本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領域，具體是一種基于表面等離子波導的新型發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
表面等離子體激元(surfaceplasmonpolariton,簡稱spp)是通過改變金屬表面的亞波長結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質(zhì)界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娴入x子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。砷化鎵發(fā)光二極管（light-emittingdiode,簡稱led）已經(jīng)實現(xiàn)了很多領域的應用，但目前的發(fā)光led的效率提高依然是研究主要方向。比較有代表性的是2004年，《naturematerials》發(fā)表的okamoto團隊的“surface-plasmon-enhancedlightemittersbasedoninganquantumwells”提出了在ingan/gan量子阱led中引入sps技術(shù)來提高led的發(fā)光效率，在一定的條件下，激發(fā)產(chǎn)生高強度的sps，能夠提高led發(fā)光中心的內(nèi)量子效率。更人興奮的是2010年，《nanotechnology》發(fā)表的chu團隊的“surfaceplasmon-enhancedlight-emittingdiodesusingsilvernanoparticlesembeddedinp-gan”，他們利用電子束蒸發(fā)技術(shù)將ag薄膜覆蓋到ingan-gan多量子阱(mqws)上，再經(jīng)過熱退火處理，生成一層ag納米顆粒，使得led的發(fā)光效率顯著增強，聲稱外量子效率提高了38%。然而從目前研究成果來看，室溫下的量子效率依然非常低，半導體材料的生長品質(zhì)依然與晶體管器件相差甚遠，這也嚴重制約了led行業(yè)的發(fā)展。
目前對于發(fā)光二極管研究大都集中在工藝優(yōu)化方面，對于新技術(shù)的結(jié)合研究較少。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于表面等離子波導的新型發(fā)光二極管。這種二極管能提高led的光萃取效率、增加光的透射、能夠增強led的電學特性、實現(xiàn)led的出光效率的增強,為制備高效led芯片提供一種新的原型器件。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：
基于表面等離子波導的新型發(fā)光二極管，包括自下而上順序疊接的n-gaas層、ingan-gaas多量子阱層、p-gaas層和ag金屬光柵層，所述p-gaas層刻蝕有光柵結(jié)構(gòu)ito緩沖層。
所述光柵結(jié)構(gòu)為周期性楔形光柵結(jié)構(gòu)。
所述ag金屬光柵層與光柵結(jié)構(gòu)ito緩沖層為典型的金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
在p-gaas層刻蝕周期楔形光柵結(jié)構(gòu)，通過對p-gaas表面進行粗化處理，能夠增加發(fā)光層輻射光的出光面積，使那些發(fā)生全反射的光線可以從不同面射出，增大光線出射的逃逸角，進而提高led的光萃取效率；ito緩沖層在可見光波段具有高透射性，能夠增加光的透射，減少反射回led內(nèi)部的光，并且ito緩沖層具有電流擴展的作用，能夠增強led的電學特性。
所述ag金屬光柵層與ito緩沖層是典型的金屬-介質(zhì)結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)spp光子局域化，當led的發(fā)光波長與spp光子共振波長一致時，會使得激子衰減速率大幅度提高，加快led內(nèi)電子-空穴對的復合輻射速率，提高led的內(nèi)量子效率。
所述周期性楔形光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)㈦娮?空穴復合產(chǎn)生激子的能量耦合到spp模式中，
通過設計ag光柵的周期結(jié)構(gòu)，可以控制輻射光的出射方向，在特定的方向，光柵能夠集中輻射能量的70%以上，極大的提高led的外量子效率。
這種發(fā)光二極管對led的出光效率有很強的增強作用，ag金屬光柵不僅可以激發(fā)產(chǎn)生spp,促進激子的自發(fā)輻射速率，而且可以把限制在led內(nèi)部的光，轉(zhuǎn)化成自由空間的光輻射出去，同時，可以控制輻射光的出射方向，周期性楔形光柵結(jié)構(gòu)，相對于平面接觸而言，增加了電流的注入面積，減少電流的擁堵，增加發(fā)光層輻射光的出光面積，使那些發(fā)生全反射的光線可以從不同面射出，增大光線出射的逃逸角，ito緩沖層在可見光波段具有高透射性，能夠增加光的透射，減少反射回led內(nèi)部的光，并且ito緩沖層具有電流擴展的作用，能夠增強led的電學特性。
這種發(fā)光二極管對于制備高效led芯片提供了新的原型結(jié)構(gòu)。
這種二極管能提高led的光萃取效率、增加光的透射、能夠增強led的電學特性、實現(xiàn)led的出光效率的增強,為制備高效led芯片提供一種新的原型器件。
附圖說明
圖1為實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.n-gaas層2.ingan-gaas多量子阱層3.p-gaas層4.ito緩沖層5.ag金屬光柵層。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容作進一步闡述，但不是對本發(fā)明限定。
實施例：
參照圖1，基于表面等離子波導的新型發(fā)光二極管，包括自下而上順序疊接的n-gaas層1、ingan-gaas多量子阱層2、p-gaas層3和ag金屬光柵層5，所述p-gaas層3刻蝕有光柵結(jié)構(gòu)ito緩沖層4。
所述光柵結(jié)構(gòu)為周期性楔形光柵結(jié)構(gòu)。
所述ag金屬光柵層5與光柵結(jié)構(gòu)ito緩沖層4為典型的金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
在p-gaas層刻蝕周期楔形光柵結(jié)構(gòu)，通過對p-gaas表面進行粗化處理，能夠增加發(fā)光層輻射光的出光面積，使那些發(fā)生全反射的光線可以從不同面射出，增大光線出射的逃逸角，進而提高led的光萃取效率；ito緩沖層4在可見光波段具有高透射性，能夠增加光的透射，減少反射回led內(nèi)部的光，并且ito緩沖層4具有電流擴展的作用，能夠增強led的電學特性。
所述ag金屬光柵層5與ito緩沖層4是典型的金屬-介質(zhì)結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)spp光子局域化，當led的發(fā)光波長與spp光子共振波長一致時，會使得激子衰減速率大幅度提高，加快led內(nèi)電子-空穴對的復合輻射速率，提高led的內(nèi)量子效率。
所述周期性楔形光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)㈦娮?空穴復合產(chǎn)生激子的能量耦合到spp模式中，
通過設計ag光柵的周期結(jié)構(gòu)，可以控制輻射光的出射方向，在特定的方向，光柵能夠集中輻射能量的70%以上，極大的提高led的外量子效率。
這種發(fā)光二極管對led的出光效率有很強的增強作用，ag金屬光柵不僅可以激發(fā)產(chǎn)生spp,促進激子的自發(fā)輻射速率，而且可以把限制在led內(nèi)部的光，轉(zhuǎn)化成自由空間的光輻射出去，同時，可以控制輻射光的出射方向，周期性楔形光柵結(jié)構(gòu)，相對于平面接觸而言，增加了電流的注入面積，減少電流的擁堵，增加發(fā)光層輻射光的出光面積，使那些發(fā)生全反射的光線可以從不同面射出，增大光線出射的逃逸角，ito緩沖層在可見光波段具有高透射性，能夠增加光的透射，減少反射回led內(nèi)部的光，并且ito緩沖層具有電流擴展的作用，能夠增強led的電學特性。