CN108461581A - 表面等离激元增强火山口型3d垂直结构led结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构及制备方法：通过在p‑GaN表面制作火山口型的表面等离激元耦合及三维量子阱发光阵列，在垂直结构LED器件中引入表面等离激元火山口型界面与量子阱发生耦合，不仅能够充分通过表面等离激元与量子阱的耦合提高垂直结构LED的内量子效率，而且能够利用火山口型耦合可以显著改善表面等离激元增强型LED器件的载流子注入效率。不仅如此，火山口型形貌和量子阱发光阵列三维排布设计，更有利于发光区激子能量耦合到表面等离激元后向外辐射出光子并从器件表面出射，因此，还能增强垂直结构LED器件的光提取效率。本发明所提出的3D多功能复合垂直结构LED结构，具有实际推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光二极管技术领域，具体涉及一种表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构及制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)基发光二极管(Light Emitting Diode，以下简称LED)具有带隙宽、性能稳定、电子漂移饱和速率高等优点，在高亮度发光二极管领域有着巨大的应用潜力和广阔的市场前景。当前，垂直结构LED使电流在芯片内均匀分布，从而很好地解决了散热问题，在一定程度上提高了光效，但影响发光的能量损耗(包括非辐射复合和全反射吸收)依然存在。为了进一步提高LED发光的内量子效率及外量子效率，需要结构设计及生产工艺的创新。
利用表面等离激元共振耦合增强技术有望提高LED的自发辐射速率和内量子效率，从而提高发光效率。对于电学注入的表面等离激元共振增强GaN基LED，重要的是表面等离激元与有源区内电子空穴对的有效耦合。尤其很难同时兼顾载流子的注入效率。在不影响载流子注入效率的前提下，实现共振增强是目前的难点所在。
为了实现有效的耦合，人们提出了各种各样的技术方案。这些技术方案主要集中在表面等离激元与平面结构的GaN基LED耦合。如通过降低p-GaN的厚度减小LED表面金属颗粒与量子阱的耦合距离[D.M.Yeh，C.F.Huang，C.Y.Chen，Y.C.Lu andC.C.Yang，Localizedsurface plasmon-induced emission enhancement of a greenlight-emitting diode，Nanotechnology，19，345201-1-345201-4(2008)]，这种耦合方式设计简单，但很难进一步通过减小p-GaN的厚度来增强耦合强度；另外一种方案是在材料生长过程中，将产生表面等离激元的金属颗粒嵌入在p型氮化镓层中靠近量子阱的区域内实现耦合[C.Y.Cho，K.S.Kim，S.J.Lee，M.K.Kwon，H.Ko，S.T.Kim，G.Y.Jung，and S.J Park，Surface plasmon-enhanced light-emitting diodes with silver nanoparticles andSiO2nano-disksembedded in p-GaN，Appl.Phys.Lett.，99，041107(2011)]，这种耦合方式可以实现任意的耦合距离，但是很难避免金属向有源区的扩散问题，以及金属对p-GaN材料质量的影响；近两年又出现了一种避开材料生长过程的耦合方式，在常规LED外延片的p-GaN层制备二维纳米孔阵列，并在孔底沉积可产生表面等离激元的金属颗粒[专利号：CN 103219442 A]，这种耦合方式虽然不必考虑材料生长等诸多复杂因素，但是，该结构有耦合增强效应的纳米孔洞之下的发光区域的载流子注入效率很低，严重影响了表面等离激元共振耦合增强发光的效果。此外，上述提到的方法中器件的光提取效率仍然受到量子阱发光区二维平面化的限制，进而影响了器件的整体出光效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构及制备方法，通过火山口型p-GaN表面实现表面等离激元与GaN基LED的耦合，可以同时提高器件的载流子注入效率和内量子效率，同时结合火山口形貌和发光区的三维阵列排布，有利于表面等离激元向外辐射光子并从器件表面出射，进而又能极大增强垂直结构LED器件的光提取效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构，包括火山口型3D垂直结构LED器件以及表面等离激元，所述火山口型3D垂直结构LED器件为三维微纳米量子阱发光阵列排布，其中单个三维微纳米量子阱发光阵列单元的P型GaN表面设置为火山口型微纳米孔洞，表面等离激元设置在3D垂直结构LED器件的火山口型微纳米孔洞表面上。
制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上生长LED外延结构；
2)在LED外延结构表面的P型掺Mg的GaN层刻蚀出三维微纳米量子阱发光阵列，刻蚀贯穿量子阱区域并深入到N型掺Si的GaN层中；
3)在三维微纳米量子阱发光阵列的间隙内沉积介质隔离层，填满空隙区域；
4)在P型掺Mg的GaN层用光刻或者纳米压印的方法在三维微纳米量子阱发光阵列单元表面制作出火山口型微纳米孔洞；
5)在P型掺Mg的GaN层的火山口型微纳米孔洞内蒸镀金属，以形成局域表面等离激元与量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱；
6)在P型掺Mg的GaN层的正面依次制作反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层；
7)通过金属键合工艺将LED外延结构翻转到导电、导热衬底上；
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延生长衬底，使得N型掺Si的GaN层的背面暴露在外，在N型掺Si的GaN层的表面制作N面电极，得到表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，所述LED外延结构包括在外延生长衬底上依次生长的N型掺Si的GaN层、多量子阱发光层和P型掺Mg的GaN层。
本发明进一步的改进在于，多量子阱发光层的波长为300nm～800nm。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，制作的三维微纳米量子阱发光阵列的单元尺寸为100nm～10μm。
本发明进一步的改进在于，步骤2)和步骤4)中，制作三维微纳米量子阱发光阵列以及火山口型微纳米孔洞的方法为电子束曝光、离子束曝光、X射线曝光、深紫外线曝光或纳米压印；刻蚀方法为溅射刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀或激光烧蚀。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，沉积的介质隔离层的材料为SiO2、TiO2和Si3N4中的一种；沉积方法为等离子体化学气相沉积或磁控溅射或物理气相沉积。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，刻蚀填充介质隔离层的宽度为10nm～1μm。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，火山口型微纳米孔洞的底部接近发光区最上层的距离D为5nm～100nm。
本发明进一步的改进在于，步骤5)中，蒸镀金属为金、银、铝、铂、铜、铬和锡中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构，具有如下优点：
1、本发明所采用的火山口型的深度渐变形貌不仅能够实现表面等离激元与量子阱的耦合，提高发光区的内量子效率。并且，载流子可借助其深度渐变的设计可有效注入到耦合发光区中，从而在耦合区域极大提高器件的载流子注入效率。
2、本发明所采用的火山口型微纳米孔洞，等离激元耦合增强发光区是底部弧形设计，该设计有助于发光区的激子能量传递给表面等离激元后，表面等离激元振荡借助不平坦的表面进行光子的向外辐射，进而提高了辐射光子的转换效率。
3、本发明所采用的三维垂直结构发光阵列单元设计，可有效避免传统二维平面发光器件光提取效率的限制，能够把表面等离激元增强的发光更有效地辐射到外面。进而提高器件整体的出光效率。
本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，该制备方法不仅解决了历来困扰表面等离激元增强LED的载流子注入效率低下的问题，而且火山口型的耦合形貌更有助于表面等离激元向外辐射光子，基于三维垂直结构发光阵列单元的设计更能实现光提取效率的最大化。因此，本发明所提出的3D多功能复合结构同时解决了以上多个难题，涵盖提高电注入垂直结构LED的载流子注入效率、内量子效率、等离激元光子辐射效率、光提取效率在内的综合功能。
附图说明
图1为表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的示意图。
图中：1-N型掺Si的GaN层，2-多量子阱发光层，3-P型掺Mg的GaN层，4-反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层，5-导电、导热衬底，6-N面电极，7-镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱，8-介质隔离层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，详尽描述制备过程。
实施例1
本实施例选用金属铝作为耦合金属，耦合增强垂直结构紫外LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为300nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用紫外光曝光的方法在光刻胶上制作出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于光刻胶作为掩膜，用电感耦合等离子体干法刻蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为10nm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为100nm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用PECVD沉积TiO2介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用紫外光曝光的方法在三维阵列单元表面的光刻胶上制作出火山口型微纳米孔洞，随后利用光刻胶作为掩膜，用干法刻蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，使孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在50nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过热蒸发蒸镀金属铝，以形成局域表面等离激元与紫外量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
实施例2
本实施例选用金属银作为耦合金属，耦合增强垂直结构蓝光LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为450nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用纳米压印的方法在压印胶上压印出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于压印胶作为掩膜，用干法刻蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为50nm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为500nm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用PECVD沉积SiO2介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用纳米压印的方法在三维阵列单元表面的压印胶上压印出火山口型微纳米孔洞，随后利用压印胶作为掩膜，用反应离子刻蚀干法刻蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在5nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过热蒸发蒸镀金属银，以形成局域表面等离激元与蓝光量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
实施例3
本实施例选用金属银作为耦合金属，通过退火形成纳米颗粒，耦合增强垂直结构绿光LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为550nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用电子束曝光的方法在光刻胶上制作出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于光刻胶作为掩膜，用激光烧蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为500nm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为1μm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用物理气相沉积SiO2介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用紫外光曝光的方法在三维阵列单元表面的光刻胶上制作出火山口型微纳米孔洞，随后利用光刻胶作为掩膜，用激光烧蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，使孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在30nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过热蒸发蒸镀金属金，随后在300℃下退火5分钟形成银纳米颗粒，以形成局域表面等离激元与绿光量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
实施例4
本实施例选用金属金作为耦合金属，耦合增强垂直结构绿光LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为600nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用紫外光曝光的方法在光刻胶上制作出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于光刻胶作为掩膜，用电感耦合等离子体干法刻蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为800nm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为5μm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用PECVD沉积TiO2介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用纳米压印的方法在三维阵列单元表面的压印胶上压印出火山口型微纳米孔洞，随后利用压印胶作为掩膜，用干法刻蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，使孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在50nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过热电子束蒸镀金属金，以形成局域表面等离激元与绿光量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
实施例5
本实施例选用金属金、银混合金属作为耦合金属，耦合增强垂直结构红光LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为800nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用紫外光曝光的方法在光刻胶上制作出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于光刻胶作为掩膜，用电感耦合等离子体干法刻蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为1μm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为10μm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用磁控溅射沉积Si3N4介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用纳米压印的方法在三维阵列单元表面的压印胶上压印出火山口型微纳米孔洞，随后利用压印胶作为掩膜，用电感耦合等离子体干法刻蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，使孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在100nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过同时热蒸发蒸镀银、电子束蒸镀金属金，以形成局域表面等离激元与红光量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
实施例6
本实施例选用金属铂、铜混合金属作为耦合金属，耦合增强垂直结构红光LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为700nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用X射线曝光的方法在光刻胶上制作出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于光刻胶作为掩膜，用电感耦合等离子体干法刻蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为1μm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为10μm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用物理气相沉积Si3N4介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用X射线曝光的方法在在三维阵列单元表面的光刻胶上制作出火山口型微纳米孔洞，随后利用光刻胶作为掩膜，用溅射刻蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，使孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在50nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过同时电子束蒸发铂、铜，以形成局域表面等离激元与红光量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
实施例7
本实施例选用金属镍、锡混合金属作为耦合金属，耦合增强垂直结构橙光LED的发光效率。
如图1所示，本发明提供的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的制备方法，至少包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上利用MOCVD生长LED外延结构。多量子阱发光层2的发光波长为750nm。
2)在外延片表面的P型掺Mg的GaN层3用X射线曝光的方法在光刻胶上制作出三维微纳米量子阱发光阵列，随后利于光刻胶作为掩膜，用电感耦合等离子体干法刻蚀的方法将图形转移到外延片P面，刻蚀贯穿多量子阱发光层2并深入到N型掺Si的GaN层1中，刻蚀宽度H为500nm，三维量子阱发光阵列单元的宽度L为3μm；
3)在上述三维阵列的间隙内利用物理气相沉积TiO2介质隔离层8，填满空隙区域，随后用去胶液清洗掉残余的压印胶；
4)在P型掺Mg的GaN层3用X射线曝光的方法在在三维阵列单元表面的光刻胶上制作出火山口型微纳米孔洞，随后利用光刻胶作为掩膜，用溅射刻蚀的方法将图形转移到P型掺Mg的GaN层3，在P型掺Mg的GaN层3中制作出火山口型微纳米孔洞，使孔洞底部接近多量子阱发光层2最上层的距离D在50nm；
5)在P型掺Mg的GaN层3的火山口型微纳米孔洞内通过同时电子束蒸发镍、锡，以形成局域表面等离激元与橙光量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱7；
6)在P型掺Mg的GaN层3的正面依次蒸镀反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层4；
7)通过金属键合工艺将外延片翻转到另一种导电、导热衬底5上。
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延片衬底，使得N型掺Si的GaN层1的背面暴露在外，最后在N型掺Si的GaN层1的表面制作N面电极6。
三维微纳米量子阱发光阵列可以是周期排列方式，也可以是非规则排列方式排列。
本发明所制备的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构，在垂直结构LED器件中引入表面等离激元通过火山口型界面与量子阱发生耦合，不仅能够充分通过表面等离激元与量子阱的耦合提高LED的内量子效率，而且能够利用火山口型耦合可以显著改善表面等离激元增强型LED器件的载流子注入效率。此外，火山口型形貌和发光区的三维量子阱阵列排布设计，更有利于发光区激子能量耦合到表面等离激元后向外辐射出光子并从器件表面出射，因此，还能最大化增强垂直结构LED器件的光提取效率。
Claims (10)
1.表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构，其特征在于，包括火山口型3D垂直结构LED器件以及表面等离激元，所述火山口型3D垂直结构LED器件为三维微纳米量子阱发光阵列排布，其中单个三维微纳米量子阱发光阵列单元的P型GaN表面设置为火山口型微纳米孔洞，表面等离激元设置在3D垂直结构LED器件的火山口型微纳米孔洞表面上。
2.制备权利要求1所述的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在外延生长衬底上生长LED外延结构；
2)在LED外延结构表面的P型掺Mg的GaN层刻蚀出三维微纳米量子阱发光阵列，刻蚀贯穿量子阱区域并深入到N型掺Si的GaN层中；
3)在三维微纳米量子阱发光阵列的间隙内沉积介质隔离层，填满空隙区域；
4)在P型掺Mg的GaN层用光刻或者纳米压印的方法在三维微纳米量子阱发光阵列单元表面制作出火山口型微纳米孔洞；
5)在P型掺Mg的GaN层的火山口型微纳米孔洞内蒸镀金属，以形成局域表面等离激元与量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱；
6)在P型掺Mg的GaN层的正面依次制作反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层；
7)通过金属键合工艺将LED外延结构翻转到导电、导热衬底上；
8)通过激光剥离工艺剥离掉外延生长衬底，使得N型掺Si的GaN层的背面暴露在外，在N型掺Si的GaN层的表面制作N面电极，得到表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构。
3.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤1)中，所述LED外延结构包括在外延生长衬底上依次生长的N型掺Si的GaN层、多量子阱发光层和P型掺Mg的GaN层。
4.根据权利要求3所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，多量子阱发光层的波长为300nm～800nm。
5.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤2)中，制作的三维微纳米量子阱发光阵列的单元尺寸为100nm～10μm。
6.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤2)和步骤4)中，制作三维微纳米量子阱发光阵列以及火山口型微纳米孔洞的方法为电子束曝光、离子束曝光、X射线曝光、深紫外线曝光或纳米压印；刻蚀方法为溅射刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀或激光烧蚀。
7.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤3)中，沉积的介质隔离层的材料为SiO2、TiO2和Si3N4中的一种；沉积方法为等离子体化学气相沉积或磁控溅射或物理气相沉积。
8.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤3)中，刻蚀填充介质隔离层的宽度为10nm～1μm。
9.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤4)中，火山口型微纳米孔洞的底部接近发光区最上层的距离D为5nm～100nm。
10.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤5)中，蒸镀金属为金、银、铝、铂、铜、铬和锡中的一种或多种。
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