所述量子点层中载流子的基态能级，甚至可以与所述量子点层的激发态能级形成电子耦合实现共振-隧穿。通过半导体量子点层与量子阱层的电子耦合和共振-隧穿效应，可以超快、高效地向半导体量子点中注入自旋极化的载流子，解决了现有技术中因为能量弛豫引起的自旋损失严重的问题。
（3）本发明所述的自旋光电子器件及其自旋注入方法，所述自旋注入结优选为磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结，利用所述磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结的结构将磁性金属层中产生的自旋极化电子传送到量子阱层，具有较高的自旋注入效率。
（4）本发明所述的自旋光电子器件及其自旋注入方法，间隔层的厚度小于或等于15nm，通过上述设置能够保证量子阱层和量子点层之间有一定的间隔，更重要的是通过改变量子阱层和量子点层之间的间隔层厚度，可以调节所述量子阱层和所述量子点层之间的电子耦合强度及载流子的隧穿几率，可以实现20皮秒以下的超快、高效率的自旋注入。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明一种实施例所述自旋光电子器件的示意图之一；
图2是本发明一种实施例所述自旋光电子器件的示意图之二；
图3是本发明一种实施例所述自旋注入方法的流程图；
图4是采用本发明一个实施例的自旋光电子器件及注入方法中In0.1Ga0.9As量子阱层和In0.5Ga0.5As量子点层中光致发光圆偏振度与间隔层厚度的关系图。
图中附图标记表示为：1-衬底层，2-p型缓冲层，3-阻挡层，4-第一势垒层，5-浸润层，61-量子点层，62-间隔层，63-量子阱层，7-第二势垒层，8-n型接触层，90-绝缘氧化物薄膜层，91-磁性金属层，92-惰性金属保护层，93-上电极材料层，94-下电极材料层，10-圆偏振光，11-隧穿注入方向，12-自旋极化电子，13-金属引线，14-直流电源，701-量子阱层光致发光圆偏振度与间隔层厚度的关系，702-量子点层光致发光圆偏振度与间隔层厚度的关系。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述的一种自旋光电子器件，如图1和图2所示，在衬底层1上依次生长有p型缓冲层2、阻挡层3、第一势垒层4、耦合量子阱和量子点结构、第二势垒层7、n型接触层8以及电极层，所述n型接触层8与所述电极层形成自旋注入结构。所述电极层采用磁性金属材料，所述磁性金属材料优选为Fe,Co和Ni及其合金。其中，所述衬底层1优选为p型衬底。
本实施例所述的自旋光电子器件，利用n型接触层与电极层形成的自旋注入结构将电极层中产生的自旋极化电子传送到耦合量子阱和量子点结构，解决了现有技术中磁性金属和半导体之间因电导率失配引起的自旋注入效率极低的问题，极大地提升了自旋注入的效率。
所述耦合量子阱和量子点结构沿生长方向依次为：量子点层61、间隔层62和量子阱层63；其中所述量子点层61的晶格常数大于所述p型缓冲层2和所述间隔层62的晶格常数，所述量子阱层63和所述量子点层61的禁带宽度小于所述p型缓冲层2、阻挡层3、第一势垒层4、第二势垒层7和n型接触层8的禁带宽度；所述量子阱层63的禁带宽度大于所述量子点层61的禁带宽度，且量子阱层63中电子基态能级与量子点层61中电子激发态能级接近或相等，形成共振。并且由于自旋极化载流子从所述电极层到所述量子阱层63能级的能量弛豫通常小于其到所述量子点层61能级的能量弛豫，而且所述第二势垒层7与所述量子阱层63的电子波函数耦合强度高于所述第一势垒层4与所述量子点层61的电子波函数耦合强度，有利于自旋极化载流子的传输，因此自旋注入到所述量子阱层63的效率一般高于其到所述量子点层61的效率。
本实施例正是基于以上原因通过半导体量子点层与量子阱层的电子耦合和共振-隧穿效应，超快、高效地向半导体量子点中注入自旋极化的载流子，解决了现有技术中因为能量弛豫引起的自旋损失严重的问题。
如图1所示，所述电极层沿生长方向依次包括磁性金属层91和惰性金属保护层92以及上电极材料层93，所述自旋注入结构为所述n型接触层8与所述磁性金属层91形成的磁性金属-半导体（M-S）肖特基结，所述n型接触层中施主硅的掺杂浓度从1016cm-3指数型增加到1019cm-3。
图2与图1的区别在于所述电极层的结构不同，如图2所示，所述电极层沿生长方向还可以依次包括绝缘氧化物薄膜层90、磁性金属层91和惰性金属保护层92以及上电极材料层93，所述自旋注入结构为所述n型接触层8与所述绝缘氧化物薄膜层90和所述磁性金属层91形成的磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结，所述n型接触层中施主硅的掺杂浓度量级为1016cm-3至1017cm-3。
本实施例所述自旋注入结构优选为磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结，利用所述磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结的结构将磁性金属层中产生的自旋极化电子传送到量子阱层，具有较高的自旋注入效率。本领域技术人员应当知晓无论是所述磁性金属-半导体（M-S）肖特基结还是所述磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结都只是优选的实施方式，并非用于限定本实施例。所述n型接触层8掺杂硅的浓度的设定只是为了可以充分实施本实施例，本领域技术人员完全可以根据实际需要进行相应调整，其他显而易见的数值变化亦在本发明的保护范围之内。
所述p型缓冲层2上还设有电极接触台面，所述电极接触台面上沉积有电极材料，形成下电极材料层94，在所述电极层的上电极材料层93与所述下电极材料层94之间设有金属引线13。直流电源14通过金属引线在p型缓冲层或衬底层和所述上电极材料层之间施加正向偏置电压。本领域技术人员应当知晓所述的电极接触台面的设置只是为了在所述p型缓冲层2上沉积下电极材料层94，其他任何显而易见的变化都在本实施例的保护范围之内。
所述间隔层62的厚度小于或等于15nm，所述间隔层62优选为GaAs材料或者AlGaAs材料。所述间隔层62的设置能够保证量子阱层63和量子点层61之间有一定的间隔，更为重要的是通过改变量子阱层63和量子点层61之间的间隔层62的厚度，可以调节所述量子阱层63和所述量子点层61之间的电子耦合强度及载流子的隧穿几率，可以实现20皮秒以下的超快、高效率自旋注入。
优选地所述绝缘氧化物薄膜层90为氧化镁薄膜层，所述氧化镁薄膜层的厚度为1-5nm。所述磁性金属层91的厚度为1-20nm、所述惰性金属保护层92的厚度为1-5nm，所述n型接触层8为n型AlyGa1-yAs接触层，其中0.05≤y≤0.1。所述量子点层61为InmGa1-mAs量子点以Stranski-Krastanov的生长模式形成，含有浸润层，总厚度小于或等于10nm，其中0.3≤m≤1.0。所述量子阱层63为InnGa1-nAs材料生长形成，厚度小于或等于100nm，其中0.05≤n≤0.3。所述阻挡层3为AlxGa1-xAs材料，其中0.1≤x≤1。所述p型缓冲层2、所述第一势垒层4、所述浸润层5和所述第二势垒层7的材料选择均为本领域技术人员的常规选择，本领域技术人员应当知晓，此处不再赘述。上述材料和数值的设定只是为了便于本领域技术人员可以充分实施本实施例，其完全可以根据实际需要进行相应调整，本领域技术人员应当知晓，任何显而易见的惯用材料替换和数值变化均在本实施例的保护范围之内。
实施例2
本实施例提供一种基于实施例1所述的自旋光电子器件的自旋注入方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1：在p型缓冲层或衬底层和上电极材料层之间施加正向偏置电压，利用自旋注入结构将在电极层中产生的自旋极化电子传送到耦合量子阱和量子点结构；
S2：在所述耦合量子阱和量子点结构中的所述自旋极化电子与从所述p型缓冲层注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光。
其中所述步骤S1具体包括：
通过金属引线在所述p型缓冲层或衬底层和所述上电极材料层之间施加正向偏置电压，利用磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结将所述电极层中的磁性金属层中产生的自旋极化电子传送到所述耦合量子阱和量子点结构中的量子阱层。
所述步骤S2具体包括：
所述自旋极化电子经历共振隧穿和能量弛豫进入量子点层的激发态和基态能级并与从所述p型缓冲层注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光。
如图1和图2所示，所述磁性金属层91产生的自旋极化电子12，通过磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结进入到所述n型接触层8，继而传送到所述量子阱层63中，随后所述自旋极化电子12从所述量子阱层63转移到所述量子点层61中，所述量子点层61的激发态和基态能级与从所述p型缓冲层2注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光10，图中以箭头表示本实施例中所述自旋光电子器件的隧穿注入方向11。利用CCD或扫描（streak）探测器探测从半导体量子点层61中发射的圆偏振光10的电致发光谱，所述圆偏振光10的电致发光谱包括电致发光谱和/或时间分辨电致发光谱，分析自旋极化载流子12从量子阱层63向量子点61的转移过程，继而可以实现对电子自旋信息的编码、调制和检测。
所述量子阱层63的禁带宽度大于所述量子点层61的禁带宽度，所述量子阱层63中的基态能级高于所述量子点层61中的基态能级并与其激发态能级形成共振。
本实施例中耦合量子阱和量子点结构沿生长方向依次为：量子点层61、间隔层62和量子阱层63，其中所述量子阱层63和所述量子点层61的禁带宽度小于p型缓冲层2、阻挡层3、第一势垒层4、第二势垒层7和n型接触层8的禁带宽度，而且所述量子阱层63的禁带宽度要大于所述量子点层61的禁带宽度，从而使所述量子阱层63中载流子的基态能级高于所述量子点层61中载流子的基态能级，甚至可以与所述量子点层61的激发态能级形成电子耦合实现共振隧穿。并且由于自旋极化载流子从所述电极层到所述量子阱层63能级的能量弛豫通常小于其到所述量子点层61能级的能量弛豫，而且所述第二势垒层7与所述量子阱层63的电子波函数耦合强度高于所述第一势垒层4与所述量子点层61的电子波函数耦合强度，有利于自旋极化载流子的传输，因此自旋注入到所述量子阱层63的效率一般高于其到所述量子点层61的效率。
本实施例正是基于以上原因通过半导体量子点层与量子阱层的电子耦合和共振-隧穿效应，超快、高效地向半导体量子点中注入自旋极化的载流子，解决了现有技术中因为能量弛豫引起的自旋损失严重的问题。
所述间隔层厚度小于或等于15nm。如图4所示，给出了In0.1Ga0.9As量子阱层63和In0.5Ga0.5As量子点层61中光致发光圆偏振度与间隔层62厚度的关系。图中横坐标表示间隔层62的厚度，纵坐标表示光致发光圆偏振度，折线701代表量子阱层63光致发光圆偏振度与间隔层62厚度的关系，折线702代表量子点层61光致发光圆偏振度与间隔层62厚度的关系。从图中可以看出间隔层62的厚度相同时，量子点层61的光致发光圆偏振度和量子阱层63的光致发光圆偏振度非常接近，尤其在间隔层62为2nm时差距最小，说明量子阱层63中的自旋极化的载流子几乎百分之百转移至了量子点层61中，故此处可以优选所述间隔层62的厚度为2nm。需要说明的是，图4所对应的测量结果是针对如下结构获得的：In0.1Ga0.9As量子阱层和In0.5Ga0.5As量子点层都是利用分子束外延方法生长的，二者厚度分别是20nm和1.8nm，生长温度分别是520℃和480℃。所述间隔层62的设置可以保证量子阱层63和量子点层61之间有一定的间隔，更重要的是通过改变量子阱层63和量子点层61之间的间隔层62的厚度，可以调节所述量子阱层63和所述量子点层61之间的电子耦合强度及载流子12的隧穿几率，可以实现20皮秒以下的超快、高效率自旋注入。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (14)
1.一种自旋光电子器件，其特征在于，在衬底层上依次生长有p型缓冲层、阻挡层、第一势垒层、耦合量子阱和量子点结构、第二势垒层、n型接触层以及电极层，所述n型接触层与所述电极层形成自旋注入结构。
2.根据权利要求1所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述耦合量子阱和量子点结构沿生长方向依次为：量子点层、间隔层和量子阱层；其中所述量子点层的晶格常数大于所述p型缓冲层和所述间隔层的晶格常数，所述量子阱层和所述量子点层的禁带宽度小于所述p型缓冲层、阻挡层、第一势垒层、第二势垒层和n型接触层的禁带宽度；所述量子阱层的禁带宽度大于所述量子点层的禁带宽度，且量子阱层中电子基态能级与量子点层中电子激发态能级接近或相等，形成共振。
3.根据权利要求2所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述电极层沿生长方向依次包括磁性金属层、惰性金属保护层以及上电极材料层，所述自旋注入结构为所述n型接触层与所述磁性金属层形成的磁性金属-半导体（M-S）肖特基结，所述n型接触层中施主浓度从1016cm-3指数型增加到1019cm-3。
4.根据权利要求2所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述电极层沿生长方向依次包括绝缘氧化物薄膜层、磁性金属层和惰性金属保护层以及上电极材料层，所述自旋注入结构为所述n型接触层与所述绝缘氧化物薄膜层和所述磁性金属层形成的磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结，所述n型接触层中施主浓度量级为1016cm-3至1017cm-3。
5.根据权利要求2-4任一所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述间隔层的厚度小于或等于15nm。
6.根据权利要求4或5所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述绝缘氧化物薄膜层为氧化镁薄膜层，所述氧化镁薄膜层的厚度为1-5nm。
7.根据权利要求2-6任一所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述磁性金属层的厚度为1-20nm、所述惰性金属保护层的厚度为1-5nm，所述n型接触层为n型AlyGa1-yAs接触层，其中0.05≤y≤0.1。
8.根据权利要求2-7任一所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述量子点层为InmGa1-mAs量子点以Stranski-Krastanov的生长模式形成，含有浸润层，总厚度小于或等于10nm，其中0.3≤m≤1.0。
9.根据权利要求2-8任一所述的自旋光电子器件，其特征在于，所述量子阱层为InnGa1-nAs材料，厚度小于100nm，其中0.05≤n≤0.3。
10.一种基于权利要求1-9任一所述的自旋光电子器件的自旋注入方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在p型缓冲层或衬底层和上电极材料层之间施加正向偏置电压，利用自旋注入结构将在电极层中产生的自旋极化电子传送到耦合量子阱和量子点结构；
S2：在所述耦合量子阱和量子点结构中的所述自旋极化电子与从所述p型缓冲层注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光。
11.根据权利要求10所述的自旋注入方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
通过金属引线在所述p型缓冲层或衬底层和所述上电极材料层之间施加正向偏置电压，利用磁性金属-半导体（M-S）肖特基结或者磁性金属-氧化物-半导体（M-O-S）隧道结将所述电极层中的磁性金属层中产生的自旋极化电子传送到所述耦合量子阱和量子点结构中的量子阱层。
12.根据权利要求10或11所述的自旋注入方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
所述自旋极化电子经历共振-隧穿和能量弛豫进入量子点层的激发态和基态能级并与从所述p型缓冲层注入的空穴发生辐射复合形成圆偏振光。
13.根据权利要求12所述的自旋注入方法，其特征在于，所述量子阱层的禁带宽度大于所述量子点层的禁带宽度，所述量子阱层中的基态能级高于所述量子点层中的基态能级并与其激发态能级形成共振。
14.根据权利要求10-13任一所述的自旋注入方法，其特征在于，所述间隔层厚度小于或等于15nm。
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