CN104201258A - 基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可见光通信发光二极管及其制备方法，更具体说，涉及一种基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管及其制备方法。

背景技术

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[A.H.Azhar,T.A.Tran,andD.O’Brien,“A Gigabit/s Indoor Wireless Transmission Using,MIMO-OFDMVisible-Light Communications,”IEEE Photonics technology letters,2013,25(2),171-174.]。还有的通过添加蓝色滤光片和均衡网络[Dominic O’Brien.Visible LightCommunications:Achieving High Data Rates[R].Department of 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[C.Chen,M.Hargis,J.Woodall,M.Melloch,J.Reynolds,E.Yablonovitch,and W.Wang,“GHz bandwidth GaAs light-emitting diodes,”Applied Physics Letters,1999,74(21),3140-3142]。

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[J.J.Wierer,A.David,and M.M.Megens,“III-nitride photonic-crystal light-emittingdiodes with high extraction efficiency,”Nature Photonics,2009,3,163–169.][E.Rangeld,E.Matioli,Y.S.Choi,C.Weisbuch,J.S.Speck,and E.L.Hu,“Directionality control through selective excitation of low-order guided modes inthin-film InGaN photonic crystal light-emitting diodes,”Applied.Physics.Letter,2011,98,081104.1-3]，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[C.L.Tsai,C.T.Yen,W.J.Huang,Z.F.Xu,andS.C.Ko,“InGaN-Based Resonant-Cavity Light-Emitting Diodes Fabricated With aTaO/SiO Distributed Bragg Reflector and Metal Reflector for Visible LightCommunications,”Journal of Display Technology,2013,9(5),365-366.]，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[Y.K.Ee,X.H.Li,J.Biser,W.Cao,H.M.Chan,R.P.Vinci,and N.Tansu,“Abbreviated MOVPE nucleationof III-nitride light-emitting diodes on nano-patterned sapphire,”Journal ofCrystal Growth,2010,312,1311–1315,2010.]。

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辐射寿命[G.Bi,W.Xiong L.Wang,K.Ueno,H.Misawa,J.R.Qiu,“Fabrication of periodical structure and shape-induced modulating spectroscopy ofAu Nanoparticles,”Optics Communications,2012,285,2472-2477][L.Wang,W.Xiong,G.Bi,and J.R.Qiu,“Spectral properties and mechanism of instability ofnanoengineered silver blocks,”Optics express,2011,19(11),10640-10645]，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。本发明利用此原理实现基于等离子体宽带发光二极管。本发明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。

发明内容

本发明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基于等离子体高调制带宽的可见光通信发光二极管及其制备方法。

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。

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Δ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；三角锥底边长为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。

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：

(1)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A1炉通入N2开始生长A1N缓冲层，以适应GaN与蓝宝石衬底间的晶格适配；

(3)N型半导体：升温到1000℃～1035℃左右生长GaN层温度为，为0.8μm～1μm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1μm～1.2μm的n型的GaN外延层；

(6)量子阱层：在高温1000℃～1035℃生长InGaN；

(7)P型半导体：高温1000℃～1035℃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(Sn2O3):m(In2O3)＝1:9；

步骤3：荧光粉：通过丝网印刷技术将Y2SiO5: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(OxfordICP180)获得外延器件n型台面，刻蚀表面平整。

本发明的有益效果是：

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’＝1×10^-16cm²下，其在光子密度不是很高的情况下的调制带宽达到w_3dB＝7.43GHz；光子密度较高的非线性情况下，调制带宽达到w_3dB＝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。

附图说明

图1是本发明中具有等离子体结构的量子阱半导体LED的剖面图；

图2载流子与光子动力学示意图；

图3当光子密度不是很高，线性增益情况下，d’为1×10^-16的调制响应函数图；

图4当光子密度很高，非线性增益情况下，d’为1×10^-16的调制响应函数图；

图5当光子密度不是很高的情况下，线性增益情况下，等离子体电耦合系数增(d’)与调制带宽的关系；其中依次取d’为0,1×10^-16、2×10^-16、3×10^-16、4×10^-16、5×10^-16、6×10^-16、7×10^-16、8×10^-16、9×10^-16、10×10^-16；

图6当光子密度很高，非线性增益情况下，等离子体电耦合系数增(d’)与调制带宽的关系；其中依次取d’为0,1×10^-16、2×10^-16、3×10^-16、4×10^-16、5×10^-16、6×10^-16、7×10^-16、8×10^-16、9×10^-16、10×10^-16。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

如图1所示，本实施例的高调制带宽的LED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。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450nm、Ty为450nm，与有源层之间的间距为Δ为250nm。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圆柱体中的一种或几种。其中圆柱体的半径为50nm，高为50nm；量子阱层为是InGaN单量子阱，生长厚度为10nm；导电层为ITO，厚度为280nm；衬底层的材料为蓝色宝石，缓冲层为AlN。

本实施例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。

(1)衬底层：首先将蓝宝石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A1炉通入N₂开始生长A1N缓冲层厚度约为25nm，以适应GaN与蓝宝石衬底间的晶格适配；

(3)N型半导体：升温到1035℃左右生长GaN层温度为，为1μm未掺杂的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。其中金属颗粒为圆柱体的半径为50nm，高为45nm。

(5)再在高温下下生长1.5μm的n型的GaN外延层。

(6)量子阱层：生长厚度为10nm的InGaN。

(7)P型半导体：高温生长200μm的GaN层，然后在N₂中退火15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。其中正方体的半径为80nm；

步骤2：导电层：采用电子束蒸发在p型半导体层上蒸度度280nm厚的氧化铟锡ITO导电层，其中控制ITO导电层中m(Sn2O3):m(In2O3)＝1:9。

步骤3：荧光粉：通过丝网印刷技术将Y2SiO5: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(OxfordICP180)获得外延器件n型台面，刻蚀表面平整。

为了体现出本发明的等离子体LED的高调制特性,下面求解这种结构的LED的调制带宽。

(1)在理论上建立联合麦克斯韦和半导体方程，等离子体耦合下的修正方程。假设在一个模式发生激射情况下，载流子浓度和光子浓度的速率方程可以写为：

$\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}={\mathrm{\η}}_i\frac{J\left(t\right)}{\mathrm{qd}}-\frac{(1+\mathrm{F\β})n\left(t\right)}{\mathrm{\τ}}-v_g(g\left(n\right)+d\left(n\right))S\left(t\right)$

$\frac{\mathrm{dS}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\Γ}{v}_g(g\left(n\right)+d\left(n\right))S\left(t\right)-\frac{S\left(t\right)}{{\mathrm{\τ}}_p}+\frac{\mathrm{\Γ\βF}}{\mathrm{\τ}}n\left(t\right)+\mathrm{\β}{R}_{\mathrm{sp}}\left(n\right)$

其中,n(t)为电子浓度，η_i为注入量子效率，J为注入电流密度，d为有源区的厚度，q单位电荷，为载流子寿命，F为purcell因子，β自发辐射耦合因子，v_g为光的群速，g(n)为增益系数，d(n)为等离子体电耦合系数(与金属等离子体局域光场分布有关)。S(t)为光子密度，Γ为光限制因子，R_sp为单位体积的自发辐射率，τ_p为光子寿命。这个方程清楚的表现了在表面等离子体激元与量子阱InGaN/GaN体系中，活性层中载流子的注入、输运、复合等物理过程。方程中各项的物理意义在图2载流子与光子动力学过程中可以清楚的看出。

(2)求出稳态解下(dn/dt＝0，dS/dt＝0)的光子数密度

${\mathrm{\η}}_i\frac{J_0}{\mathrm{qd}}-\frac{(1+\mathrm{F\β})n_0}{\mathrm{\τ}}-v_g(g_0+d_0)S_0=0$

$\mathrm{\Γ}{v}_g(g_0+d_0)S_0-\frac{S_0}{{\mathrm{\τ}}_p}+\frac{\mathrm{\Γ\βF}}{\mathrm{\τ}}{n}_0+\mathrm{\β}{R}_{\mathrm{sp}}\left(n\right)=0$

将等离子体量子阱激光器的LED参数表代入方程中可以求得：

$S_0=\frac{(1+\mathrm{F\β})\mathrm{\β}{R}_{\mathrm{sp}}\left(n\right)+\mathrm{\Γ}{\mathrm{\η}}_i\frac{J_0}{\mathrm{qd}}\mathrm{F\β}}{(1+\mathrm{F\β})/{\mathrm{\τ}}_p-\mathrm{\Γ}{v}_g(g_0+d_0)}=3.5123\×{10}^{14}{\mathrm{cm}}^{-3}$

(3)光子密度不是很高的情况下简化的增益g(n)＝g(n₀)+g'(n(t)-n₀)，d(n)＝d(n₀)+d'(n(t)-n₀)。其中，g₀＝g(n₀)，是n＝n₀处的微分；d₀＝d(n₀)，是n＝n₀处的微分。假设：J(t)＝J₀+j(t)；n(t)＝n₀+Δn(t)；S(t)＝S₀+s(t)，其中j(t)、Δn(t)、s(t)与之对应的直流值J₀、n₀、S₀相比是小信号。其小信号的速率方程可以表示为：

$\frac{d}{t}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δn}\\ s\left(t\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}A& D\\ -C& B\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δn}\\ s\left(t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_{i}j\left(t\right)/\mathrm{qd}\\ 0\end{array}\right]$

其中： $A=\frac{1+\mathrm{F\β}}{\mathrm{\τ}}+v_g{S}_0(g^{\′}+d^{\′}),B=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_p}-\mathrm{\Γ}{v}_g(g_0+d_0)=0$

$C=\mathrm{\Γ}{v}_g{S}_0(g^{\′}+d^{\′})=\frac{S_0(g^{\′}+d^{\′})}{{\mathrm{\τ}}_p(d_0+g_0)},$ D＝v_g(d₀+g₀)

频率响应函数为：

$M\left(w\right)=\frac{s\left(w\right)}{j\left(w\right)}=\frac{C{\mathrm{\η}}_i/\mathrm{qd}}{(-\mathrm{jw}+A)(-\mathrm{jw}+B)+\mathrm{CD}}=\frac{({\mathrm{\η}}_i\mathrm{\Γ}{\mathrm{\τ}}_p/\mathrm{qd})w_r}{w_r^2-w^2-\mathrm{j\γw}}=\left|M\left(w\right)\right|e^{\mathrm{j\φ}\left(w\right)}$

其中： ${w_r}^2=\mathrm{AB}+\mathrm{CD}=\frac{S_0{v}_g(g^{\′}+d^{\′})}{{\mathrm{\τ}}_p}=4.353789\×{10}^{20}$

阻尼因子： $\mathrm{\γ}=A+B=\frac{1+\mathrm{F\β}}{\mathrm{\τ}}+v_g{S}_0(g^{\′}+d^{\′})=6.405\×{10}^9$

弛豫频率： $f_r=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S_0{v}_g(g^{\′}+d^{\′})}{{\mathrm{\τ}}_p}}=3.33226\×{10}^9\mathrm{Hz}$

相位： $\mathrm{\φ}\left(w\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{\γw}}{w_r^2-w^2}\right)$

对直流的归一化频率响应：

$\mathrm{\Θ}\left(w\right)=\frac{M\left(w\right)}{M\left(0\right)}=\frac{w_r^2}{{[{(w_r^2-w^2)}^2+{\mathrm{\γ}}^2{w}^2]}^{1/2}}$

可以画出调制响应的曲线图如图3,可以看出其截止频率为:w_3dB＝7.43GHz

(4)在高光子密度S下的非线性增益模型可以表示为

$G(n,S)=g(n,S)+d(n,S)=\frac{g\left(n_0\right)+d\left(n_0\right)+(n\left(t\right)-n_0)(g^{\′}\left(n\right)+d^{\′}\left(n\right))}{1+\mathrm{\ϵS}\left(t\right)}$

其中：这里是n0处的微分增益，为等离子激元在n₀处产生的微分增益，其中ε为非线性增益系数。可得小信号的频率响应函数

$\frac{s\left(w\right)}{j\left(w\right)}=\left|M\left(w\right)\right|e^{\mathrm{j\φ}\left(w\right)}=\frac{({\mathrm{\η}}_i\mathrm{\Γ}{\mathrm{\τ}}_p/\mathrm{qd})w_r^2}{{[{(w_r^2-w^2)}^2+{\mathrm{\γ}}^2{w}^2]}^{1/2}}{e}^{\mathrm{j\φ}\left(w\right)}$

其中： ${w_r}^2\≈\frac{v_g{S}_0(g^{\′}+d^{\′})}{{\mathrm{\τ}}_p(1+\mathrm{\ϵ}{S}_0)}=4.304374778\×{10}^{20},$ 弛豫频率： $f_r=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{v_g{S}_0(g^{\′}+d^{\′})}{{\mathrm{\τ}}_p(1+\mathrm{\ϵ}{S}_0)}}=3.30366\×{10}^9,$ $K=4{\mathrm{\π}}^2({\mathrm{\τ}}_p+\frac{\mathrm{\ϵ}}{(g^{\′}+d^{\′})v_g})=5.069412\×{10}^{-10}s$ 阻尼因子： $\mathrm{\γ}\≈\frac{1}{\mathrm{\τ}}+K{f}_r^2=8.563684849\×{10}^9,$ 相位 $\mathrm{\φ}\left(w\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{\γw}}{w_r^2-w^2}\right)$

可得归一化的频率响应函数为函数为 $\mathrm{\Θ}\left(w\right)=\frac{M\left(w\right)}{M\left(0\right)}=\frac{w_r^2}{{[{(w_r^2-w^2)}^2+{\mathrm{\γ}}^2{w}^2]}^{1/2}}$

可以画出调制响应的曲线图如图4,可以得出其截止频率为w_3dB＝12.97GHz

(5)改变等离子体电耦合增益系数，观察其调制带宽的变化情况。

分别画出当光子密度不是很高的情况下，等离子体电耦合系数增(d’)变化时其调制带宽变化的曲线图5。以及当光子密度很高的情况下，等离子体电耦合系数增(d’)变化时其调制带宽变化的曲线图6。其中依次取d’为0,1×10^-16、2×10^-16、3×10^-16、4×10^-16、5×10^-16、6×10^-16、7×10^-16、8×10^-16、9×10^-16、10×10^-16。

测试结果表明，根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。由上面的计算结果可以看出，当d’＝1×10^-16cm²下，其在光子密度不是很高的情况下的调制带宽达到w_3dB＝7.43GHz；光子密度较高的非线性情况下，调制带宽达到w_3dB＝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。

表1：具有等离子体结构的量子阱半导体LED常用参数表

Claims (7)

1.一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。

2.根据权利要求1所述的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：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Δ范围为200nm～300nm。

3.根据权利要求1所述的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：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。

4.根据权利要求1所述的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：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。

5.根据权利要求1所述的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：其中圆柱体的半径为40nm～80nm，高为30nm～50nm；立方体的边长为40nm～120nm；三角锥底边长为60nm～120nm，高为40nm～60nm。

6.根据权利要求1所述的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：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。

7.一种权利要求1所述的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，其特征在于，包括如下步骤：

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：

(1)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A1炉通入N2开始生长A1N缓冲层，以适应GaN与蓝宝石衬底间的晶格适配；

(3)N型半导体：升温到1000℃～1035℃左右生长GaN层温度为，为0.8μm～1μm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1μm～1.2μm的n型的GaN外延层；

(6)量子阱层：在高温1000℃～1035℃生长InGaN；

(7)P型半导体：高温1000℃～1035℃生长的GaN层，然后在N2中退火15分钟～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(Sn2O3):m(In2O3)＝1:9；

步骤3：荧光粉：通过丝网印刷技术将Y2SiO5: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(OxfordICP180)获得外延器件n型台面，刻蚀表面平整。