[发明专利]利用表面等离激元增强LED光通信器件及其制备方法

权利要求书

1.一种利用表面等离激元增强LED光通信器件，其结构自下而上包括：

一衬底；

一生长在衬底上的n型GaN层；

一生长在n型GaN层上的In_xGa_1-xN/GaN量子阱有源层；

一生长在量子阱有源层上的电子阻挡层；

一生长在电子阻挡层上的p型GaN层；

一生长在p型GaN层上的介质层；

其特征在于：所述LED刻蚀形成贯穿介质层、p型GaN层，深至电子阻挡层的阵列式纳米柱结构，所述纳米柱之间填充有金属纳米颗粒或纳米柱侧壁上镀有金属膜；

还包括一设置在p型GaN层上的p型电极和一设置在n型GaN层上的n型电极。

2.根据权利要求1所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件，其特征在于：所述金属的共振波长与LED器件相匹配。

3.根据权利要求1所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件，其特征在于：还包括绝缘层，所述绝缘层设置在纳米柱侧壁上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件，其特征在于：所述阵列式纳米柱结构的直径为50～200nm，高度为100～400nm。

5.根据权利要求4所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件，其特征在于：所述In_xGa_1-xN/GaN量子阱有源层的周期数为10～15个，所述x范围：0≤x≤0.8，发光波长在365～600nm范围内，p型GaN层的厚度300～500nm，n型GaN层的厚度1.5～3μm，所述电子阻挡层为p型AlGaN层，厚度为10～30nm。

6.根据权利要求5所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件，其特征在于：所述p型电极或n型电极为电子蒸发沉积获得的Ni/Au、Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au多层金属膜，厚度为100～800nm。

7.权利要求1-6中任一项所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件的制备方法，其步骤包括：

1)利用PECVD技术在In_xGa_1-xN/GaN量子阱LED外延片上生长一层介质层；

2)利用电子束蒸发技术，在介质层上蒸镀一层金属膜；

3)对上述金属蒸镀后的外延片进行高温热处理，在高温高纯度氮气环境下进行退火，形成金属纳米颗粒，在外延片表面形成纳米图形；

4)采用RIE技术，以金属纳米颗粒为掩膜，通入CHF₃和O₂的混合气体，各向异性刻蚀氧化硅介质层，将金属纳米图形转移至介质层薄膜上；

5)采用ICP技术，以介质层纳米图形为掩模，通入Cl₂和Ar的混合气体，各向异性刻蚀部分p型GaN层，形成深至p型GaN层的纳米柱阵列；

6)利用PECVD技术在外延片表面以及纳米柱侧壁生长一绝缘层；

7)利用电子束蒸发技术，在外延片表面以及纳米柱侧壁蒸镀一层金属膜；

8)制备P/N型电极，获得利用表面等离激元增强LED光通信器件。

8.根据权利要求7所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件的制备方法，其特征在于：步骤7)中蒸镀金属膜后采用快速退火炉对外延片进行快速热处理，在高温高纯度氮气环境下进行退火，形成金属纳米颗粒。

9.根据权利要求8所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中形成金属纳米颗粒退火温度800-900℃、退火时间1-5min，氮气环境，通过调节退火温度、退火时间和金属膜厚度，控制金属纳米颗粒的直径在50-200nm。

10.根据权利要求9所述的利用表面等离激元增强LED光通信器件的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中形成金属纳米颗粒退火温度500-550℃，氮气环境，退火时间30-120秒。