【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，尤其涉及一种集成连续型超表面的微腔micro-led装置。
技术介绍
1、基于gan的micro-led已经成为新一代显示技术，而具有偏振发射功能的micro-led也在许多领域有着越来越多的应用，例如在近眼显示、医学成像等诸多领域。
2、为了让micro-led发出线偏振光，早期的方法是利用非极性m面led外延中的双轴应力，导致价带分裂而形成线偏振光，但这样得到的消光比(er)过低，不适合实际应用。实际上，常用的ganled是生长在c面蓝宝石衬底上的micro-led，它们有高效率、高功率和长寿命的优点，但这种micro-led发出的光没有固定的偏振方向。
3、现有技术中，常见的做法是在micro-led出光面上加上光栅结构，通过调节光栅的周期、占空比和厚度等各项参数，让光栅起到偏振器的作用，筛选出单一偏振方向的线偏振光。但是这种方法产生的线偏振光空间相干性较差、发射方向不固定，偏振光不能得到很好的收集和利用。
4、超表面是一种超薄的光学元件，它由波长或亚波长级别的二维结构(例如纳米柱)组成，可以改变光的相位、振幅和偏振，可用于光束控制、透镜成像、3d显示等多种应用。常用于器件集成的功能超表面为离散型亚波长超表面，集成离散型超表面的器件不易加工、鲁棒性差，较难实现大角度的光束偏转、而且会造成能量损失，缺点较为明显。
5、综上所述，现有技术中偏振光micro-led产生的线偏振光空间相干性较差，发射方向不固定，难以有效收集和利用。为了控制光波，考虑集成超表
技术实现思路
1、解决的技术问题：本专利技术公开了一种具有出射指定角度线偏振光功能的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，不仅用于解决现有技术中偏振光micro-led产生的线偏振光空间相干性较差，发射方向不固定，难以有效收集和利用的问题，还解决了集成离散型超表面造成的器件难以加工、无法实现大角度光束偏转、能量损失较大的问题。
2、技术方案：
3、一种集成连续型超表面的微腔micro-led装置，所述微腔micro-led装置包括沿着z轴从下往上依次集成的金属光栅层、光栅过渡层、p-gan层、量子阱有源区层、n-gan层、氧化物dbr层和连续型超表面结构：
4、所述金属光栅层包括若干个周期性设置的光栅结构，所述光栅过渡层包括若干个周期性设置的光栅过渡结构，所述光栅过渡层和金属光栅层在xoy平面上的投影完全重合；
5、所述n-gan层、量子阱有源区层、p-gan层构成微谐振腔空腔：所述氧化物dbr层在xoy平面的投影与n-gan层、量子阱有源区mqw层、p-gan层重合；
6、所述连续型超表面结构由若干个独立超表面结构周期性分布构成，每个独立超表面结构的xoy平面投影为等腰梯形。
7、进一步地，所述金属光栅层采用的材料为铝，厚度为180nm～220nm：单个光栅结构的宽度范围为100nm～110nm，光栅周期范围为160nm～165nm。
8、进一步地，所述光栅过渡层采用的材料为mgf2，厚度范围为25nm～35nm：光栅介质结构的宽度和周期与光栅结构的宽度和光栅周期均一致。
9、进一步地，所述n-gan层、量子阱有源区层、p-gan层构成的微谐振腔空腔的腔长为400nm。
10、进一步地，所述n-gan层、量子阱有源区层、p-gan层在xoy平面的投影重合，呈正方形或长方形，边长范围为1μm～10μm。
11、进一步地，所述n-gan层和p-gan层的材料为gan，厚度范围均为100～200nm；量子阱有源区层的材料折射率实部为2.49；电偶极子存在于量子阱有源区，发射中心波长为500nm。
12、进一步地，所述氧化物dbr层由6对氧化物层依次层叠组成，每对氧化物层由tio2层和sio2层叠加构成，其中sio2层的厚度为94nm，tio2层的厚度为66nm。
13、进一步地，所述连续型超表面材料结构采用的材料为gap，在500nm处折射率实部为3.58；相邻独立超表面结构之间沿x轴的周期间距为1μm，沿y轴的周期间距为140nm；单个独立超表面材料结构在xoy平面上的投影为等腰梯形，上边长的范围为58nm～62nm，下边长为108nm～112nm，高为830nm；单个独立超表面材料结构的厚度范围为270～275nm。
14、有益效果：
15、第一，本专利技术的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，所设计的micro-led集成上层氧化物dbr层与下层mgf2-a1双层光栅层构成微谐振腔，相对于传统led来说微腔micro-led发出的光空间相干性、准直性更好。
16、第二，本专利技术的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，将传统底部金属反射镜更换为mgf2-al光栅层，通过合理地设计光栅参数，能够实现特定波段范围内只反射特定偏振方向(te偏振光)而透射tm偏振光的功能，且反射率、消光比较高，通过集成可以实现micro-led可以发出单一偏振方向的线偏振光的功能。
17、第三，本专利技术的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，与传统的在led出射端口集成光栅的偏振光micro-led相比，通过集成谐振腔使发出的线偏振光相干性较好，使其能得到更好的收集和利用。
18、第四，本专利技术的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，通过在微谐振腔micro-led上方集成由若干个xoy平面投影为等腰梯形的独立超表面结构组成的连续型超表面结构，可以实现对线偏振光的角度控制，使其按指定角度发射线偏振光。与以往常用于micro-led集成的离散型超表面相比，该设计更便于加工、并且能实现大角度偏转。
19、第五，本专利技术的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，具有出射指定角度偏振光功能，解决了传统偏振光micro-led的出光相干性差和发射方向不可控的问题，在近眼显示、医学生物成像等领域，本专利技术具有潜在的应用潜力。
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1.一种集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述微腔Micro-LED装置包括沿着Z轴从下往上依次集成的金属光栅层、光栅过渡层、p-GaN层、量子阱有源区层、n-GaN层、氧化物DBR层和连续型超表面结构；
2.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述金属光栅层采用的材料为铝，厚度为180nm～220nm；单个光栅结构的宽度范围为100nm～110nm，光栅周期范围为160nm～165nm。
3.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述光栅过渡层采用的材料为MgF2，厚度范围为25nm～35nm；光栅过渡层单个结构的宽度和周期与光栅结构的宽度和光栅周期均一致。
4.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述n-GaN层、量子阱有源区层、p-GaN层构成的微谐振腔空腔的腔长为400nm。
5.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述n-GaN层、量子
6.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述n-GaN层和p-GaN层的材料为GaN，厚度范围均为100～200nm；量子阱有源区层的采用材料折射率实部为2.49；电偶极子存在于量子阱有源区，发射中心波长为500nm。
7.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述氧化物DBR层由6对氧化物层依次层叠组成，每对氧化物层由TiO2层和SiO2层叠加构成，其中SiO2层的厚度为90～100nm，TiO2层的厚度为50～80nm。
8.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔Micro-LED装置，其特征在于，所述连续型超表面材料结构采用的材料为GaP，在500nm处折射率实部为3.58；相邻独立超表面结构之间沿x轴的周期间距为1μm，沿y轴的周期间距为140nm；单个独立超表面材料结构在XOY平面上的投影为等腰梯形，上边长的范围为58nm～62nm，下边长为108nm～112nm，高为830nm；单个独立超表面材料结构的厚度范围为270～275nm。
...【技术特征摘要】
1.一种集成连续型超表面的微腔micro-led装置，其特征在于，所述微腔micro-led装置包括沿着z轴从下往上依次集成的金属光栅层、光栅过渡层、p-gan层、量子阱有源区层、n-gan层、氧化物dbr层和连续型超表面结构；
2.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，其特征在于，所述金属光栅层采用的材料为铝，厚度为180nm～220nm；单个光栅结构的宽度范围为100nm～110nm，光栅周期范围为160nm～165nm。
3.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，其特征在于，所述光栅过渡层采用的材料为mgf2，厚度范围为25nm～35nm；光栅过渡层单个结构的宽度和周期与光栅结构的宽度和光栅周期均一致。
4.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，其特征在于，所述n-gan层、量子阱有源区层、p-gan层构成的微谐振腔空腔的腔长为400nm。
5.根据权利要求1所述的集成连续型超表面的微腔micro-led装置，其特征在于，所述n-gan层、量子阱有源区层、p-gan层在xoy平面的投...
【专利技术属性】
技术研发人员：张涵斌，智婷，杜健，汪金，薛俊俊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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