半导体自旋电子学是一门新兴的交叉学科,主要目标是操控自旋来表示数字信息,利用电子自旋相关的性质来设计与制作新型半导体器件——自旋电子器件。如何使半导体材料中的电子发生自旋极化及其调控是半导体自旋电子学研究领域中的一个重要方向,迄今,一些有效的方法已经被提出,其中一种方案是利用磁半导体异质结构来实现半导体材料中的电子自旋极化与调控。本文运用理论分析与数值计算相结合的方法,研究一类磁半导体异质结构——磁、电受限半导体异质结构(包括平行式和嵌入式两种典型结构),探讨利用Delta-掺杂实现电子自旋过滤效应的调控。全文分为五章。第一章介绍半导体自旋电子学研究领域及其半导体材料中电子自旋极化与调控研究方向,磁半导体异质结构及其自旋过滤效应的研究进展,以及本文的研究内容。第二章是本文采用的研究方法,包括改进的转移矩阵法和Landaur–Büttiker电导理论。在第三章中,我们研究平行式磁、电受限半导体异质结构中Delta-掺杂对电子自旋过滤效应的影响。第四章研究嵌入式磁、电受限半导体异质结构,探讨Delta-掺杂对电子自旋过滤效应的调控。最后,第五章是总结与展望,指出本文研究的创新点,归纳得到的重要结论,并对今后的研究方向进行展望。本文研究取得的结果,主要包括三个方面:(1)引入Delta-掺杂后,所考虑的磁、电受限半导体异质结构中仍然出现显著的电子自旋过滤效应。在磁、电受限半导体异质结构中,电受限打破磁受限中的内禀的磁场对称性,导致了电子自旋极化的产生。Delta-掺杂不会改变结构中的这个破缺对称性,也不会影响电子自旋与磁场之间的Zeeman耦合。(2)但是,Delta-掺杂对磁、电受限半导体异质结构中电子自旋过滤效应具有重大的影响,即通过改变Delta-掺杂的权重或位置,可以控制电子自旋过滤效应的大小与极性,这是因为电子在磁、电受限半导体异质结构中感受到的有效势与Delta-掺杂密切相关。(3)因此,磁、电受限半导体异质结构可以用作Delta-掺杂可调或结构可控的电子自旋过滤器,其自旋极化可通过Delta-掺杂进行调控。本文的研究结果,不仅可以提供一种实现半导体材料中电子自旋极化调控的有效方法,而且可以得到一类可控的电子自旋过滤器件——作为半导体自旋电子学器件应用的可调自旋极化源。