本发明专利技术公开了一种基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管，包括：LED外延层、荧光粉层、P型电极和N型电极；所述LED外延层依次包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、周期性金属纳米结构层、量子阱层、p型半导体层、周期性金属纳米结构层和导电层；荧光粉在导电层上，p型电极和N型电极分别镀于所述LED外延芯片的导电层和n型半导体的端部。本发明专利技术的有益效果是：这种发光二极管不仅能够提高LED的发光效率用于照明，而且可以为实现高速、低成本的可见光高速通信提供可靠的光源。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管，包括：LED外延层、荧光粉层、P型电极和N型电极；所述LED外延层依次包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、周期性金属纳米结构层、量子阱层、p型半导体层、周期性金属纳米结构层和导电层；荧光粉在导电层上，p型电极和N型电极分别镀于所述LED外延芯片的导电层和n型半导体的端部。本专利技术的有益效果是：这种发光二极管不仅能够提高LED的发光效率用于照明，而且可以为实现高速、低成本的可见光高速通信提供可靠的光源。【专利说明】
本专利技术涉及一种可见光通信发光二极管及其制备方法，更具体说，涉及一种。
技术介绍
目前，提高可见光通信的调制带宽普遍采用办法是用多个发光二极管(LED)组成光通信发射阵列来实现高速数据传输。但这种方案电路复杂、成本较高。还有的通过添加蓝色滤光片和均衡网络[DominicBrien.Visible Light Communicat1ns:Achieving High Data Rates.Departmentof Engineering Science, Oxford University, February 8th，2011]，但是并没有从LED 的结构上做出改变，来缩短LED上升、下降时间，进而提高调制带宽用于高速通信系统。 LED器件的调制带宽是指调制到LED上的最高信号频率，该指标与器件的响应速度有关。根据半导体理论，LED响应速度主要取决于载流子的辐射复合寿命。载流子复合越快，产生下一个比特信号的载流子就能更快地被注入，以达到高比特的数据传输。辐射复合率与活性层的载流子的浓度、Purcell系数、局域光场等特性有关。尽管量子阱活性层中引入高载流子浓度可有效增加LED的调制速度，但是重掺杂会增加非辐射复合率，退化 LED 的发光效率 0 光场局域增强来增加Purcell系数提高LED的发光效率，同时还能改善LED器件的调制带宽。如Wierer和Rangeld等学者用光子晶体构建发光InGaN 二极管，获得了高的发光效率 ，Tsai 等学者在 InGaN/GaN量子阱系统中增加了微型共振腔，使得LED器件的数据传输速率达到100Mbit/s，Ee等学者在InGaN量子阱表面构建微透镜阵列，提高了发光二极管的发光效率。 采用周期性纳米金属结构不仅具有强烈的光场局域增强和光谱调谐特性、而且还可以调控半导体材料的自发福射寿命 ，其特性可通过金属纳米颗粒的大小、形状以及颗粒间的距离进行调节。本专利技术利用此原理实现基于等离子体宽带发光二极管。本专利技术中用金和银纳米结构作为例子。具体描述和说明其实现方法，最终可实现高调制带宽的可见光通信发光二极管。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高速、低成本的可见光高速通信提供可靠光源的。 这种基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管，包括:LED外延层、荧光粉层、P型电极和N型电极；所述LED外延层依次包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、周期性金属纳米结构层、量子阱层、P型半导体层、周期性金属纳米结构层和导电层；荧光粉在导电层上，P型电极和N型电极分别镀于所述LED外延芯片的导电层和η型半导体的端部；量子阱层为InGaN/GaN多量子阱或是InGaN单量子阱，生长厚度为5nm?25nm ;导电层为ΙΤ0,厚度为250nm?300nm ;衬底层的材料为蓝色宝石、SiC、石英或玻璃；缓冲层为A1N。 所述的金属纳米结构层金属纳米结构在(X，y)平面的周期分别为Tx为430nm?550nm、Ty为430nm?550nm，与有源层之间的间距为Λ范围为200nm?300nm。 其中周期性的金属纳米结构层为Ag、Au、Mg或Al纳米粒子中的一种。 金属纳米粒子的形状可以为立方体、三角锥或是圆柱型中的一种或几种。 其中圆柱体的半径为40nm?80nm,高为30nm?50nm ;立方体的边长为40nm?120nm ;三角维底边长为60nm?120nm,高为40nm?60nm。 量子阱层为InGaN/GaN多量子阱或是InGaN单量子阱，生长厚度为5nm?25nm ；导电层为ΙΤ0，厚度为250nm?300nm ;衬底层的材料为蓝色宝石、SiC、石英或玻璃；缓冲层为 A1N。 基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管的制备方法: 步骤1:LED外延层的制备，依次包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、量子阱层、P型半导体层: (I)衬底层:首先将蓝宝石、SiC、石英或玻璃衬底经过乙醇和丙酮超声清洗后送入生长室；然后将衬底在高温中除气，除去水蒸气和表面杂质，这个过程中生长室保持流通的氮气；再将衬底在高温中进行氮化处理； (2)缓冲层:开启Al炉通入N2开始生长AlN缓冲层，以适应GaN与蓝宝石衬底间的晶格适配； ⑶N型半导体:升温到1000°C?1035°C左右生长GaN层温度为，为0.8 μ m?I μ m未掺的GaN外延层； (4)金属纳米层:首先生长金属纳米颗粒的薄膜表面生长金属薄膜，在金属薄膜上旋涂光刻胶，过氧等离子体刻蚀所述光刻胶，形成光刻胶纳米颗粒；再通过各向异性干法刻蚀所述金属薄膜，形成金属纳米颗粒；去除光刻胶，完成金属纳米颗粒的制备； (5)再在高温下下生长Iym?1.2μηι的η型的GaN外延层； (6)量子阱层:在高温1000°C?1035°C生长InGaN ； (7)P型半导体:高温1000°C?1035°C生长的GaN层，然后在N2中退火15?30分钟； (8)金属纳米层:首先生长金属纳米颗粒的薄膜表面生长金属薄膜，在金属薄膜上旋涂光刻胶，过氧等离子体刻蚀所述光刻胶，形成光刻胶纳米颗粒；再通过各向异性干法刻蚀所述金属薄膜，形成金属纳米颗粒；去除光刻胶，完成金属纳米颗粒的制备； 步骤2:导电层:采用电子束蒸发在P型半导体层上蒸镀的氧化铟锡ITO导电层，其中控制 ITO 导电层中 m(Sn203):m(In203) = 1:9 ； 步骤3:荧光粉:通过丝网印刷技术将Y2Si05:Ce蓝色荧光粉与YAG:Ce黄色荧光粉印制在外延芯片的ITO导电层； 步骤4:P型电极和N型电极:把P型和N型电极制作在外延芯片的同侧:首先用有机溶剂(丙酮、乙醇)清洗材料表面，最后再用去离子水冲洗，并用N2吹干，通过电感耦合等离子体(ICP)刻蚀(0XfordICP180)获得外延器件η型台面，刻蚀表面平整。 本专利技术的有益效果是: 据我们提出的设计方案对单管LED器件结构改进，将周期性的纳米金属结构嵌入到了 N型GaN区同时将不同周期的纳米金属结构嵌入到了 P型GaN区，有利于等离子体与有源层之间相互耦合，也起到光子的收集和光谱调谐的作用，可以有效的提高器件的发光效率，同时增大器件的带宽。随着电耦合系数的增大，其调制带宽也随之增大。当d’ =IX 10_16cm2下，其在光子密度不是很高的情况下的调制带宽达到w3dB = 7.43GHz ;光子密度较高的非线性情况下，调制带宽达到w3dB = 12.97GHz。相比较之前的大功率白光LED的调制带宽仅仅3MHz?50MHz有了较大的提高。这种发光二极管不仅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管,其特征在于：包括：LED外延层、荧光粉层、P型电极和N型电极；所述LED外延层依次包括衬底层、缓冲层、N型半导体层、周期性金属纳米结构层、量子阱层、p型半导体层、周期性金属纳米结构层和导电层；荧光粉在导电层上，p型电极和N型电极分别镀于所述LED外延芯片的导电层和n型半导体的端部；量子阱层为InGaN/GaN多量子阱或是InGaN单量子阱，生长厚度为5nm～25nm；导电层为ITO，厚度为250nm～300nm；衬底层的材料为蓝色宝石、SiC、石英或玻璃；缓冲层为AlN。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭曼丽，毕岗，蔡春锋，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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