[实用新型]一种基于自旋注入的电控自旋发光二极管器件

说明书

本实用新型公开一种基于自旋注入的电控自旋发光二极管器件，包括导电基片、设置于导电基片上表面的p型氮化物、电子阻挡层、量子阱有源区、n型氮化物，氮化硼电子隧穿层、自旋注入层、盖层；所述自旋注入层的磁矩取向可通过电场调控，通过电场调控自旋注入层的磁矩取向在平内与垂直方向上快速翻转，可分别在发光二极管的侧向与正向产生具有自旋极化的旋光。

技术领域

本实用新型涉及一种自旋发光二极管器件，尤其是一种具有电场可控极化率的电控自旋发光二极管器件。

背景技术

低功耗、稳定的电控圆偏振光源可广泛应用于手性化合物的制备、生物活性分子的混沌光学光谱、癌组织和浑浊组织类散射介质的无创医学诊断、光学数据存储与处理、以及光子学技术，如彩色图像投影和立体显示、可重构光学互连和超快光学开关、加密光学通信和带宽增强的电信、固体的磁性探测等领域。获得这种圆偏振光源的一种简便方法是在发光二极管或激光器中自旋极化载流子的辐射复合，其操作源于控制注入载流子自旋极化和输出光子圆偏极化之间转换的光学选择规则。

基于III族氮化物的第三代半导体材料，主要包括GaN、InN、AlN及其合金材料,其禁带宽度覆盖整个可见光及紫外光谱范围，且击穿场强高、饱和电子迁移速率高、抗辐射能力强，以及良好的化学稳定性，适于制作发光二极管及光测控等器件。目前发光二极管的制造技术已经比较成熟并且已经初步商品化。 1996年，日本Nichia公司的高亮蓝光二极管已经达到3cd的亮度，绿光达到 10cd，光输出功率分别达6.0mw和4.0mw。2003年，紫光二极管美国Cree公司已经报道了12.0mw的光输出功率。白光二极管的制造技术也逐渐成熟，亮度达 5.0至6.0cd。目前美国、日本、韩国都十分重视其发展，我国也制定了自己的“半导体照明计划”。利用InGaN蓝光和绿光二极管和AIGaInP红光二极管做成全色动态信息显示平板,其信息显示逼真、且具有平面化、响应快、清晰度高、无辐射、低功耗等优势，已广泛用于车站、广场、体育馆等场所，以及电视机和计算机的显示器等。因此，基于目前已较为成熟的III族氮化物半导体材料生长及器件制备技术，进一步设计开发研制基于III族氮化物半导体的自旋发光二极管器件具有独特的优势。且为实现自旋操纵和自旋的有效输运，必需要求在半导体器件中，自旋有足够高的迁移率和长的驰豫时间。III族氮化物宽禁带半导体材料，由于具有室温下较长的自旋寿命和自旋扩散长度，是实现室温自旋电子学器件的理想材料。此外，电可控性是实现自旋发光器件集成应用的关键，基于目前已占据广大光电产业市场的发光二极管技术与设计方案，通过电学方式产生与调控其发光的旋光性与极化率，对于推动旋光器件的进一步发展具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型鉴于旋光器件的设计需求，结合III族氮化物半导体发光二极管，提出一种基于自旋注入的电控自旋发光二极管器件；该器件通过电场调控方法可分别在发光二极管的侧向与正向产生具有自旋极化的旋光，可解决旋光产生技术、电控旋光性，器件集成与兼容性的问题。

为了解决上述的技术问题，本实用新型公开一种基于自旋注入的电控自旋发光二极管器件，其特征在于：包括导电基片、层叠设置于导电基片上表面的p 型氮化物、电子阻挡层、量子阱有源区、n型氮化物，氮化硼电子隧穿层、自旋注入层、盖层；所述自旋注入层的磁矩取向可通过电场调控，通过电场调控自旋注入层的磁矩取向在平内与垂直方向上快速翻转，分别在发光二极管的侧向与正向产生具有自旋极化的旋光。

在一较佳实施例中：所述导电基片采Au、Ag、Cu、Al、Mg、Zn、Mo、Ir、W、Ti、Pt、Ta、Ni、Fe、Sn金属中的一种或其合金。

在一较佳实施例中：所述p型氮化物采用Mg掺杂或Mg-Si共掺的GaN、 In_xGa_1-xN、Al_xGa_1-xN、AIN中的一种，其厚度为100～1000nm，所述掺杂浓度范围为10¹⁶～10²¹cm^-3。