CN102473802A - 包括金属-电介质-金属结构的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管(LED)(101)。LED(101)包括具有p型掺杂部分(112)、本征部分(114)和n型掺杂部分(116)的多个部分。本征部分(114)设置在p型掺杂部分(112)和n型掺杂部分(116)之间并形成p-i结(130)和i-n结(134)。LED(101)还包括金属-电介质-金属(MDM)结构(104)，该结构包括第一金属层(140)、第二金属层(144)以及设置在第一金属层(140)和第二金属层(144)之间的电介质。MDM结构(104)的金属层大体垂直于p-i结(130)和i-n结(134)设置，电介质包括本征部分(114)，且MDM结构(104)配置为通过存在于金属层内的表面等离振子相互作用以提高LED(101)的调制频率。
Description
技术领域
本发明的实施方式主要涉及发光二极管(LED)领域。
背景技术
信息的流量和处理随着微电子电路处理这种信息而引起速度上日益增长的需求。特别是高速集成光电电路以及通过具有高带宽和高频率的通信通道在电子设备之间进行通信的手段在满足这些需求上具有决定重要性。
借助于光学通道的集成光学和通信已经引起科学技术团体的关注以满足这些需求。然而，据发明人基于本领域的当前状态所知，除了本发明的实施方式以外，用于光信号产生的发光二极管(LED)在-3分贝(dB)衰减点具有约4千兆赫(GHz)的上调制频率，这限制了利用LED作为光信号源的光电子设备的带宽和信息运载能力。致力于开发借助于光通道的光集成电路和通信的科学家对找到增加利用LED的光电子设备的带宽和信息运载能力的方法产生强烈的兴趣。因此，研究科学家积极追求用于满足这些需求的新方法。
附图说明
并入且形成说明书一部分的附图说明技术的实施方式，并和说明书一起用于解释技术的实施方式。
图1为根据本发明实施方式包括金属-电介质-金属(MDM)结构的p-i-n发光二极管(LED)的透视图，该MDM结构配置为通过存在于MDM结构的金属层内的表面等离振子相互作用来提高LED的调制频率。
图2为根据本发明实施方式的包括MDM结构的p-i-nLED的透视图，该MDM结构与图1的MDM结构类似，但是进一步包括设置在MDM结构的各金属层与电介质之间的电绝缘层，该电绝缘层配置为减少表面复合以提高LED的调制频率。
图3为根据本发明实施方式包括MDM结构的LED的透视图，LED包括设置在LED的p型掺杂部分和LED的n型掺杂部分之间的增益介质，该增益介质包括在MDM结构内。
图4为根据本发明实施方式包括MDM结构的LED的透视图，该MDM结构与图3的MDM结构类似，但是进一步包括设置在MDM结构的各金属层与电介质之间的电绝缘层，该电绝缘层配置为减少表面复合以提高LED的调制频率。
图5A为根据本发明实施方式的包括半导体量子点结构的图3和4的LED的代表性增益介质的截面剖视图，该半导体量子点结构包括由第二化合物半导体重叠层围绕的第一化合物半导体的多个岛。
图5B为根据本发明实施方式的包括胶体量子点结构的图3和4的LED的可替代增益介质的截面剖视图，该胶体量子点结构包括分散在电介质基体内的多个纳米颗粒。
图5C为根据本发明实施方式的包括半导体量子阱结构(QW)的图3和4的LED的另一个可替代增益介质的截面剖视图，半导体量子阱结构包括具有化合物半导体的多个双层的多层。
除非特别提及，此说明书内引用的附图不应理解为是按比例绘制的。
具体实施方式
现将详细参照本发明替代实施方式。尽管本发明将连同替代实施方式一起描述，但是应理解的是本发明并非打算限于这些实施方式。相反地，本发明打算覆盖由所附权利要求限定的包括在本发明精神和范围内的替代物、修改和等价物。
而且，在本发明实施方式的以下描述中，陈述许多具体细节为了提供本发明的全面理解。然而，应注意的是本发明的实施方式可在没有这些具体细节时实践。在其它的实例中，已详细描述了公知的方法、过程和元件而不会使本发明的实施方式不必要地不清楚。全部图中像元件被相似参考数字标示，以及如果不必要为了解释清楚的重复描述可以省略。
本发明的实施方式包括发光二极管(LED)。该LED包括含半导体的p型掺杂部分、半导体的本征部分和半导体的n型掺杂部分的多个部分。该本征部分设置在p型掺杂部分和n型掺杂部分之间，并和p型掺杂部分形成p-i结以及和n型掺杂部分形成i-n结。该LED还包括金属-电介质-金属(MDM)结构，该结构包括第一金属层、第二金属层、以及设置在第一金属层和第二金属层之间的电介质。MDM结构的金属层大体垂直于p-i结和i-n结设置，电介质包括本征部分，且该MDM结构配置为通过存在于第一金属层和第二金属层内的表面等离振子相互作用来提高LED的调制频率。如本文使用的技术术语“电介质”是指折射率的实部在约1和5之间的材料，且可包括半导体的p型掺杂部分、本征部分和n型掺杂部分。
本发明的实施方式在本发明的一个实施方式中涉及具有至多约800千兆赫(GHz)调制频率作为有效调制频率的非常快速的LED。如本文使用的措辞“有效调制频率”是指发射适当的功率以在接收器处提供可用信噪比(SNR)的频率。LED的运行速度经常受自发发射速率限制。在本发明的实施方式中，通过提供包括MDM结构的LED，发射速率由于表面等离振子而大大提高。MDM结构提供约束良好的表面等离极化激元，且该表面等离极化激元的振形良好地与可包括半导体部分的增益介质相一致。这确保了自发发射和表面等离极化激元之间的良好耦合，从而得到LED的快速调制速度。在本发明的一个实施方式中，MDM结构提供不同于现有的表面等离振子辅助LED技术的一个区别。因此，在本发明的实施方式中，发射速率可以很高，使得包括MDM结构的LED的速度与现有技术的LED相比可以非常快，据发明人所知，现有技术的LED在-3分贝(dB)衰减点具有约4GHz的上调制频率，小于本发明实施方式所期望的上调制频率。例如，现有技术的LED具有使带宽上限由小于约4GHz的上调制频率提供的带宽，这意味着从约10兆赫(MHz)至约4GHz，振幅衰减了-3dB。对于本发明的实施方式，包括MDM的LED具有使带宽上限由超过100GHz的上调制频率提供的带宽，这意味着取决于随后描述的设计考虑的用于有效调制频率的从约10MHz至大于100GHz，高至约800GHz。在本发明另一个实施方式中，通过在包括LED的增益介质的电介质与MDM结构的金属层之间增加电绝缘层，可大大减少在金属辅助LED中非常普通的金属表面上的非辐射复合。在本发明其它的实施方式中，LED的增益介质可包括例如但不限于以下的可替代结构：多种类型的量子点结构、半导体量子阱(QW)和杂质掺杂的晶体，如金刚石内的N空位。而且，尽管增益介质通常不称为电介质，但是如在本文增益介质的后面讨论中使用的，相对于增益介质的专用术语“电介质”考虑到与上述电介质在电介质的折射率和包括在电介质内的增益介质的折射率上相关联的光学性能而使用。在本发明的另一个实施方式中，MDM结构可通过p-i-n结结构电插入。因此，根据本发明的实施方式，MDM结构支撑提供强发射速率的表面等离极化激元，而金属和增益介质之间的电绝缘层减少在金属表面的非辐射复合。
本发明实施方式还包括其中包括MDM结构的LED可包括在内的环境。根据本发明的实施方式，例如但不限于，包括具有MDM结构的LED作为光信号输出驱动器的光纤通信设备在本发明的精神和范围内。根据本发明的实施方式，进而例如但不限于，包括具有MDM结构的LED作为芯片上光信号发生器的集成光学设备也在本发明的精神和范围内。而且，包括具有MDM结构的LED可包括在内的环境的本发明实施方式为在集成光学和光通信如光纤通信内的多种环境，其中随后在图1-5C描述的包括MDM结构的LED可发现应用。
根据本发明的实施方式，现参照图1，示出了包括MDM结构104的p-i-nLED101的透视图100。MDM结构104配置为通过存在于MDM结构104的金属层140和144之间的表面等离振子相互作用来提高LED101的调制频率。LED101包括多个部分，该多个部分包括半导体的p型掺杂部分112、半导体的本征部分114和半导体的n型掺杂部分的部分116。本征部分114设置在p型掺杂部分112和n型掺杂部分116之间，并与p型掺杂部分112形成p-i结130，与n型掺杂部分116形成i-n结134。LED101还包括MDM结构104。该MDM结构104包括第一金属层140、第二金属层144、以及设置在第一金属层140和第二金属层144之间的电介质。根据本发明的实施方式，MDM结构104的金属层140和144大体垂直于p-i结130和i-n134结设置，电介质包括本征部分114，且该MDM结构104配置为通过存在于第一金属层140和第二金属层144内的表面等离振子相互作用来提高LED101的调制频率。根据本发明的实施方式，如在图1以及随后的图2-4所示，作为实例但不限于此的包括MDM结构的LED示为以MDM结构的金属层140和144的平面平行于基板108布置，本文称为横向配置。然而，根据本发明的其它实施方式，包括图1-4的MDM结构的以MDM结构的金属层140和144的平面垂直于基板108布置的本文称为垂直布置(未图示)的LED也在本发明实施方式的精神和范围内。
根据本发明的一个实施方式，进一步参照图1，作为实例但不限于此的用在包括MDM结构104的LED101内的半导体可选自由硅、砷化铟(InAs)、磷化稼(GaP)和砷化镓(GaAs)组成的组中，作为其它半导体尤其是化合物半导体的使用，也在本发明实施方式的精神和范围内。在本发明的一个实施方式中，LED101配置为发射具有约400纳米(nm)和约2微米(μm)之间波长的电磁辐射160。在本发明的另一实施方式中，LED101配置为发射约1550nm波长的电磁辐射160。根据本发明的实施方式，包括MDM结构104的LED101还配置为在至多约800GHz频率作为有效调制频率下调制发射的电磁辐射160。然而，在本发明的实施方式中，期望配置为在800GHz高频作为有效调制频率下调制所发射的电磁辐射160的包括MDM结构104的LED101相比配置为在如200GHz高频作为有效调制频率下调制所发射的电磁辐射160的包括MDM结构104的LED101以更低的效率操作。根据本发明的实施方式，具体频率-效率组合的选择在设备设计者基于包括MDM结构的LED具体应用的自行处理范围内，并依据包括MDM结构的LED具体应用，因为在高频使用和达成高效之间存在平衡权衡。在本发明的一个实施方式中，LED101的本征部分114的厚度可小于或等于约100nm。在本发明的另一个实施方式中，作为LED101的本征部分114的长度的p型掺杂部分112和n型掺杂部分116之间的距离可在约100nm和约50μm之间。
根据本发明的一个实施方式，进一步参照图1，MDM结构104的第一金属层140的第一金属可选自由银、金、铜和铝组成的组中，作为实例但不限于此，且MDM结构104的第二金属层144的第二金属也可选自由银、金、铜和铝组成的组中，作为实例但不限于此。根据本发明的实施方式，可使用能产生表面等离振子的多种其它金属，例如，MDM结构104的第一金属层140的第一金属可选自进一步由钛和铬组成的组中，且MDM结构104的第二金属层144的第二金属也可选自进一步由钛和铬组成的组中。根据本发明的实施方式，作为实例但不限于，MDM结构104的第一金属层140的厚度可在10nm和500nm之间，且MDM结构104的第二金属层144的厚度也可在10nm和500nm之间。
根据本发明的实施方式，现参照图2，示出了包括可替代的MDM结构204的p-i-nLED201的透视图200。包括可替代的MDM结构204的p-i-nLED201和图1的p-i-nLED101相似，但是MDM结构204进一步包括设置在MDM结构204的各个金属层140和144与电介质之间的电绝缘层240和244。根据本发明的实施方式，电绝缘层240和244配置为减少表面复合以提高LED201的调制频率。在本发明的一个实施方式中，第一电绝缘层240包括选自由二氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)组成的组中的材料。在本发明的另一个实施方式中，第二电绝缘层244也可包括选自由SiO2和Al2O3组成的组中的材料。电绝缘层240和244可通过本领域已知的多种薄膜沉积方法制造，如溅射、或者化学气相沉积(CVD)。在本发明的一个实施方式中，MDM结构204进一步包括第一电绝缘层240和第二电绝缘层244。在本发明的一个实施方式中，第一电绝缘层240设置在第一金属层140和包括本征部分114的电介质之间，且第二电绝缘层244设置在第二金属层144和包括本征部分114的电介质之间。如本文描述，本发明关于p-i-nLED101的上述实施方式作为应用包括在本发明关于p-i-nLED201的实施方式内。
根据本发明的实施方式，现参照图3，示出了包括MDM结构304的LED301的透视图300，其中LED301包括设置在LED301的p型掺杂部分112和LED301的n型掺杂部分116之间的增益介质314。而且，根据本发明的一个实施方式，MDM结构304的电介质包括LED301的增益介质314。LED301包括具有半导体的p型掺杂部分112、增益介质314和半导体的n型掺杂部分116的多个部分。增益介质314设置在p型掺杂部分112和n型掺杂部分116之间，并与p型掺杂部分112形成第一结330，与n型掺杂部分116形成第二结334。LED301还包括MDM结构304。MDM结构304包括第一金属层140、第二金属层144以及设置在第一金属层140和第二金属层144之间的电介质。根据本发明的实施方式，MDM结构304的金属层140和144大体垂直于第一结330和第二结334设置，电介质包括增益介质314，且MDM结构304配置为通过存在于第一金属层140和第二金属层144内的表面等离振子相互作用以提高LED301的调制频率。
根据本发明的一个实施方式，进一步参照图3，用在包括MDM结构304的LED301内的半导体可选自由硅、InAs、GaP和GaAs组成的组中，作为实例但不限于此，作为其它的半导体尤其是化合物半导体的使用在本发明实施方式的精神和范围内。在本发明的一个实施方式中，LED301配置为发射具有约400nm和约2μm之间波长的电磁辐射160。在本发明的另一个实施方式中，LED301配置为发射约1550nm波长的电磁辐射160。根据本发明的实施方式，包括MDM结构304的LED301还配置为在至多约800GHz频率作为有效调制频率下调制发射的电磁辐射160。然而，在本发明的实施方式中，期望配置为在800GHz高频作为有效调制频率下调制所发射的电磁辐射160的包括MDM结构304的LED301相比配置为在如200GHz高频作为有效调制频率下调制所发射的电磁辐射160的包括MDM结构304的LED301以更低的效率操作。根据本发明的实施方式，具体频率-效率组合的选择在设备设计者基于包括MDM结构的LED具体应用的自行处理范围内，因为在高频使用和达成高效之间存在权衡。在本发明的一个实施方式中，LED301的本征部分314的厚度可小于或等于100nm。在本发明的另一个实施方式中，作为本征部分314的长度的p型掺杂部分112和n型掺杂部分116之间的距离可在约100nm和约50μm之间。
根据本发明的一个实施方式，进一步参照图3，MDM结构304的第一金属层140的第一金属可选自由银、金、铜和铝组成的组中，作为实例但不限于此，且MDM结构304的第二金属层144的第二金属也可选自由银、金、铜和铝组成的组中，作为实例但不限于此。根据本发明的实施方式，可使用能产生表面等离振子的多种其它金属，例如，MDM结构304的第一金属层140的第一金属可选自进一步由钛和铬组成的组中，且MDM结构304的第二金属层144的第二金属也可选自进一步由钛和铬组成的组中。根据本发明的实施方式，作为实例但不限于，MDM结构304的第一金属层140的厚度可在10nm和500nm之间，且MDM结构304的第二金属层144的厚度也可在10nm和500nm之间。
根据本发明的实施方式，现参照图4，示出了包括可替代的MDM结构404的LED401的透视图400。包括可替代的MDM结构404的LED401和图3的LED301相似，但是MDM结构404进一步包括设置在MDM结构404的各个金属层140和144与电介质之间的电绝缘层240和244。根据本发明的实施方式，电绝缘层240和244配置为减少表面复合以提高LED401的调制频率。在本发明的一个实施方式中，第一电绝缘层240包括选自由SiO2和Al2O3组成的组中的材料。在本发明的另一个实施方式中，第二电绝缘层244也可包括选自由SiO2和氧化铝Al2O3组成的组中的材料。电绝缘层240和244可通过本领域已知的多种薄膜沉积方法制造，如溅射、或者CVD。在本发明的一个实施方式中，MDM结构404进一步包括第一电绝缘层240和第二电绝缘层244。在本发明的一个实施方式中，第一电绝缘层240设置在第一金属层140和包括增益介质314的电介质之间，且第二电绝缘层244设置在第二金属层144和包括增益介质314的电介质之间。
根据本发明的实施方式，进一步参照图4，LED401包括具有半导体的p型掺杂部分112、增益介质314和半导体的n型掺杂部分116的多个部分。增益介质314设置在p型掺杂部分112和n型掺杂部分116之间，并与p型掺杂部分112形成第一结330，与n型掺杂部分116形成第二结334。LED401还包括金属-绝缘体-电介质MID结构406。MID结构406包括至少一个第一金属层140、电介质和设置在第一金属层140和电介质之间的至少一个第一电绝缘层240。根据本发明的实施方式，MID结构406的至少一个第一金属层140大体垂直于第一结330和第二结334设置，电介质包括增益介质314，第一电绝缘层240配置为减少表面复合以提高LED401的调制频率，且MID结构406配置为通过存在于至少一个第一金属层140内的表面等离振子相互作用以提高LED401的调制频率。如本文描述，本发明关于LED301的上述实施方式作为应用包括在本发明关于LED401的实施方式内。
根据本发明的实施方式，先参照图5A，示出了相应图3和4的LED301和401的代表性增益介质314的截面剖视图500A。在本发明的一个实施方式中，增益介质314包括半导体量子点结构510，使得该半导体量子点结构510包括被第二化合物半导体的重叠层514围绕的第一化合物半导体的多个岛512，其中岛512a为一个实例。在本发明的一个实施方式中，其中岛512a为实例的多个岛512的第一化合物半导体包括InAs，且第二化合物半导体包括GaAs。在本发明的实施方式中，第一化合物半导体的其中岛512a为实例的多个岛512可通过本领域已知的多种薄膜沉积方法制造，如溅射、或者分子束外延生长(MBE)、或者有机金属CVD(MOCVD)。在本发明的实施方式中，控制用于制造其中岛512a为实例的多个岛512的薄膜沉积方法以制造与其上多个岛512生长的下基板(未图示)外延匹配的多个岛512，且控制沉积材料的量以防止沉积材料的聚结进入连续层。同样地，在本发明的实施方式中，也使用薄膜沉积方法如溅射、或者分子束外延生长(MBE)、或者有机金属CVD(MOCVD)沉积第二化合物半导体的重叠层514。相似的，作为本领域已知的用于控制第一化合物半导体的多个岛512的外延生长的方法可用于生产第二化合物半导体的重叠层514，但是可改变条件以保证相对平坦且连续的层的生长。
根据本发明的实施方式，先参照图5B，示出了相应图3和4的LED301和401的可替代的增益介质314的截面剖视图500B。在本发明的一个实施方式中，增益介质314包括胶体量子点结构520，使得该胶体量子点结构520包括分散在电介质基体524内的多个纳米颗粒522，其中纳米颗粒522a为一个实例。根据本发明的实施方式，纳米颗粒可包括选自由硅、InAs、GaP、GaAs、硒化镉(CdSe)和碲化镉(CdTe)组成的组中的材料，作为实例但不限于此，作为其它材料尤其是化合物半导体的使用在本发明实施方式的精神和范围内。在本发明的一个实施方式中，电介质基体包括有机聚合物，如光刻胶。
根据本发明的实施方式，现参照图5C，示出了相应图3和4的LED301和401的另一个可替代的增益介质314的截面剖视图。在本发明的一个实施方式中，增益介质314包括半导体量子阱(QW)结构530，使得该半导体QW结构530包括具有化合物半导体的多个双层532的多层，其中双层532a为一个实例。在本发明的一个实施方式中，半导体QW结构530包括具有10至100个周期之间重复的GaP和GaAs双层。在本发明的一个实施方式中，双层532a的GaP层532a-1的厚度可在约1nm和约10nm之间，双层532a的GaAs层532a-2的厚度可在约1nm和约10nm之间。
已提供本发明具体实施方式的上述描述用于说明和描述的目的。不打算完全或限于公开的精确形式，以及根据以上公开的可能的许多修改和替代。选择并描述本文所述的实施方式为了更好解释本发明的原理和其实际应用，因此使本领域其他技术人员更好地利用本发明和适于具体预期应用的具有多种修改的多种实施方式。本发明的范围打算由所附权利要求及其等价物限定。
Claims (15)
1.一种发光二极管(101)，包括：
多个部分，包括：
半导体的p型掺杂部分(112)、所述半导体的本征部分(114)和所述半导体的n型掺杂部分(116)，所述本征部分(114)设置在所述p型掺杂部分(112)和所述n型掺杂部分(116)之间，并与所述p型掺杂部分(112)形成p-i结(130)，与所述n型掺杂部分(116)形成i-n结(134)；和
金属-电介质-金属结构(104)，包括：
第一金属层(140)；
第二金属层(144)；和
设置在所述第一金属层(140)和所述第二金属层(144)之间的电介质；
其中所述金属-电介质-金属结构(104)的金属层大体垂直于所述p-i结(130)和所述i-n结(134)设置，所述电介质包括所述本征部分(114)，且所述金属-电介质-金属结构(104)配置为通过存在于所述第一金属层(140)和所述第二金属层(144)内的表面等离振子相互作用来提高所述发光二极管(101)的调制频率。
2.如权利要求1所述的发光二极管(101)，其中所述半导体选自由硅、砷化铟、磷化稼和砷化镓组成的组中。
3.如权利要求1所述的发光二极管(101)，其中所述发光二极管(101)配置为发射具有约400nm和约2μm之间波长的电磁辐射(160)，并配置为在至多约800GHz频率下调制所述电磁辐射(160)。
4.如权利要求1所述的发光二极管(101)，其中所述第一金属层(140)的所述第一金属选自由银、金、铜和铝组成的组中，且所述第二金属层(144)的所述第二金属选自由银、金、铜和铝组成的组中。
5.如权利要求1所述的发光二极管(201)，其中所述金属-电介质-金属结构(204)进一步包括：
第一电绝缘层(240)；和
第二电绝缘层(244)；
其中所述第一电绝缘层(240)设置在所述第一金属层(140)和包括所述本征部分(114)的所述电介质之间，且所述第二电绝缘层(244)设置在所述第二金属层(144)和包括所述本征部分(114)的所述电介质之间。
6.一种发光二极管(301)，包括：
多个部分，包括：
半导体的p型掺杂部分(112)、增益介质(314)和半导体的n型掺杂部分(116)，所述增益介质(314)设置在所述p型掺杂部分(112)和所述n型掺杂部分(116)之间，并与所述p型掺杂部分(112)形成第一结(330)，与所述n型掺杂部分(116)形成第二结(334)；和
金属-电介质-金属结构(304)，包括：
第一金属层(140)；
第二金属层(144)；和
设置在所述第一金属层(140)和所述第二金属层(144)之间的电介质；
其中所述金属-电介质-金属结构(304)的金属层大体垂直于所述第一结(330)和所述第二结(334)设置，所述电介质包括所述增益介质(314)，且所述金属-电介质-金属结构(304)配置为通过存在于所述第一金属层(140)和所述第二金属层(144)内的表面等离振子相互作用来提高所述发光二极管(301)的调制频率。
7.如权利要求6所述的发光二极管(301)，其中所述第一金属层(140)的所述第一金属选自由银、金、铜和铝组成的组中，且所述第二金属层(144)的所述第二金属选自由银、金、铜和铝组成的组中。
8.如权利要求6所述的发光二极管(401)，其中所述金属-电介质-金属结构(204)进一步包括：
第一电绝缘层(240)；和
第二电绝缘层(244)；
其中所述第一电绝缘层(240)设置在所述第一金属层(140)和包括所述增益介质(314)的所述电介质之间，且所述第二电绝缘层(244)设置在所述第二金属层(144)和包括所述增益介质(314)的所述电介质之间。
9.如权利要求6所述的发光二极管(301)，其中所述增益介质(314)包括半导体量子点结构。
10.如权利要求9所述的发光二极管(301)，其中所述半导体量子点结构(510)包括由第二化合物半导体的重叠层(514)围绕的第一化合物半导体的多个岛(512)。
11.如权利要求10所述的发光二极管(301)，其中所述多个岛(512)的所述第一化合物半导体包括砷化铟，且所述重叠层(514)的所述第二化合物半导体包括砷化镓。
12.如权利要求6所述的发光二极管(301)，其中所述增益介质(314)包括胶体量子点结构(520)，所述胶体量子点结构包括分散在电介质基体(524)内的多个纳米颗粒(522)。
13.如权利要求6所述的发光二极管(301)，其中所述增益介质(314)包括半导体量子阱结构(530)。
14.如权利要求13所述的发光二极管(301)，其中所述半导体量子阱结构(530)包括多层，所述多层包括具有10至100个周期之间重复的磷化稼和砷化镓的多个双层(532)；和
其中双层(532a)的磷化稼层(532a-1)的厚度在约1nm和约10nm之间，且所述双层(532a)的砷化镓层(532a-2)的厚度在约1nm和约10nm之间。
15.一种发光二极管(401)，包括：
多个部分，包括：
半导体的p型掺杂部分(112)、增益介质(314)和半导体的n型掺杂部分(116)，所述增益介质(314)设置在所述p型掺杂部分(112)和所述n型掺杂部分(116)之间，并与所述p型掺杂部分(112)形成第一结(330)，与所述n型掺杂部分(116)形成第二结(334)；和
金属-绝缘体-电介质结构(406)，包括：
至少一个第一金属层(140)；
电介质；和
设置在所述第一金属层(140)和所述电介质之间的至少一个第一电绝缘层(240)；
其中所述金属-绝缘体-电介质结构(406)的至少一个所述第一金属层(140)大体垂直于所述第一结(330)和所述第二结(334)设置，所述电介质包括所述增益介质(314)，所述第一电绝缘层(240)配置为减少表面复合以提高所述发光二极管(401)的调制频率，且所述金属-绝缘体-电介质结构(406)配置为通过存在于至少一个所述第一金属层(140)内的表面等离振子相互作用来提高所述发光二极管(401)的调制频率。
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