CN103474519A - 发光二极管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；在基底依次外延生长一有源层，该有源层包括缓冲层、一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层；形成一第三光学对称层于所述第二半导体层远离基底的表面；形成一金属层于所述第三光学对称层远离基底的表面；形成一第四光学对称层于所述金属层远离基底的表面；形成一第一光学对称层于第四光学对称层远离基底的表面，该第一光学对称层的折射率n₁与缓冲层和有源层的整体的等效折射率n₂的差值?n₁于等于0.3，其中?n₁=|n₁-n₂|；去除所述基底，暴露出第一半导体层；以及在第一半导体层暴露的表面制备一第一电极，制备一第二电极与第二半导体层电连接。

Description

发光二极管的制备方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的制备方法。

背景技术

由氮化镓半导体材料制成的高效蓝光、绿光和白光发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点，已被广泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示和光通讯等领域，特别是在照明领域具有广阔的发展潜力。

传统的发光二极管通常包括一基底、N型半导体层、P型半导体层、设置在N型半导体层与P型半导体层之间的活性层、设置在P型半导体层上的P型电极(通常为透明电极)以及设置在N型半导体层上的N型电极。所述N型半导体层、活性层以及P型半导体层依次层叠设置在基底表面。所述P型半导体层远离基底的表面作为发光二极管的出光面。发光二极管处于工作状态时，在P型半导体层与N型半导体层上分别施加正、负电压，这样，存在于P型半导体层中的空穴与存在于N型半导体层中的电子在活性层中发生复合而产生光，光从发光二极管中射出。然而，由于半导体的折射率大于空气的折射率，来自活性层的大角度光在半导体与空气的界面处发生全反射，从而大部分大角度光被限制在发光二极管的内部，直至被发光二极管内的材料完全吸收，影响了发光二极管的出光率。然而，来自活性层的近场倏逝光波在向外辐射的过程中均由于迅速衰减而无法出射，从而被限制在半导体结构的内部，被半导体结构内的材料完全吸收，影响了半导体结构的出光率。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种光取出效率较高的发光二极管的制备方法。

本发明涉及一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：步骤a：提供一基底，该基底具有一外延生长面；步骤b：在基底的外延生长面依次外延生长一有源层，该有源层包括缓冲层、一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层；步骤c：形成一第三光学对称层于所述第二半导体层远离基底的表面，所述第三光学对称层的折射率的范围为1.2至1.5；步骤d：形成一金属层于所述第三光学对称层远离基底的表面；步骤e：形成一第四光学对称层于所述金属层远离基底的表面，所述第四光学对称层的折射率的范围为1.2至1.5；步骤f：形成一第一光学对称层于所述第四光学对称层远离基底的表面，该第一光学对称层的折射率n₁与所述缓冲层和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|；步骤g：去除所述基底，暴露出所述第一半导体层；以及步骤h：在第一半导体层暴露的表面制备一第一电极，制备一第二电极与第二半导体层电连接。

与现有技术相比，本发明提供的发光二极管的制备方法具有以下有益效果：由活性层产生的近场倏逝波到达金属层后，在金属层的作用下近场倏逝波被放大并转换成为金属等离子体，金属等离子体被金属层散射，从而向周围传播，由于发光二极管以金属层为对称中心，位于金属层两侧对称位置的两元件的折射率相近，因此，该对称结构可改变金属等离子体的场分布，使得金属等离子体均匀地向金属层的上下两侧均匀传播，金属等离子体经由第一光学对称层和基底均匀出射。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的半导体结构的结构示意图。

图2为本发明第二实施例提供的半导体结构的结构示意图。

图3为本发明第三实施例提供的半导体结构的结构示意图。

图4为本发明第四实施例提供的半导体结构的结构示意图。

图5为本发明第五实施例提供的半导体结构的结构示意图。

图6为图5中的半导体结构中形成有三维纳米结构的第二半导体层的结构示意图。

图7为图5中的半导体结构中形成有三维纳米结构的第二半导体层的扫描电镜示意图。

图8为本发明第六实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图9为本发明第七实施例提供的图8中的发光二极管的制备方法的工艺流程图。

图10为本发明第九实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图11为本发明第十一实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图12为本发明第十二实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图13为本发明第十四实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图14为本发明第十六实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图15为本发明第十七实施例提供的太阳能电池的结构示意图。

图16为本发明第十八实施例提供的波导管的横截面示意图。

主要元件符号说明

10	半导体结构
		20	发光二极管
30	太阳能电池
		40	波导管
110	基底
		112	外延生长面
116	缓冲层
		120	第一半导体层
124	第一电极
		130	活性层
140	第二半导体层
		140a	本体部分
140b	凸起部分
		143	三维纳米结构
144	第二电极
		150	第三光学对称层
160	金属层
		161	金属层的第一侧面
162	金属层的第二侧面
		170	第四光学对称层
180	第一光学对称层
		190	第二光学对称层
192	反射元件
		310	入光端面
320	出光端面
		1132	第一凸棱
1134	第二凸棱
		1136	第一凹槽
1138	第二凹槽

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明提供的半导体结构、发光二极管及其制备方法的实施例以及具体实施例。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种半导体结构10，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190。所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190依次层叠设置于所述基底110的表面。所述缓冲层116靠近所述基底110的一外延生长表面112设置。所述第三光学对称层150与第四光学对称层170的折射率一致。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|。所述半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近。故，该半导体结构10为一光学对称结构。

所述基底110为一透明材料，其提供了用于生长第一半导体层120的一外延生长面112。所述基底110的外延生长面112是分子平滑的表面，且去除了氧或碳等杂质。所述基底110可为单层或多层结构。当所述基底110为单层结构时，该基底110可为一单晶结构体，且具有一晶面作为第一半导体层120的外延生长面112。所述单层结构的基底110的材料可以SOI(silicon on insulator，绝缘基底上的硅)、LiGaO₂、LiAlO₂、Al₂O₃、Si、GaAs、GaN、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb、AlN、GaP、SiC、SiGe、GaMnAs、GaAlAs、GaInAs、GaAlN、GaInN、AlInN、GaAsP、InGaN、AlGaInN、AlGaInP、GaP:Zn 或GaP:N等。当所述基底110为多层结构时，其需要包括至少一层上述单晶结构体，且该单晶结构体具有一晶面作为第一半导体层120的外延生长面112。所述基底110的材料可以根据所要生长的第一半导体层120来选择，优选地，使所述基底110与第一半导体层120具有相近的晶格常数以及热膨胀系数。所述基底110的厚度、大小和形状不限，可以根据实际需要选择。所述基底110不限于上述列举的材料，只要具有支持第一半导体层120生长的外延生长面112的透明基底110均属于本发明的保护范围。本发明第一实施例中，基底110的材料为蓝宝石。

所述缓冲层116设置于基底110和第一半导体层120之间，并与基底110和第一半导体层120分别接触，此时第一半导体层120靠近基底110的表面与缓冲层116接触。所述缓冲层116有利于提高材料的外延生长质量，减少晶格失配，使所述第一半导体层120的生长质量较好。所述缓冲层116的厚度为10纳米至300纳米，其材料为氮化镓或氮化铝等。优选地，所述缓冲层116的厚度为20纳米至50纳米。本实施例中，所述缓冲层116的材料为低温氮化镓，其厚度为20纳米。

所述第一半导体层120的厚度可以根据需要制备。具体地，所述第一半导体层120的生长的厚度可为1微米至15微米。所述第一半导体层120为一掺杂的半导体层，该掺杂的半导体层可为N型半导体层或P型半导体层两种类型，所述N型半导体层的材料包括N型氮化镓、N型砷化镓及N型磷化铜等中的一种，所述P型半导体层的材料包括P型氮化镓、P型砷化镓及P型磷化铜等材料中的一种。所述N型半导体层具有提供电子移动场所的作用，所述P型半导体层具有提供空穴移动场所的作用。本实施例中，所述第一半导体层120为Si掺杂的N型氮化镓，其厚度为1460纳米。

所述第二半导体层140可为N型半导体层或P型半导体层两种类型，并且所述第二半导体层140与第一半导体层120中的掺杂的半导体层分属两种不同类型的半导体层。所述第二半导体层140设置于金属层160和活性层130之间。所述第二半导体层140的厚度可以根据需要制备。所述第二半导体层140的厚度小于等于210纳米。优选地，所述第二半导体层140的厚度为5纳米至20纳米。优选地，所述第二半导体层140的厚度为10纳米至20纳米。优选地，所述第二半导体层140的厚度为10纳米至30纳米。具体地，所述第二半导体层140的厚度可为10纳米、15纳米、20纳米或30纳米。本实施例中，所述第二半导体层140为镁(Mg)掺杂的P型氮化镓，其厚度为10纳米。

所述活性层130的厚度为0.01微米至0.6微米。所述活性层130为包含一层或多层量子阱层的量子阱结构(Quantum Well)。量子阱层的材料为氮化铟镓、氮化铟镓铝、砷化镓、砷化铝镓、磷化铟镓、磷化铟砷或砷化铟镓中的一种或多种。本实施例中，所述活性层130为InGaN/GaN的复合结构，其厚度为10纳米。所述活性层130为光子激发层，为电子与空穴相结合产生光子的场所。在使用所述半导体结构10过程中，给P型半导体层和N型半导体层施加一电压，则P型半导体层产生的空穴和N型半导体层产生的电子在活性层130相结合产生光子。

依据所述缓冲层116和有源层所选取的材料不同，所述缓冲层116和有源层的整体的折射率n₂的范围为2.0至3.5。由上述内容可知，本实施例半导体结构10中，缓冲层116的材料为低温氮化镓、第一半导体层120的材料为N型氮化镓、活性层130的材料为InGaN/GaN的复合结构，第二半导体层140的材料为P型氮化镓。缓冲层116、第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140四者的材料相近，其折射率也相近。所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂为2.5。

所述金属层160设置于所述第二半导体层140远离所述基底110的表面设置，且可以覆盖所述第二半导体层140的整个表面。具体地，所述金属层160的材料的选择依据活性层130中产生的光的波长而定，不同材料的金属层160可与活性层130更好地相互作用。所述金属层160可使活性层130中产生的长波长的光较好的地出射。所述金属层160的材料可为纯金属或合金。所述金属材料可为金、银、铝、铜、金银合金、金铝合金或银铝合金。单质银对紫光和蓝光的出射效果较好，单质铝对波长比紫光更短的光的出射效果较好，单质金对红光和绿光的出射效果比较好。金银合金、金铝合金或银铝合金依据其中所含金属的百分比不同，对介于合金所包含的两个金属所对应的波长的光之间的光的出射效果较好。

所述金属层160的厚度的范围为10纳米到30纳米。优选地，金属层160的厚度的范围为20纳米到30纳米。优选地，所述金属层160的厚度的范围为15纳米到20纳米。优选地，金属层160的厚度的范围为10纳米到15纳米。具体地，金属层160的厚度可为10纳米、15纳米、20纳米、25纳米或30纳米。通过选择合适厚度的金属层160，由活性层130产生的光子可以较好的通过金属层160，而避免被转化成热，还可以使金属层160可产生较多的金属等离子体，使金属层160和活性层130的相互作用较强。本实施例中，金属层160的厚度为15纳米。

所述金属层160的作用为：第一，由活性层130产生的近场倏逝波到达金属层160后，在金属层160的作用下近场倏逝波被放大并转换成为金属等离子体，金属等离子体被金属层160散射，从而向周围传播，由于半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近，因此，该对称结构可改变金属等离子体的场分布，使得金属等离子体均匀地向金属层160的上下两侧均匀传播，金属等离子体经由第二光学对称层190和基底110均匀出射；第二，由活性层130产生的近场倏逝波到达金属层160后，金属层160在光子的作用下产生金属等离子体，金属等离子体向周围传播，当金属等离子体传播到达活性层130之后，与活性层130中的量子阱作用，使活性层130激光出更多的光子。活性层130中产生的光子到达金属层160，使金属层160产生出更多的金属等离子体。如此，在金属层160和活性层130的相互作用下，活性层130可以产生出更多的光子，使半导体结构10的出光率增加。因此，通过选择合适厚度的第二半导体层140，可使金属层160与活性层130之间距离较近，从而金属层160和活性层130的相互作用较强，还可保证电流在所述第二半导体层140的分布均匀。

所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|。优选地，所述折射率之差∆n₁小于等于0.2或0.1。可以理解地，所述折射率之差∆n₁越小，所述第一光学对称层180的材料的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂越相近，此时第二光学对称层190和所述基底110为出光面，两个出光面出射的光强度均较好，所述半导体结构10的出光均匀。

所述第一光学对称层180的折射率n₁的范围为2.0至3.5。优选地，所述第一光学对称层180的折射率n₁的范围为2.2至2.8。优选地，所述第一光学对称层180的材料的折射率n₁的范围为2.2至2.4。优选地，所述第一光学对称层180的材料的折射率n₁的范围为2.4至2.6。优选地，所述第一光学对称层180的材料的折射率n₁的范围为2.6至2.8。所述第一光学对称层180的材料包括二氧化钛、氧化铪、氧化锆或者聚酰亚胺。本实施例中，所述缓冲层116为低温氮化镓、第一半导体层120为P型氮化镓，活性层130为InGaN/GaN的复合结构，第二半导体层140为N型氮化镓，该四者构成的整体的等效折射率n₂为2.5。本实施例中所述第一光学对称层180的材料为二氧化钛，其折射率n₁为2.55。所述二氧化钛的透光性较好，可以使光线较好的通过。

所述第一光学对称层180的厚度与所述缓冲层116和有源层的整体的厚度之差小于等于150纳米。所述第一光学对称层180的厚度与所述缓冲层116和有源层的整体的厚度越接近越好，从而可使第一光学对称层180的厚度与所述缓冲层116和有源层的整体的厚度越接近，使半导体结构10的出光更均匀。所述第一光学对称层180的厚度的范围为1微米至2微米。本实施例中，所述缓冲层116的厚度为20纳米，所述第一半导体层120的厚度为1460纳米，活性层130的厚度为10纳米，第二半导体层140的厚度为10纳米，因此，四者之和为1500纳米。第一光学对称层180的厚度为1500纳米。所述第一光学对称层180的厚度与所述缓冲层116和有源层的整体的厚度之和一致。

所述第三光学对称层150设置于第二半导体层140和金属层160之间。所述第三光学对称层150与所述第二半导体层140远离基底110的表面和金属层160靠近基底110的表面直接接触。所述第三光学对称层150的作用为保护金属层160产生的金属等离子体不被转换成热。由于金属等离子体的光导波模的传播常数为一复数，其包括一实部和一虚部。当金属等离子体的传播常数的虚部较大时，金属等离子体较容易转化成热。通过选用低折射率材料作为第三光学对称层150，可使金属等离子体的传播常数的实部和虚部同时减少，从而使金属等离子体的热损耗减少，并且传播的路程更远，进而提高半导体结构10的出光率。优选地，所述第三光学对称层150的材料的折射率的范围为1.2至1.5。优选地，所述第三光学对称层150的材料的折射率的范围为1.3至1.4。优选地，所述第三光学对称层150的材料的折射率的范围为1.4至1.5。所述第三光学对称层150的材料可为二氧化硅、氟化镁（MgF₂）或氟化锂（LiF）。本实施例中，所述第三光学对称层150的材料为二氧化硅，折射率为1.5。

所述第三光学对称层150的厚度依据实际应用选择。优选地，所述第三光学对称层150的厚度范围为5纳米到40纳米。优选地，所述第三光学对称层150的厚度范围为5纳米到10纳米。优选地，所述第三光学对称层150的厚度范围为10纳米到20纳米。优选地，所述第三光学对称层150的厚度范围为20纳米到30纳米。优选地，所述第三光学对称层150的厚度范围为30纳米到40纳米。通过选择合适厚度的所述第三光学对称层150，可使金属层160和活性层130之间的距离较近，金属层160和活性层130之间的相互作用较强，使活性层130产生较多的光子。本实施例中所述第三光学对称层150的厚度为20纳米。

当所述半导体结构10包括所述第三光学对称层150时，所述半导体结构10同时须包括所述第四光学对称层170。所述第四光学对称层170设置于所述金属层160与所述第一光学对称层180之间。所述第四光学对称层170与所述金属层160远离基底110的表面和所述第一光学对称层180靠近基底110的表面直接接触。所述第四光学对称层170与第三光学对称层150的材料以及厚度一致，如此可使金属层160中产生的金属等离子体向基底110和第二光学对称层190两个方向均匀地传播。第三光学对称层150的折射率和第四光学对称层170的折射率的越低越好。所述第四光学对称层170的作用为避免使金属层160产生的金属等离子体转换为热量，使金属层160产生的金属等离子体可以经由第四光学对称层170传播，从而使半导体结构10的出光率提高。

第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|，从而可使金属层160产生的金属等离子体沿着朝向基底110和第二光学对称层190的两个方向均较好地传播，基底110和第二光学对称层190两个出光面的出光均匀。所述第二光学对称层190的材料不限，只需其折射率n₃与基底110的折射率率n₄之差∆n₂小于等于0.1即可。所述第二光学对称层190与所述基底110的折射率n₄越相近越好。依据所选择的第二光学对称层190的不同材料，所述第二光学对称层190的折射率n₃范围为1.7至1.8。第二光学对称层190的材料可与基底110相同。优选地，所述第二光学对称层190的厚度为30纳米至80纳米。优选地，所述第二光学对称层190的厚度为40纳米至60纳米。本实施例中第二光学对称层190的材料为蓝宝石，厚度为50纳米。所述第二光学对称层190为可选。

所述半导体结构10具备以下有益效果：第一，由活性层130产生的近场倏逝波到达金属层160后，在金属层160的作用下近场倏逝波被放大并转换成为金属等离子体，金属等离子体被金属层160散射，从而向周围传播，由于半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近，因此，该对称结构可改变金属等离子体的场分布，使得金属等离子体均匀地向金属层160的上下两侧均匀传播，金属等离子体经由第二光学对称层190和基底110均匀出射；第二，所述半导体结构10在使用过程中，给第一半导体层120和第二半导体层140分别施加电压，第一半导体层120和第二半导体层140将分别产生电子和空穴，该电子和空穴在活性层130中结合产生光子，由活性层130产生的近场倏逝波传播至金属层160后，金属层160在近场倏逝波的作用下产生金属等离子体，金属等离子体向周围传播，当金属等离子体传播到达活性层130之后，与活性层130中的量子阱相互作用，使活性层130激光出更多的光子。如此，在金属层160和活性层130的相互作用下，活性层130可以产生出更多的光子，使半导体结构10的发光效率较高；以及第三，金属层160的上下方均设置有低折射率材料层，通过选用低折射率材料作为第三光学对称层150和第四光学对称层170，可使金属等离子体的等效折射率的实部和虚部同时减少，从而使金属等离子体的热损耗减少，并且传播的路程更远，进而提高半导体结构10的出光率。

请参阅图2，本发明第二实施例提供一种半导体结构10，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一金属层160、一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190。所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、金属层160、第一光学对称层180以及第二光学对称层190依次层叠设置于所述基底110的一外延生长面。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|。

本发明第二实施例提供的半导体结构10与第一实施例提供的半导体结构10的结构相似，其区别在于，第二实施例提供的半导体结构10相比于第一实施例提供的半导体结构10不包括第三光学对称层150和第四光学对称层170，此时，所述金属层160直接设置于所述第二半导体层140的远离基底110的表面，则所述第一光学对称层180直接设置于所述金属层160远离基底110的表面。此时，金属层160和活性层130之间的距离较近，金属层160和活性层130之间的相互作用较强，可使活性层130产生较多的光子，金属层160产生较多的金属等离子体。

请参阅图3，本发明第三实施例提供一种半导体结构10，其包括一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170以及一第一光学对称层180。所述活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170以及第一光学对称层180依次层叠设置于所述第一半导体层120的一表面。所述第三光学对称层150与第四光学对称层170的折射率一致。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|。所述半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近。

本发明第三实施例提供的半导体结构10与第一实施例提供的半导体结构10的结构相似，其区别在于，第三实施例提供的半导体结构10相比于第一实施例不包括基底110、缓冲层116以及第二光学对称层190，此时所述第一半导体层120直接设置于基底110的表面。

第三实施例中，依据有源层所选取的材料不同，所述有源层的整体的等效折射率n₂的范围为2.0至3.5。本实施例中，第一半导体层120的材料为N型氮化镓、活性层130的材料为InGaN/GaN的复合结构，第二半导体层140的材料为P型氮化镓。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140三者的材料相近，其折射率也相近。所述有源层的整体的等效折射率n₂为2.5。此时所述第一光学对称层180的材料仍为二氧化钛，折射率n₁为2.55。此时，所述第一光学对称层180的折射率n₁与有源层的整体的等效折射率n₂之差小于等于0.3。

当所述半导体结构10不包括所述基底110和第二光学对称层190时，所述半导体结构10也不包括缓冲层116，此时第一半导体层120暴露的表面和第一光学对称层180暴露的表面为半导体结构10的两个出光面，所述半导体结构10在使用过程中，由于有源层和第一光学对称层180的折射率n1之差小于等于0.3，所述半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近，以使活性层130中产生的光由第一半导体层120和第一光学对称层180两个出光面均匀地出射。

请参阅图4，本发明第四实施例提供一种半导体结构10，其包括一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一金属层160、以及一第一光学对称层180。所述活性层130、第二半导体层140、金属层160、第一光学对称层180依次层叠设置于所述第一半导体层120的表面。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|。所述半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近。

本发明第四实施例提供的半导体结构10与第一实施例提供的半导体结构10的结构相似，其区别在于，第四实施例提供的半导体结构10相比于第一实施例不包括基底110、缓冲层116、第二光学对称层190、第三光学对称层150和第四光学对称层170。

此时，所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，因此，所述半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近，故活性层130中产生的光由第一半导体层120和第一光学对称层180的两个出光面均匀地出射。

请参阅图5，本发明第五实施例提供一种半导体结构10，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190。所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190依次层叠设置于所述基底110的一表面。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|。所述半导体结构10包括多个三维纳米结构。

本发明第五实施例所提供的半导体结构10的结构与第一实施例提供的半导体结构10的结构相似，其区别在于，所述半导体结构10包括多个三维纳米结构。

本实施例中，多个三维纳米结构形成于所述第二半导体层140远离基底110的表面，设置于第二半导体层140之上的第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190也随着形成于第二半导体层140远离基底110的表面的三维纳米结构的起伏而起伏，进而三维纳米结构之上的各层的靠近基底110的表面和远离基底110的表面均形成有三维纳米结构。

可以理解地，所述三维纳米结构还可形成于所述基底110的靠近活性层130、基底110远离活性层130的表面、缓冲层116的远离基底110的表面、所述第一半导体层120的远离基底110的表面、活性层130远离基底110的表面、第二半导体层140的远离基底110的表面、第三光学对称层150的远离基底110的表面、金属层160的远离基底110的表面、第四光学对称层170的远离基底110的表面、第一光学对称层180的远离基底110的表面或者第二光学对称层190的远离基底110的表面，此时形成于三维纳米结构之上的各层也随着三维纳米结构的起伏而起伏，进而三维纳米结构之上的各层的靠近基底110的表面和远离基底110的表面的横截面均为M形。

所述设置于第二半导体层140远离基底110表面的多个三维纳米结构并排延伸形成图案化的表面，每个三维纳米结构沿其延伸方向上的横截面为M形。请参阅图6，为了便于描述，将该第二半导体层140区分为一本体部分140a及一由该本体部分140a向远离该本体部分140a方向延伸的一凸起部分140b，所述本体部分140a与该凸起部分140b通过一“界面”整体分开，所述界面形成所述本体部分140a的表面。可以理解，所述“界面”是为方便描述而假设的平面，该平面可平行于所述第二半导体层140的靠近基底110的表面。所述三维纳米结构143为一凸起结构，所述凸起结构为从所述第二半导体层140的本体部分140a向远离所述本体部分140a的方向突出的凸起实体。所述三维纳米结构143与所述第二半导体层140的本体部分140a为一体成型结构，即所述三维纳米结构143与所述第二半导体层140的本体部分140a之间无间隔的形成一体结构。在平行于所述基底110表面的水平面内，所述多个三维纳米结构143的延伸方向相同，且在所述三维纳米结构143的延伸的方向上，所述三维纳米结构143的横截面为一M形。换个角度说，所述多个三维纳米结构143为形成于本体部分140a上的多个条形凸起结构，该多个条形凸起结构向同一方向延伸，在沿所述延伸方向的横截面为M形。

所述多个三维纳米结构143可在第二半导体层140的本体部分140a上以直线、折线或曲线的形式并排延伸，延伸方向平行于所述本体部分140a的表面。所述“并排”是指所述相邻的两个三维纳米结构143在延伸方向的任一相对位置具有相同的间距，该间距范围为0纳米至200纳米。请一并参阅图7，在本实施例中，所述三维纳米结构143为一条形凸起结构，所述多个三维纳米结构143在第二半导体层140的本体部分140a上以阵列形式分布，形成所述第二半导体层140的远离基底110的表面，该表面具有一纳米图形，为一图案化的表面。所述多个条形凸起结构基本沿同一方向延伸且彼此平行设置于所述本体部分140a。定义该多个条形凸起结构的延伸方向为X方向，垂直于所述凸起结构的延伸方向为Y方向。则在X方向上，所述条形凸起结构的两端分别延伸至所述第二半导体层140的本体部分140a相对的两边缘，具体的，所述多个条形凸起可在第二半导体层140的本体部分140a以直线、折线或曲线的形式沿X方向延伸；在Y方向上，所述三维纳米结构143为一双峰凸棱结构，所述多个条形凸起并排排列，且所述条形凸起的横截面的形状为M形，即所述三维纳米结构143为一M形三维纳米结构143。所述三维纳米结构143包括一第一凸棱1132及一第二凸棱1134，所述第一凸棱1132与第二凸棱1134并排延伸，相邻的第一凸棱1132与第二凸棱1134之间具有一第一凹槽1136，相邻的三维纳米结构143之间形成第二凹槽1138，所述第一凹槽1136的深度小于第二凹槽1138的深度。所述第一凸棱1132及第二凸棱1134的横截面分别为锥形，所述第一凸棱1132与第二凸棱1134形成一双峰凸棱结构。所述第一凸棱1132与第二凸棱1134的高度可为150纳米至200纳米。所述第一凹槽1136的深度可为30纳米至120纳米，所述第二凹槽1138的深度可为100纳米至200纳米。本实施例中，所述第一凹槽1136的深度为80纳米，所述第二凹槽1138的深度为180纳米。本实施例中，所述第一凹槽1136的深度为80纳米，所述第二凹槽1138的深度为180纳米。可以理解地，所述第二半导体层140的厚度应该大于三维纳米结构143的凸棱高度以及凹槽的深度。本实施例中，为了适应该三维纳米结构143的凸棱和凹槽的尺寸，所述第二半导体层140的厚度为210纳米。所述缓冲层116的厚度为20纳米，第一半导体层120的厚度为1260纳米，活性层130的厚度为10纳米，第二半导体层140的厚度为210纳米，因此，四者之和为1500纳米。第一光学对称层180的厚度为1500纳米。此时第一光学对称层180的厚度仍为有源层与缓冲层116的厚度之和。可以理解地，当所述三维纳米结构143形成于半导体结构10中的任一层的表面时，可通过调整三维纳米结构143的层的厚度或调整三维纳米结构143的尺寸，使形成有三维纳米结构143的层与所述三维纳米结构143的尺寸相配合。为了清楚地说明该问题，我们定义一第一三维纳米结构，该第一三维纳米结构是指由刻蚀形成的三维纳米结构，该第一三维纳米结构一般为由基底110指向第二光学对称层190的方向上，出现的第一个个三维纳米结构。第一三维纳米结构是通过刻蚀半导体结构10中的某一层而形成，之后的各层直接在第一三维纳米结构之上生长，不需刻蚀，各层生长结束自然随着第一三维纳米结构的起伏而起伏，从而各层靠近基底110的表面和远离基底110的表面均为M形。故，形成有第一三维纳米结构的层的厚度应该大于三维纳米结构的凸棱和凹槽的厚度，从而使该层不被刻蚀形成通孔，然直接生长于三维纳米结构之上的各层的厚度不受限制。当所述形成于三维纳米结构之上的层的厚度小于三维纳米结构的凹槽的深度时，所述形成于三维纳米结构之上的层将会无法填满三维纳米结构的凹槽，当所述形成于三维纳米结构之上的层的厚度大于三维纳米结构的凹槽的深度时，所述形成于三维纳米结构之上的层将会将三维纳米结构的凹槽填满。所述第一三维纳米结构还可形成于所述基底110的靠近活性层130、基底110远离活性层130的表面、所述第一半导体层120的远离基底110的表面、活性层130远离基底110的表面、第二半导体层140的远离基底110的表面、保护层150的远离基底110的表面或者金属层160的远离基底110的表面。

具体的，以所述第三光学对称层150和所述第二半导体层140的接触面为例说明形成于相接触的两个表面上的三维纳米结构的位置关系：所述第三光学对称层150与所述第二半导体层140接触的表面具有多个三维纳米结构，所述三维纳米结构为向第三光学对称层150内部延伸形成的凹进空间，并且该凹进空间与第二半导体层140中所述凸起实体的三维纳米结构143相啮合，进而形成一W形的凹进空间。所述“啮合”是指，所述第三光学对称层150表面形成的三维纳米结构同样包括多个凹槽及凸棱，并且，所述凹槽与所述三维纳米结构143中的第一凸棱1132及第二凸棱1134相配合；所述凸棱与所述三维纳米结构143中的第一凹槽1136及第二凹槽1138相配合，从而所述第三光学对称层150与所述第二半导体层140具有三维纳米结构143的表面无间隙的复合。因此，所述第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190中的每层的靠近基底110的表面和远离基底110的表面均为多个三维纳米结构并排延伸形成的图案化的表面。所述第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190中的每层的靠近基底110的表面上的每个三维纳米结构沿其延伸方向上的横截面为W形。所述第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190中的每层的远离基底110的表面上的每个三维纳米结构沿其延伸方向上的横截面为M形。

当所述半导体结构10不包括所述第三光学对称层150和所述第四光学对称层170时，所述第一光学对称层180直接形成于金属层160远离基底110的表面，此时，所述第一光学对称层180靠近基底110的表面同金属层160远离基底110的表面相啮合，所述第一光学对称层180靠近基底110的表面也形成有多个三维纳米结构，所述第一光学对称层180远离基底110的表面也为一平面。故，无论是否存在所述第三光学对称层150和所述第四光学对称层170，所述第一光学对称层180靠近基底110的表面均形成有多个三维纳米结构。

进一步地，由于所述第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170的厚度均较薄，因此，第三光学对称层150、金属层160以及第四光学对称层170不易将形成于所述第二半导体层140远离基底110表面的三维纳米结构143填平。然而，所述第一光学对称层180的厚度较厚，为1500纳米。故，形成于第四光学对称层170远离基底110的表面上的多个三维纳米结构有可能会被第一光学对称层180填平。所述三维纳米结构是否会被第一光学对称层180填平取决于第一光学对称层180的材料以及制备工艺。所选择的第一光学对称层180的材料以及制备工艺不同会使第一光学对称层180的材料在生长过程中各个方向上的生长速度不同，从而导致所述第一光学对称层180可能会随着形成于第四光学对称层170远离基底110表面的三维纳米结构的起伏而起伏，也可能将形成于第四光学对称层170远离基底110表面的三维纳米结构填平。当所述多个三维纳米结构被第一光学对称层180填平时，所述第一光学对称层180的靠近基底110的表面与所述第四光学对称层170的远离基底110的表面相啮合，所述第一光学对称层180靠近基底110的表面也形成有多个三维纳米结构，所述第一光学对称层180远离基底110的表面为一平面。进而，所述第二光学对称层190的靠近基底110的表面和远离基底110的表面均为一平面。

可以理解地，所述三维纳米结构可设置于所述第一半导体层120的远离活性层130的表面、基底110的远离活性层130的表面或者/以及基底110的靠近活性层130的表面，从而，由活性层130中产生的大角度光经由三维纳米结构改变传播方向，并经由基底110的表面出射。

本发明第五实施例提供的半导体结构10的有益效果是：第一，在使用过程中，当光子以大角度光入射到该三维纳米结构时，可改变所述光子的出射角度，而使之从出光面射出，进一步提高了所述半导体结构10的出光效率；第二，所述三维纳米结构使得金属层160也形成三维纳米结构，该金属层160表面的原有的随机的粗糙被放大为规则的起伏，该起伏的深浅为20纳米至30纳米，使得金属层160表面产生更多的散射，从而使得金属层160中产生的金属等离子体可以更容易地从金属层160中释放出来，从而提高了所述半导体结构10的发光效率；第三，通过在所述活性层130至少一表面形成多个三维纳米结构，因此增大了所述活性层130与第一半导体层120及第二半导体层140之间的接触面积，提高了空穴与电子的复合几率，提高了复合密度，进而提高了所述半导体结构10的发光效率，制备方法简单，效率高。

基于半导体结构10具有以上有益效果，该种半导体结构10在太阳能电池、激光器以及发光二极管等领域有较好的应用。为了更好地说明该种半导体结构10的应用，下面以发光二极管为例，说明该种半导体结构10的应用。

请参阅图8，本发明第六实施例提供一种横向结构的发光二极管20，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一第二光学对称层190、一第一电极124以及一第二电极144。所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190依次层叠设置于所述基底110的表面。所述第一电极124与所述第一半导体层120电连接。所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接。第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140构成发光二极管20的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|。

所述发光二极管20为横向结构的含义为：所述第一电极124和第二电极144设置于第一半导体层120的同一侧，所述第一电极124和第二电极144产生的电流在具有高电阻的所述第二半导体层140中横向传导。其中，所述第一半导体层120为N型半导体层，所述第二半导体层140为P型半导体层。

所述第一半导体层120远离基底110的表面可包括一第一区域和一第二区域。所述活性层130与第二半导体层140依次层叠设置于所述第一半导体层120的第一区域，从而形成一台阶结构。所述第一电极124设置于第一半导体层120的未被活性层130覆盖的第二区域从而与所述第一半导体层120电连接。

所述第二半导体层140远离基底110的表面可包括一第三区域和一第四区域。所述第三光学对称层150或者金属层160设置于所述第二半导体层140的第三区域，从而形成一台阶结构。所述第二电极144设置于第二半导体层140的未被活性层130覆盖的第四区域从而与所述第二半导体层140电连接。

本发明第六实施例提供的发光二极管20的结构与第一实施例至第五实施例提供的半导体结构10的结构相似，其区别在于:所述第一电极124与所述第一半导体层120电连接；所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接；所述活性层130设置于所述第一半导体层120的第一区域，从而形成一台阶；所述第一电极124设置于所述第一半导体层120的未被活性层130覆盖的第二区域；所述第三光学对称层150或者金属层160形成于第二半导体层140的远离基底110的第三区域，从而形成一台阶所述第二电极144设置于所述第二半导体层140暴露的第四区域。

第一电极124可为N型电极或P型电极，其与第一半导体层120的类型相同。所述第二电极144设置于第二半导体层140的表面。该第二电极144可为N型电极或P型电极，其与第二半导体层140的类型相同。

所述第一电极124或第二电极144至少为一层结构，它们的厚度为0.01微米至2微米。所述第一电极124、第二电极144的材料包括钛、铝、镍及其合金中的一种或其任意组合。本实施例中，所述第二电极144为P型电极，该第二电极144为两层结构，包括一厚度为150埃的钛层及一厚度为2000埃的金层。所述第一电极124为N型电极，该第一电极124为两层结构，包括一厚度为150埃的镍层及一厚度为1000埃的金层。

本发明第六实施例提供的发光二极管20的有益效果是: 第一，所述发光二极管20在使用过程中，通过第一电极124和第二电极144分别给第一半导体层120和第二半导体层140施加电压，进而活性层130产生光子，由活性层130产生的近场倏逝波到达金属层160后，在金属层160的作用下产生金属等离子体，金属等离子体向周围传播并经由第二光学对称层190出射并耦合成出射光，如此，可提高发光二极管20的出光率；第二，所述发光二极管20在使用过程中，通过第一电极124和第二电极144分别给第一半导体层120和第二半导体层140分别施加电压，第一半导体层120和第二半导体层140将分别产生电子和空穴，该电子和空穴在活性层130中结合产生光子，由活性层130产生的光子传播至金属层160后，金属层160在光子的作用下产生金属等离子体，金属等离子体向周围传播，当金属等离子体传播到达活性层130之后，与活性层130中的量子阱相互作用，使活性层130激光出更多的二次光子。活性层130中产生的二次光子到达金属层160，使金属层160产生出更多的金属等离子体。如此，在金属层160和活性层130的相互作用下，活性层130可以产生出更多的光子，使发光二极管20的发光效率较高；第三，由于所述发光二极管20以金属层160为对称中心，金属层160两侧的位于对称位置的两元件的折射率相近，故，所述发光二极管20在使用过程中活性层130中产生的光由第二光学对称层190和基底110两个出光面均匀地出射；以及第三，金属层160的上下方均设置有低折射率材料层，该低折射率材料层可使金属层160中产生的金属等离子体避免被转换为热，可使发光二极管20的出光率提高。

请参阅图9，本发明第七实施提供第六实施例中所述横向结构的发光二极管20的制备方法，其包括以下步骤：

步骤S710：提供一基底110，该基底110具有一外延生长面112；

步骤S720：在基底110的外延生长面112依次外延生长一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140；

步骤S730：形成一金属层160于所述第二半导体层140远离基底110的一侧；

步骤S740：依次形成一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190于所述金属层160远离基底110的表面，所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|；以及

步骤S750：制备一第一电极112与第一半导体层120电连接，制备一第二电极114与第二半导体层140电连接。

在步骤S710中，所述基底110的材料及厚度与第一实施例中的基底110的材料及厚度一致。

在步骤S720中，所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140的生长方法可以分别通过分子束外延法（MBE）、化学束外延法（CBE）、减压外延法、低温外延法、选择外延法、液相沉积外延法（LPE）、金属有机气相外延法（MOVPE）、超真空化学气相沉积法（UHVCVD）、氢化物气相外延法(HVPE)、以及金属有机化学气相沉积法（MOCVD）等中的一种或多种实现。本实施例采用MOCVD工艺制备所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140。

所述制备缓冲层116的过程中，以氨气(NH₃)作为氮的源气，采用氢气(H₂)作载气，采用三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)作为Ga源在一反应室中低温生长GaN层，该低温GaN层作为缓冲层116。

所述制备第一半导体层120的过程中，采用高纯氨气(NH₃)作为氮的源气，采用氢气(H₂)作载气，采用三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)作为Ga源，采用硅烷(SiH₄)作为Si源在反应室中生长一N型氮化镓层作为第一半导体层120。

所述活性层130的生长方法与第一半导体层120基本相同。在生长完第一半导体层120之后，紧接着生长所述活性层130。具体的，生长所述活性层130时采用三甲基铟作为铟源。

在生长完活性层130之后，采用二茂镁作(Cp₂Mg)为镁源生长第二半导体层140。通过控制生长第二半导体层140的时间，使第二半导体层140的厚度为5纳米至60纳米。

本实施例中，所述缓冲层116的厚度为20纳米，所述第二半导体层140的厚度为10纳米，所述活性层130的厚度为10纳米，所述第一半导体层120的厚度为1460纳米，四者的整体厚度为1500纳米。

可选择地，第二半导体层140的制备方法还可为先通过MOCVD制备较厚的第二半导体层140，之后通过刻蚀或研磨的方法刻蚀所述第二半导体层140，使第二半导体层140的厚度为5纳米至60纳米。

所述第一半导体层120远离基底110的表面包括一第一区域和一第二区域。在制备的过程中，可通过使用光刻胶做掩模的方法使活性层130仅形成于第一半导体层120的第一区域。所述第一半导体层120的第二区域暴露。如此，在步骤S150中，可使第一电极124直接形成于第一半导体层140的暴露的第二区域。

在步骤S730中，所述金属层160的制备方法依据所述金属层160的材料而定。具体地，所述金属层160的制备方法可为物理气相沉积法，例如蒸镀、溅射等工艺。本实施例中通过蒸镀的方法形成一银层，该银层的厚度为10纳米。

所述第二半导体层140远离基底110的表面包括一第三区域和一第四区域。在制备的过程中，使用光刻胶做掩模使所述金属层160仅形成于第二半导体层140的第三区域。所述第二半导体层140的第四区域暴露。如此，在步骤S150中，可使第二电极144直接形成于第二半导体层140的暴露的第四区域。

在步骤S740中，所述第一光学对称层180的制备方法依据所述第一光学对称层180的材料而定，具体地可为溅射或蒸镀。所述第一光学对称层180的材料的折射率n₁的范围为2.2至2.8。在步骤S140中，所述第一光学对称层180的材料与所述基底110的材料相同，具体为二氧化钛、氧化铪、氧化锆或者聚酰亚胺。通过控制制备条件，使第一光学对称层180的厚度介于1微米至2微米。本实施例中，所述第一光学对称层180的材料为二氧化钛，其折射率n₁为2.55，制备方法为蒸镀，厚度为1500微米。如此，第一光学对称层190的厚度与所述缓冲层116和有源层的整体的厚度一致。

所述第二光学对称层190的制备方法依据所述第二光学对称层190的材料而定，具体地可为溅射或蒸镀。所述第二光学对称层190的厚度为30纳米至80纳米。所述第二光学对称层190的材料与所述基底110一致。所述第二光学对称层190的厚度无需与基底110一致。本实施例中，所述第二光学对称层190的材料为三氧化二铝，厚度为50纳米。

本发明第七实施例提供的发光二极管20的制备方法具有以下优点：第一，通过调整制备参数，控制第二半导体层140的厚度介于5纳米至60纳米，使金属层160与活性层130更好的相互作用，产生更多的光子，提高发光二极管20的发光效率；第二，通过在金属层160上方制备一所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，制备一第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|，使活性层130中产生的光子以金属层160为对称中心，向金属层160的靠近基底110的一侧和远离基底110的一侧均传播较好，使发光二极管20的出光均匀，且发光效率提高。

本发明第八实施例提供一种横向结构的发光二极管20的制备方法，其包括以下步骤：

步骤S810：提供一基底110，该基底110具有一外延生长面112；

步骤S820：在基底110的外延生长面112依次外延生长一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140；

步骤S830：形成一第三光学对称层150于所述第二半导体层140远离基底110的表面，所述第三光学对称层150的折射率的范围为1.2至1.5；

步骤S840：形成一金属层160于所述第三光学对称层150远离基底110的表面；

步骤S850：形成一第四光学对称层170于所述金属层160远离基底110的表面，所述第四光学对称层170的折射率的范围为1.2至1.5；

步骤S860：依次形成一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190于所述第四光学对称层170远离基底110的表面，该所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|；以及

步骤S870：制备一第一电极112与第一半导体层120电连接，制备一第二电极114与第二半导体层140电连接。

本发明第八实施例提供的发光二极管20的制备方法与本发明第七实施例提供的发光二极管20的制备方法相似，其区别在于：分别形成一第三光学对称层150和一第四光学对称层170于所述金属层160的靠近基底110的表面和远离基底110的表面。

由于第三光学对称层150和第四光学对称层170的材料一样，因此步骤S530和步骤S550中的制备第三光学对称层150和第四光学对称层170的方法相同。所述制备第三光学对称层150的方法依据第三光学对称层150具体材料而定，具体地可为电子束蒸发、磁控溅射或化学气相沉积等方法。本实施例中，所述第三光学对称层150的材料是二氧化硅。本实施例中，采用化学气相沉积的方法在所述第二半导体层140上沉积一层二氧化硅薄膜。该二氧化硅薄膜用作第三光学对称层150。该第三光学对称层150的厚度为30纳米。所述第四光学对称层170的厚度为30纳米。

本发明第八实施例提供的发光二极管20的制备方法具有以下优点：形成一第三光学对称层150和一第四光学对称层170于金属层160靠近基底110的表面和远离基底110的表面，使金属层160中产生的金属等离子体可避免被转换为热。

请参阅图10，发明第九实施例提供一种横向结构的发光二极管20，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一第二光学对称层190、一第一电极124以及一第二电极144。所述基底110具有一外延生长面112。所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190依次层叠设置于所述基底110的外延生长面112。所述第一电极124与所述第一半导体层120电连接。所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接。所述发光二极管20进一步包括多个三维纳米结构。

本发明第九实施例所提供的发光二极管20的结构与第六实施例提供的发光二极管20的结构相似，其区别在于，所述发光二极管20进一步包括多个三维纳米结构。本发明第九实施例提供的三维纳米结构与本发明第五实施例提供的三维纳米结构的结构相同。本实施例中，所述第二半导体层140远离基底110的表面为多个三维纳米结构并排延伸形成的图案化的表面，每个三维纳米结构沿其延伸方向上的横截面为M形，所述形成于所述第二半导体层140远离基底110的一侧的各层随着该三维纳米结构的起伏而起伏。当三维纳米结构设置在第二半导体层140远离基底110的表面上时，形成于第二半导体层140远离基底110的表面的第四区域的第二电极144的靠近基底110的表面和远离基底110的表面上也形成有三维纳米结构。

本发明第九实施例提供的发光二极管20的有益效果是：第一，在使用过程中，当光子以大角度入射到该三维纳米结构时，可改变所述光子的出射角度，而使之从出光面射出，进一步提高了所述发光二极管20的出光效率；第二，通过在所述活性层130至少一表面形成多个三维纳米结构，因此增大了所述活性层130与第一半导体层120及第二半导体层140之间的接触面积，提高了空穴与电子的复合几率，提高了复合密度，进而提高了所述发光二极管20的发光效率，制备方法简单，效率高；第三，由于第二电极144的靠近基底110的表面和远离基底110的表面上也形成有三维纳米结构，因此，增加了第二电极144和第二半导体层140之间的接触面积，使得电流更好的注入第二半导体层140。

本发明第十实施例提供一种制备第九实施例中的发光二极管20的方法。其包括以下步骤：

步骤S1010：提供一基底110，该基底110具有一外延生长面112；

步骤S1020：在基底110的外延生长面112依次外延生长一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140；

步骤S1030：在所述第二半导体层140的远离基底110的表面形成多个三维纳米结构；

步骤S1040：形成一第三光学对称层150于所述第二半导体层140远离基底110的表面，所述第三光学对称层150的折射率的范围为1.2至1.5；

步骤S1050：形成一金属层160于所述第三光学对称层150远离基底110的表面；

步骤S1060：形成一第四光学对称层170于所述金属层160远离基底110的表面，所述第四光学对称层的折射率的范围为1.2至1.5；

步骤S1070：依次形成一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190于所述第四光学对称层170远离基底110的表面，该所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|；以及

步骤S1080：制备一第一电极124与第一半导体层120电连接，制备一第二电极144与第二半导体层140电连接。

本发明第十实施例提供的发光二极管20的制备方法与本发明第七实施例提供的发光二极管20的制备方法相似，其区别在于，进一步包括一形成多个三维纳米结构143于所述第二半导体层140的远离基底110的表面的步骤S730。

所述步骤S1030中所述形成多个三维纳米结构143于所述第二半导体层140的远离基底110的表面的方法包括以下步骤：

步骤S1031，在所述第二半导体层140的表面设置一掩模层；

步骤S1032，纳米压印并刻蚀所述掩模层，使所述掩模层图形化；

步骤S1033，刻蚀所述第二半导体层140，使所述第二半导体层140的表面图形化，形成多个三维纳米结构预制体；

步骤S1034，去除所述掩模层，形成所述多个三维纳米结构143。

在步骤S1031中，所述掩模层可为一单层结构或复合层结构。本实施例中，所述掩模层为一复合层结构，所述复合层结构包括一第一掩模层及一第二掩模层，所述第一掩模层及第二掩模层依次层叠设置于所述第二半导体层140表面，所述第一掩模层的材料为ZEP520A，第二掩模层的材料为HSQ（hydrogen silsesquioxane）。

在步骤S1032中，通过纳米压印及刻蚀所述掩模层图形化的方法具体包括以下步骤：

步骤（a），提供一表面具有纳米图形的模板，所述纳米图形包括多个并排延伸的凸部，相邻的凸部之间具有一凹槽1136。

步骤（b），将模板具有纳米图形的表面与所述第二掩模层贴合，并在常温下挤压所述模板与第二半导体层140后，脱模。

步骤（c），通过刻蚀去除所述凹槽底部的第二掩模层，露出第一掩模层。

步骤（d），去除与所述第二掩模层的凹槽对应位置处的部分第一掩模层，露出第二半导体层140，形成图形化的所述掩模层。所述“图形化”是指所述掩模层在第二半导体层140的表面形成多个并排延伸的凸起结构，相邻的凸起结构之间形成一沟槽，与沟槽对应区域的第二半导体层140的表面暴露出来，所述凸起结构覆盖此区域之外第二半导体层140的表面。

在步骤S1033中，刻蚀所述第二半导体层140，使所述第二半导体层140的表面图形化，并形成多个三维纳米结构预制体。

所述刻蚀方法可通过将上述第二半导体层140放置在一感应耦合等离子体系统中，利用刻蚀气体对所第二半导体层140进行刻蚀。本实施例中，所述刻蚀气体为混合气体，所述混合气体包括Cl₂、BCl₃、O₂及Ar气体。所述等离子体系统的功率可为10瓦至150瓦，所述混合气体的通入速率可为8至150sccm，形成的气压可为0.5帕至15帕，刻蚀时间可为5秒至5分钟。本实施例中，所述等离子系统的功率为70W，所述等离子体的通入速率为40sccm，气压为2Pa，刻蚀时间为120秒，其中，所述Cl₂的通入速率为26sccm，所述BCl₃的通入速率为16sccm，所述O₂的通入速率为20sccm，所述Ar的通入速率为10sccm。在刻蚀的过程中，与掩模层中沟槽部分第二半导体层140被气体所刻蚀去除，从而在第二半导体层140的表面形成一凹槽。

本实施例中，所述第二半导体层140的刻蚀主要包括以下步骤：

步骤一，所述刻蚀气体对未被掩模层覆盖的第二半导体层140表面进行刻蚀，在第二半导体层140表面形成多个凹槽，所述凹槽的深度基本相同。

步骤二，在所述等离子体的轰击作用下，所述掩模层中相邻的两个凸起结构逐渐相向倾倒，使所述两个凸起结构的顶端逐渐两两靠在一起而闭合，所述等离子体对该闭合位置内所述第二半导体层140的刻蚀速率逐渐减小，从而在第二半导体层140表面形成所述第一凹槽1136，在未发生闭合的两个凸起结构之间，形成第二凹槽1138，且形成的所述第二凹槽1138的深度大于所述第一凹槽1136的深度。

在第一步骤中，所述刻蚀气体对未被掩模层覆盖的第二半导体层140表面进行刻蚀，在刻蚀的过程中，所述气体会与第二半导体层140反应，从而在刻蚀表面形成一保护层，阻碍气体的进一步刻蚀，使得刻蚀面逐渐减小，即形成所述凹槽的宽度沿刻蚀方向逐渐减小。同时，所述刻蚀气体对所述掩模层中所述凸起结构的顶端（即远离第二半导体层140表面的一端）进行刻蚀。并且，由于所述掩模层远离第二半导体层140表面的部分侧面被刻蚀，从而使得所述凸起结构顶端的宽度逐渐变窄。

在第二步骤中，主要包括以下几个过程：

第一过程，在气体刻蚀的过程中，由于所述气体的轰击作用下，相邻的凸起结构之间依次两两闭合，即相邻的两个凸起结构的顶端逐渐两两靠在一起。

第二过程，由于相邻的两个凸起结构逐渐闭合，所述刻蚀气体对该闭合位置内所述第二半导体层140的刻蚀速率逐渐减小，即在该位置处形成凹槽的宽度沿刻蚀深度进一步减小，进而形成一V形结构的凹槽，且该V形凹槽的深度较浅。而未闭合的凸起结构之间，由于所述刻蚀气体可继续以近似相同的刻蚀速率对该位置处的第二半导体层140进行刻蚀，因此该位置处相对于闭合位置处形成的凹槽的深度较深。

第三过程，所述凸起结构两两闭合后，使所述刻蚀气体无法再对该闭合位置处的第二半导体层140进行刻蚀，从而在第二半导体层140的表面形成所述第一凹槽1136。同时，在未发生闭合的两个凸起结构之间，所述刻蚀气体可以继续对所述第二半导体层140进行刻蚀，进而形成第二凹槽1138，因此该位置处第二凹槽1138的深度，大于所述第一凹槽1136的深度，从而形成所述三维纳米结构预制体。

在步骤S1034中，所述掩模层可通过有机溶剂如四氢呋喃（THF）、丙酮、丁酮、环己烷、正己烷、甲醇或无水乙醇等无毒或低毒环保容剂作为剥离剂，溶解所述掩模层等方法去除，从而形成所述多个三维纳米结构143。本实施例中，所述有机溶剂为丁酮。

可以理解地，所述三维纳米结构还可形成于活性层远离基底110的表面或者第一半导体层120远离基底110的表面。

本发明第十实施例提供的所述发光二极管20的制备方法具有以下优点：其一，本发明通过纳米压印及刻蚀的方法在所述第二半导体层140表面设置多个三维纳米结构143形成一三维纳米结构阵列，其可在室温下进行压印，且模板无须预先处理，使得该方法工艺简单，成本低。其二，对所述第二半导体层140进行刻蚀并使所述掩模层中的凸起结构两两闭合，可方便的制备大面积周期性的M形三维纳米结构，形成一大面积的三维纳米结构阵列，从而提高了所述发光二极管20的产率。

请参阅图11，本发明第十一实施例提供一种横向结构的发光二极管20，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一第二光学对称层190、一反射元件192、一第一电极124以及一第二电极144。所述基底110具有一外延生长面112。所述第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180、第二光学对称层190以及反射元件192依次层叠设置于所述基底110的外延生长面112。所述第一电极124与所述第一半导体层120电连接。所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接。

本发明第十一实施例提供的发光二极管20的结构与第六实施例提供的发光二极管20的结构相似，其区别在于，一反射元件192设置于第二光学对称层190远离基底110的表面。

该反射元件192可使由第二光学对称层190出射的光线被反射至基底110，进而从基底110的表面出射。反射元件192可为一反射层。所述反射层与所述第二光学对称层190相互接触设置。所述反射元件192由一连续的具有面状结构的金属材料层构成。该金属材料可为铝、金、铜及银中的一种或上述任意组合的合金。该反射元件192的厚度不限，以尽可能多的反射由第二光学对称层190出射的光为优。优选地，该反射元件192的厚度大于20微米。本实施例中该反射元件192的材料为银，厚度为20纳米。所述反射层可通过真空蒸镀或磁控溅射等方法形成于所述出光端面11。

所述反射元件192还可以为设置于第二光学对称层190远离基底110的表面的多个微结构。所述微结构为凹槽或凸起。所述微结构的形状为V形、圆柱形、半圆球形、金字塔形以及削去尖端部分的金字塔形中的一种或几种。该微结构在所述第二光学对称层190远离基底110的表面均匀分布。进一步地，所述反射元件192还可包括一反射材料，该反射材料设置于所述微结构表面。所述反射材料为铝、金、铜及银中的一种或上述任意组合的合金。所述反射材料可通过真空蒸镀或磁控溅射等方法形成于所述微结构表面。

所述反射元件192设置于所述第二光学对称层190远离基底110的表面,可使活性层130中产生的光全部由基底110一侧出射。

可以理解地，所述反射元件192还可以设置于所述基底110的远离活性层130的表面，如此，反射元件192可将活性层130中产生的光子进行反射而使之从第二光学对称层190远离基底110的表面出射。

本发明第十一实施例提供的发光二极管20具有以下有益效果：通过设置反射元件192可使发光二极管20所有的光仅从一表面出射，因此，发光二极管20的光被集中在一个出光面，使该发光二极管20的出光面具有较好的光强。

请参阅图12，本发明第十二实施例提供一种垂直结构的发光二极管20，其包括：一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一第一电极124以及一第二电极144。所述第一半导体层120具有相对的一第一表面121和一第二表面122。所述活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170以及一第一光学对称层180依次层叠设置于所述第一半导体层120的第二表面122。所述第一半导体层120、活性层130以及第四半导体层140构成发光二极管20的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|。所述第一电极124覆盖所述第一半导体层120的第一表面。所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接。

本发明第十二实施例提供的发光二极管20为一种垂直结构。垂直结构的发光二极管20的定义为：发光二极管20具有较高电阻的第二半导体层140的大部分被一电极覆盖，电流垂直流过具有高电阻的P型半导体层，所述第一电极124和第二电极144位于第一半导体层120的两侧。所述第二半导体层140为P型半导体层，所述第一半导体层120为N型半导体层。

本发明第十二实施例提供的垂直结构的发光二极管20的结构与第六实施例提供的横向结构的发光二极管20的结构相似，其区别在于，第一，所述第九实施例提供的所述发光二极管20不包括第二光学对称层190；第二，所述第九实施例提供的发光二极管20不包括基底110以及缓冲层116，基底110以及缓冲层116被替换为一第一电极124；以及所述活性层130覆盖第一半导体层120的全部表面。

本发明第十二实施例提供的垂直结构的发光二极管20具有以下效果：第一，第一电极124和第二电极144位于彼此垂直正对的上下方，因此当电流通过第一电极124和第二电极144流入发光二极管20中时，电流垂直流过具有高电阻的P型半导体层，因此，电流在P型半导体层中产生的热量比较少；以及第二，由于蓝宝石的散热性较差，因此将蓝宝石替换为第一电极124可使发光二极管的20散热效果改进，进而提高发光二极管20的寿命。

本发明第十三实施例提供一种制备第十二实施例中的发光二极管20的方法，其包括以下步骤：

步骤S1310：提供一基底110，该基底110具有一外延生长面112；

步骤S1320：在基底110的外延生长面112依次外延生长一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140；

步骤S1330：形成一第三光学对称层150于所述第二半导体层140远离基底110的表面；

步骤S1340：形成一金属层160于所述低折射率材料层150远离基底110的表面；

步骤S1350：形成一第四光学对称层170于所述金属层160远离基底110的表面；

步骤S1360：形成一第一光学对称层180，该第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|；

步骤S1370：去除所述基底110，暴露出所述第一半导体层120；以及

步骤S1380：在第一半导体层120暴露的表面制备一第一电极124，制备一第二电极144与第二半导体层140电连接。

本发明第十三实施例提供一种发光二极管20的制备方法，其与第七实施例提供的发光二极管20的制备方法相似，其区别在于：第一，去除基底110，暴露出所述第一半导体层120，在第一半导体层120暴露的表面制备第一电极224；第二，所述活性层130覆盖第一半导体层120的全部表面；以及第三，不需制备第二光学对称层190。

在步骤S1370中，所述基底110的去除方法可为激光照射法、腐蚀法或温差自剥离法（利用基底110与半导体层之间的膨胀系数不同进行剥离）。所述去除方法可根据基底110以及第一半导体层120材料的不同进行选择。本实施例中，所述基底110的去除方法为激光照射法。具体的，所述去除方法包括以下步骤：

S1371，将所述基底110中未生长第一半导体层120的表面进行抛光并清洗；

S1372，将经过表面清洗的基底110放置于一平台（图未示）上，并利用激光对所述基底110与第一半导体层120进行扫描照射；

S1373，将经激光照射后的基底110浸入溶液中去除所述基底110。

在步骤S1371中，所述抛光方法可为机械抛光法或化学抛光法，使所述基底110的表面平整光滑，以减少后续激光照射中激光的散射。所述清洗可用盐酸、硫酸等冲洗所述基底110的表面，从而去除表面的金属杂质以及油污等。

在步骤S1372中，所述激光从基底110抛光后的表面入射，且入射方向基本垂直于所述基底110抛光后的表面，即基本垂直于所述基底110与第一半导体层120的界面。所述激光的波长不限，可根据第一半导体层120以及基底110的材料选择。具体的，所述激光的能量小于基底110的带隙能量，而大于第一半导体层120的带隙能量，从而激光能够穿过基底110到达第一半导体层120，在第一半导体层120与基底110的界面处进行激光剥离。所述界面处第一半导体层120的缓冲层116对激光产生强烈的吸收，从而使得界面处的缓冲层116温度快速升高而分解。本实施例中所述第一半导体层120为GaN，其带隙能量为3.3ev；基底110为蓝宝石，其带隙能量为9.9ev；所述激光器为KrF激光器，发出的激光波长为248nm，其能量为5ev，脉冲宽度为20至40ns，能量密度为400至600mJ/cm²，光斑形状为方形，其聚焦尺寸为0.5mm×0.5mm；扫描位置从所述基底110的边缘位置开始，扫描步长为0.5mm/s。在扫描的过程中，所述GaN开始分解为Ga和N₂。可以理解，所述脉冲宽度、能量密度、光斑形状、聚焦尺寸以及扫描步长可根据实际需求进行调整；可根据第一半导体层120对特定波长的激光具有较强的吸收作用选择相应波长的激光。

由于所述第一半导体层120与基底110界面处对上述波长的激光具有很强的吸收作用，因此，所述缓冲层116的温度快速升高而分解；而所述第一半导体层120中其他部分对上述波长的激光吸收较弱，因此所述第一半导体层120并不会被所述激光所破坏。可以理解，对于不同的第一半导体层120可以选择不同波长的激光，使缓冲层116对激光具有很强的吸收作用。

所述激光照射的过程在一真空环境或保护性气体环境进行以防止在激光照射的过程中碳纳米管被氧化而破坏。所述保护性气体可为氮气、氦气或氩气等惰性气体。

在步骤S1373中，可将激光照射后的基底110浸入一酸性溶液中进行酸化处理，以去除GaN分解后的Ga，从而实现基底110与第一半导体层120的剥离。所述溶液可为盐酸、硫酸、硝酸等可溶解Ga的溶剂。

请参阅图13，本发明第十四实施例提供一种垂直结构的发光二极管20，其包括一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一第一电极124以及一第二电极144。所述第一半导体层120具有相对的一第一表面121和一第二表面122。所述活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170以及第一光学对称层180依次层叠设置于所述第一半导体层120的第二表面122。所述第一电极124覆盖所述第一半导体层120的第一表面。所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接。所述发光二极管20进一步包括多个三维纳米结构。

本发明第十四实施例提供的发光二极管20的结构与本发明第十二实施例提供的发光二极管20的结构相似，其区别在于，所述发光二极管20进一步包括多个三维纳米结构。

本发明第十四实施例提供的发光二极管20的三维纳米结构与第五实施例提供的半导体结构10中的三维纳米结构相同，此时，由于所述第十四实施例提供的发光二极管20不包括第二光学对称层190，因此，所述三维纳米结构不存在于所述第二光学对称层190中。

本发明第十五实施例提供一种制备第十四实施例中的发光二极管20的方法，其包括以下步骤：

步骤S1510：提供一基底110，该基底110具有一外延生长面112；

步骤S1520：在基底110的外延生长面112依次外延生长一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140；

步骤S1530：形成多个三维纳米结构143于所述第二半导体层140远离基底110的表面；

步骤S1540：形成一第三光学对称层150于所述第二半导体层140远离基底110的表面；

步骤S1550：形成一金属层160于所述低折射率材料层150远离基底110的表面；

步骤S1560：形成一第四光学对称层170于所述金属层160远离基底110的表面；

步骤S1570：形成一折射率与所述有源层的整体的等效折射率n2之差小于等于0.3的第一光学对称层180；

步骤S1580：去除所述基底110，暴露出所述第一半导体层120；以及

步骤S1590：在第一半导体层120暴露的表面制备一第一电极124，制备一第二电极144与第二半导体层140电连接。

请参阅图14，本发明第十六实施例提供一种垂直结构的发光二极管20，其包括一第一半导体层120，一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一反射元件192、一第一电极124以及一第二电极144。所述第一半导体层120具有相对的一第一表面121和一第二表面122。所述活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及所述反射元件192依次层叠设置于所述第一半导体层120的第二表面122。所述第一电极124覆盖所述第一半导体层120的第一表面。所述第二电极144与所述第二半导体层140电连接。

本发明第十六实施例提供一种垂直结构的发光二极管20与本发明第十二实施例提供的垂直结构的发光二极管20结构相似，其区别在于，第十六实施例提供的发光二极管20具有一反射元件192设置于第一光学对称层180的表面。

本发明第十六实施例提供一种发光二极管20具有以下有益效果：所述反射元件192可使来自活性层130的光被反射至第一电极124处，从而使光线集中从第一电极124表面出射，因此，发光二极管20在第一电极124处的出光效果较好。

请参阅图15，本发明第十七实施例提供一种太阳能电池30，该太阳能电池30包括依次层叠设置的一第一收集电极32、一基底110、一缓冲层116、一第一硅层126、一第二硅层146、一光电转换层136、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180、一第二光学对称层190以及一第二收集电极34。所述基底110、缓冲层116、第一硅层122、第二硅层142、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180、第二光学对称层190以及第二收集电极34依次层叠设置于所述第一收集电极32的表面。所述第三光学对称层150与第四光学对称层170的折射率一致。所述第一硅层122、活性层130以及第二硅层142构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|。所述半导体结构10以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近。故，该太阳能电池30为一光学对称结构。该太阳能电池30中的结构与本发明第一实施例提供的半导体结构10的结构一致。

所述太阳能电池30可不包括所述基底110、缓冲层116以及第二光学对称层190，所述太阳能电池30仍是光学对称结构。所述基底110、缓冲层116以及第二光学对称层190在太阳能电池30中是同时存在或者同时不存在。

所述太阳能电池30可不包括所述第三光学对称层150和第四光学对称层170，此时所述太阳能电池30仍是光学对称结构。所述第三光学对称层150和第四光学对称层170在所述太阳能电池30中同时存在或同时不存在。

所述第一硅层122为一P型硅层或一N型硅层。所述第二硅层142为一P型硅层或一N型硅层。所述第一硅层122与所述第二硅层142的类型相反。当所述第一硅层122为一P型硅层时，所述第二硅层142为一N型硅层。当所述第一硅层122为一N型硅层时，所述第二硅层142为一P型硅层。本实施例中，所述第一硅层122为一P型硅层，所述第二硅层142为一N型硅层。所述光电转换层136的材料与厚度与第一实施例中的半导体结构10中的活性层130的材料与厚度一致。

所述第一收集电极32和第二收集电极34的材料可以相同或不同。优选为该第一收集电极32和第二收集电极34分别由一连续的具有面状结构的金属材料层构成。所述金属材料可为铝、铜、或银等。该第一收集电极32和第二收集电极34的厚度不限，优选为50纳米至300纳米。本实施例中，所述第一收集电极32和第二收集电极34的材料分别为一厚度约为200纳米的条形铝箔。

在使用过程中，所述太阳能电池30的入光端面310用于接收太阳光。所述太阳能电池30的入光端面310包括基底110、缓冲层116、第一硅层122、活性层130、第二硅层142、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190中的每个元件的一侧面。所述太阳能电池30的出光端面320用于出射太阳光。所述入光端面310与出光端面320平行且相对设置。

所述太阳能电池30具有如下有益效果：在使用过程中，由入光端面310入射的太阳光入射至金属层160，该金属层160在太阳光的照射下，产生金属等离子体，该部分金属等离子体被P-N结吸收，从而使P-N结产生更多的电子和空穴，电子向所述第二收集电极32移动，空穴向所述第一收集电极32移动，最终分别被所述第一收集电极32和第二收集电极34收集，形成电流，从而使太阳能电池30的光电转换效果更高。

请参阅图16，本发明第十八实施例提供一种波导管40，其包括一基底110、一缓冲层116、一第一半导体层120、一活性层130、一第二半导体层140、一第三光学对称层150、一金属层160、一第四光学对称层170、一第一光学对称层180以及一第二光学对称层190。所述缓冲层116、第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第三光学对称层150、金属层160、第四光学对称层170、第一光学对称层180以及第二光学对称层190依次层叠设置于所述基底110的表面。所述第三光学对称层150与第四光学对称层170的折射率一致。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成半导体结构10的有源层。所述第一光学对称层180的折射率n₁与所述缓冲层116和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁小于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|，第二光学对称层190的折射率n₃与基底110的折射率n₄之差∆n₂小于等于0.1，其中∆n₂=|n₃-n₄|。所述波导管40以金属层160为对称中心，位于金属层160两侧对称位置的两元件的折射率相近。故，该波导管40为一光学对称结构。所述波导管40与本发明第一实施例提供的半导体结构10的结构一致。

所述金属层160的具有相对的一第一侧面161和一第二侧面162。该第一侧面161和第二侧面162彼此平行并且正对设置。所述第一侧面161作为电磁波的入射面，所述第二侧面162作为电磁波的出射面。

所述波导管40的有益效果是：第一，在使用过程中，所述电磁波由金属层160的第一侧面161入射，电磁波进入金属层160之后，转换为金属等离子体，金属等离子体携带着电磁波的信息，在金属层160中传播，并在第二侧面162，金属等离子体又转换成电磁波，故，所述波导管40实现了传导电磁波的功能；第二，由于所述波导管40中的各层的折射率关于所述金属层160对称，因此，当金属等离子体在金属层160中传导的过程中，金属等离子体更加均匀地限制于金属层160的内部，从而使金属等离子体更好地在金属层160内传播，从而实现电磁波在金属层160中更好的传播。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：

步骤a：提供一基底，该基底具有一外延生长面；

步骤b：在基底的外延生长面依次外延生长一有源层，该有源层包括缓冲层、一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层；

步骤c：形成一第三光学对称层于所述第二半导体层远离基底的表面，所述第三光学对称层的折射率的范围为1.2至1.5；

步骤d：形成一金属层于所述第三光学对称层远离基底的表面；

步骤e：形成一第四光学对称层于所述金属层远离基底的表面，所述第四光学对称层的折射率的范围为1.2至1.5；

步骤f：形成一第一光学对称层于所述第四光学对称层远离基底的表面，该第一光学对称层的折射率n₁与所述缓冲层和有源层的整体的等效折射率n₂的差值∆n₁于等于0.3，其中∆n₁=|n₁-n₂|；

步骤g：去除所述基底，暴露出所述第一半导体层；以及

步骤h：在第一半导体层暴露的表面制备一第一电极，制备一第二电极与第二半导体层电连接。

2.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料为金、银、铝、铜、金银合金、金铝合金或银铝合金。

3.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，所述金属层的厚度为10纳米至30纳米。

4.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所制备得到的第二半导体层的厚度为5纳米至20纳米。

5.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所制备的第三光学对称层和所制备的第四光学对称层的折射率一致。

6.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所制备的第三光学对称层和所制备的第四光学对称层的厚度分别为5纳米至40纳米。

7.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤f中，所制备的第一光学对称层的厚度与有源层的整体厚度一致。

8.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤b结束后，所述步骤c进行之前进一步包括形成多个三维纳米结构于所述第二半导体层的远离基底的表面。

9.如权利要求8所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述形成三维纳米结构的方法包括以下步骤：

在所述第二半导体层远离基底的表面设置一图案化的掩模层，所述图案化的掩模层包括多个条形凸起结构并排延伸，相邻的条形凸起结构之间形成一沟槽，所述第二半导体层通过该沟槽暴露出来；

刻蚀所述第二半导体层，在所述第二半导体层远离基底的表面形成多个凹槽，使所述掩模层中相邻的多个条形凸起结构依次两两闭合；以及，

去除所述掩模层，在所述第二半导体层远离基底的表面形成多个M形三维纳米结构，从而形成一图案化的表面。

10.如权利要求9所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述刻蚀第二半导体层的过程中，掩模层中相邻两个条形凸起结构的顶端逐渐靠在一起，使所述多个条形凸起结构依次两两闭合，在所述相邻两个条形凸起结构闭合的过程中，对应闭合位置处的第一半导体层被刻蚀的速度小于未闭合位置处第二半导体层被刻蚀的速度。

11.如权利要求9所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述闭合的两个条形凸起结构之间的第二半导体层表面形成一第一凹槽，未闭合的相邻的两个条形凸起结构之间的第二半导体层表面形成一第二凹槽，且所述第一凹槽的深度小于第二凹槽的深度，形成所述M形三维纳米结构。

12.如权利要求9所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述生长于第二半导体层之上的第三光学对层层、金属层、第四光学对称层、第一光学对称层或第二光学对称层的靠近基底或者远离基底的表面均具有三维纳米结构。

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