TWI464907B - 發光二極體 - Google Patents

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Qun-Qing Li
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Shou-Shan Fan
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Description

發光二極體
本發明涉及一種半導體結構。
由氮化鎵半導體材料製成的高效藍光、綠光和白光發光二極體具有壽命長、節能、綠色環保等顯著特點，已被廣泛應用於大螢幕彩色顯示、汽車照明、交通訊號、多媒體顯示和光通訊等領域，特別為在照明領域具有廣闊的發展潛力。
傳統的半導體結構通常包括一基底、N型半導體層、P型半導體層、設置在N型半導體層與P型半導體層之間的活性層、設置在P型半導體層上的P型電極(通常為透明電極)以及設置在N型半導體層上的N型電極。所述N型半導體層、活性層以及P型半導體層依次層疊設置在基底表面。半導體結構處於工作狀態時，在P型半導體層與N型半導體層上分別施加正、負電壓，這樣，存在於P型半導體層中的空穴與存在於N型半導體層中的電子在活性層中發生複合而產生光，光從半導體結構中射出。
然，由於先前方法中製備的發光二極體中，來自活性層的近場倏逝光波(衰減距離小於20奈米的波)在向外輻射的過程中均由於迅速衰減而無法出射，從而被限制在半導體結構的內部，直至被發光二極體內的材料完全吸收，影響了發光二極體的出光率。
有鑒於此，提供一種光取出效率較高的發光二極體實為必要。
一種發光二極體，其包括：一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置；一第一電極覆蓋所述第一半導體層遠離活性層的表面；一第二電極與所述第二半導體層電連接；其中，所述發光二極體進一步包括：一第一光學對稱層設置於第二半導體層遠離活性層的表面；一金屬電漿產生層設置於所述第一光學對稱層遠離活性層的表面；一第二光學對稱層設置於所述金屬電漿產生層遠離活性層的表面。
與先前技術相比，本發明提供的製備方法所製備得到的發光二極體在工作過程中，由活性層產生的近場倏逝波到達金屬電漿產生層後，在金屬電漿產生層的作用下產生金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播並耦合成出射光，如此，可使活性層中的近場倏逝波出射，並成為可見光，從而提高了出光率。
為了對本發明作更進一步的說明，舉以下具體實施例並配合附圖進行詳細描述。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種半導體結構10，其包括一基底100、一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150及一第二光學對稱層160。所述第一半導體層110、活性層120、第二半導體層130、第一光學對稱層140、金屬電漿產生層150、以及第二光學對稱層160依次層疊設置於所述基底100的表面，且所述第一半導體層110靠近所述基底100設置。所述第一半導體層110、活性層120以及第二半導體層130形成一複合半導體層200。所述半導體結構10以金屬電漿產生層150為對稱中心，所述第二光學對稱層160的等效折射率，與基底100、複合半導體層200以及第一光學對稱層140整體的等效折射率的差值小於0.5。
所述基底100為一透明材料，其提供了用於生長第一半導體層110的一外延生長面101。所述基底100的外延生長面101為分子平滑的表面，且去除了氧或碳等雜質。所述基底100可為單層或複數層結構。當所述基底100為單層結構時，該基底100可為一單晶結構體，且具有一晶面作為第一半導體層110的外延生長面101。所述單層結構的基底100的材料可SOI(silicon on insulator，絕緣基底上的矽)、LiGaO2 、LiAlO2 、Al2 O3 、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。當所述基底100為複數層結構時，其需要包括至少一層上述單晶結構體，且該單晶結構體具有一晶面作為第一半導體層110的外延生長面101。所述基底100的材料可根據所要生長的第一半導體層110來選擇，優選地，使所述基底100與第一半導體層110具有相近的晶格常數以及熱膨脹係數。所述基底100的厚度、大小及形狀不限，可根據實際需要選擇。所述基底100不限於上述列舉的材料，只要具有支持第一半導體層110生長的外延生長面101的透明基底100均屬於本發明的保護範圍。本發明第一實施例中，基底100的材料為藍寶石。
所述第一半導體層110的厚度可根據需要製備。具體地，所述第一半導體層110的生長的厚度可為1微米至15微米。所述第一半導體層110為一摻雜的半導體層，該摻雜的半導體層為N型半導體層，所述N型半導體層的材料包括N型氮化鎵、N型砷化鎵及N型磷化銅等中的一種。所述N型半導體層具有提供電子移動場所的作用。本實施例中，所述第一半導體層110為Si摻雜的N型氮化鎵，其厚度為1460奈米。
所述活性層120的厚度為0.01微米至0.6微米。所述活性層120為包含一層或複數層量子阱層的量子阱結構(Quantum Well)。量子阱層的材料為氮化銦鎵、氮化銦鎵鋁、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦鎵、磷化銦砷或砷化銦鎵中的一種或複數種。本實施例中，所述活性層120為InGaN/GaN的複合結構，其厚度為10奈米。所述活性層120為光子激發層，為電子與空穴相結合產生光子的場所。在使用所述半導體結構10過程中，給P型半導體層及N型半導體層施加一電壓，則P型半導體層產生的空穴及N型半導體層產生的電子在活性層120相結合產生光子。
所述第二半導體層130為P型半導體層，所述P型半導體層具有提供空穴移動場所的作用。所述第二半導體層130設置於金屬電漿產生層150及活性層120之間。所述第二半導體層130的厚度可根據需要製備。優選地，所述第二半導體層130的厚度為5奈米至250奈米。優選地，所述第二半導體層130的厚度為10奈米至200奈米。優選地，所述第二半導體層130的厚度為10奈米至30奈米。具體地，所述第二半導體層130的厚度可為10奈米、50奈米、100奈米或200奈米。本實施例中，所述第二半導體層130為鎂(Mg)摻雜的P型氮化鎵，其厚度為10奈米。
所述金屬電漿產生層150的材料為任何可在光子作用下產生金屬電漿的材料，即，該金屬電漿產生層150的材料在光學上為金屬性的材料。進一步，該金屬電漿產生層150的材料滿足下述兩個條件：第一，金屬電漿產生層150的材料的折射率為一複數，且該複數的虛部大於零或者小於零；第二，金屬電漿產生層150的材料的介質常數為一複數，且該複數的實部為一負數。具體地，所述金屬電漿產生層150的材料的選擇依據活性層120中產生的光的波長而定，不同材料的金屬電漿產生層150可與活性層120更好地相互作用。具體地，若活性層120產生的光為短波長的光，所述金屬電漿產生層150的材料可為金屬材料，即純金屬或其合金。所述純金屬為銀、鋁、銅或者金等金屬。優選地，所述金屬電漿產生層150的材料優選為銀。若活性層120產生的光為長波長的光，則所述金屬電漿產生層150優選為金屬複合材料，例如，金屬陶瓷等。所述金屬陶瓷為包含金屬材料及電介質材料的複合材料。所述電介質材料即為不導電材料，所述電介質材料可為二氧化矽、矽或者陶瓷材料等。所述金屬材料可為純金屬或合金。所述金屬材料及電介質材料的比例不限，只需確保複合後的金屬複合材料可滿足上述兩個條件，即只需確保複合後的金屬複合材料在光學上仍為金屬性的材料即可。具體地，所述金屬陶瓷中，電介質材料的品質百分比小於等於40%、小於等於35%、小於等於30%、小於等於25%、小於等於20%、小於等於15%、小於等於10%或小於等於5%。具體地，所述電介質材料的品質百分比40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%或5%。優選地，所述金屬電漿產生層150的材料為銀及二氧化矽複合形成的金屬陶瓷。在銀及二氧化矽複合形成的金屬陶瓷中，二氧化矽的品質百分比為小於等於40%時即可確保該金屬陶瓷可產生金屬電漿。優選地，二氧化矽的品質百分比為小於等於30%，小於等於20%或小於等於10%。優選地，所述銀及二氧化矽複合形成的金屬陶瓷中，二氧化矽的品質百分比為20%，此時該種金屬陶瓷對於活性層120中產生的波長為510奈米的綠光的出射效果較好。本實施例中，所述金屬電漿產生層150的材料為銀。
所述金屬電漿產生層150的厚度的範圍為10奈米到30奈米。優選地，金屬電漿產生層150的厚度的範圍為20奈米到30奈米。優選地，所述金屬電漿產生層150的厚度的範圍為15奈米到20奈米。優選地，金屬電漿產生層150的厚度的範圍為10奈米到15奈米。具體地，金屬電漿產生層150的厚度可為10奈米、15奈米、20奈米、25奈米或30奈米。通過選擇合適厚度的金屬電漿產生層150，由活性層120產生的光子可較好的通過金屬電漿產生層150，而避免被轉化成熱，還可使金屬電漿產生層150可產生較多的金屬電漿，使金屬電漿產生層150及活性層120的相互作用較強。本實施例中，金屬電漿產生層150的厚度為15奈米。
所述金屬電漿產生層150的作用為：第一，由活性層120產生的近場倏逝波到達金屬電漿產生層150後，在金屬電漿產生層150的作用下產生金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播並經由第二光學對稱層160或基底100的方向出射成為出射光，如此，可使活性層120中的近場倏逝波出射；第二，由活性層120產生的光子到達金屬電漿產生層150後，金屬電漿產生層150在光子的作用下產生金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播，當金屬電漿傳播到達活性層120之後，與活性層120中的量子阱作用，使活性層120鐳射出更多的二次光子。活性層120中產生的二次光子到達金屬電漿產生層150，使金屬電漿產生層150產生出更多的金屬電漿。如此，在金屬電漿產生層150及活性層120的相互作用下，活性層120可產生出更多的光子，使半導體結構10的出光率增加。因此，通過選擇合適厚度的第二半導體層130，可使金屬電漿產生層150與活性層120之間距離較近，從而金屬電漿產生層150及活性層120的相互作用較強，還可保證電流在所述第二半導體層130的分佈均勻。
所述第一光學對稱層140設置於第二半導體層130遠離基底100的表面，具體的，所述第一光學對稱層140設置於第二半導體層130及金屬電漿產生層150之間。優選的，所述第一光學對稱層140的材料為低折射率的材料，所述“低折射率”為相對於所述複合半導體層200而言，即所述第一光學對稱層140的折射率小於複合半導體層200的折射率。優選的，所述第一光學對稱層140的材料的折射率為1.2至1.8。優選地，所述第一光學對稱層140的材料的折射率為1.3至1.4。優選地，所述第一光學對稱層140的材料的折射率為1.4至1.5。所述第一光學對稱層140的材料可為二氧化矽、氟化鎂（MgF2 ）或氟化鋰（LiF）。所述複合半導體層200的整體的折射率與第一光學對稱層140的材料的折射率的差值大於等於0.7，優選地，所述折射率之差值大於等於1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5。所述折射率之差越大，則對活性層120中的熱損耗抑制越有效，從而可使更多的倏逝波從活性層120中提取出來，從而所述半導體結構10的出光率越高。由於金屬電漿產生層150的折射率為一複數，其包括一實部及一虛部。當金屬電漿產生層150的折射率的虛部較大時，金屬電漿較容易轉化成熱。通過選用低折射率材料作為第一光學對稱層140，可使金屬電漿產生層150的折射率的實部及虛部同時減少，從而使金屬電漿的熱損耗減少，並且傳播的路程更遠，進而提高半導體結構10的出光率。本實施例中，所述第一光學對稱層140的材料為SiO2 。
所述第一光學對稱層140的厚度依據實際應用選擇。優選地，所述第一光學對稱層140的厚度範圍為5奈米到40奈米。優選地，所述第一光學對稱層140的厚度範圍為5奈米到10奈米。優選地，所述第一光學對稱層140的厚度範圍為10奈米到20奈米。優選地，所述第一光學對稱層140的厚度範圍為20奈米到30奈米。優選地，所述第一光學對稱層140的厚度範圍為30奈米到40奈米。通過選擇合適厚度的所述第一光學對稱層140，可使金屬電漿產生層150及活性層120之間的距離較近，金屬電漿產生層150及活性層120之間的相互作用較強，使活性層120產生較多的光子。本實施例中所述第一光學對稱層140的厚度為20奈米。
本實施例半導體結構10中，所述基底100為藍寶石，第一半導體層110的材料為N型氮化鎵、活性層120的材料為InGaN/GaN的複合結構，第二半導體層130的材料為P型氮化鎵，所述第一光學對稱層140的材料為SiO2 。所述複合半導體層200的整體的折射率為2.5。
所述第二光學對稱層160折射率的範圍為1.2～3.5。優選的，所述第二光學對稱層160的折射率的範圍為1.8～2.5；優選的，所述第二光學對稱層160的折射率範圍為2.5～3.4。所述第二光學對稱層160的材料可為但不限於矽、二氧化鈦、氧化鉿、氧化鋯或者聚醯亞胺。所述金屬電漿產生層150兩側的等效折射率相近。本發明中，所述“等效折射率”為複數層材料複合在一起時，根據其折射率、厚度等運用色散方程求解所的到的一種折射率的數值。本實施例中，具體的，以金屬電漿產生層150為對稱中心，所述第二光學對稱層160的等效折射率n1 為所述第二光學對稱層160與其所在的周邊環境（如空氣、真空或其他介質等等）通過色散方程求解得到的折射率。同理，所述基底100、複合半導體層200以及第一光學對稱層140的等效折射率也為通過色散方程求解得到的折射率。設第二光學對稱層160的等效折射率為第一折射率n1 ，基底100、複合半導體層200以及第一光學對稱層140的等效折射率為第二折射率n2 ，則兩者的差值Δn滿足：0≦Δn≦0.5，其中Δn=|n1 -n2 |。優選的，0≦Δn≦0.3。所述差值Δn越小，則所述半導體結構10的出光率越高。
所述第二光學對稱層160的厚度可根據其折射率的不同進行選擇。具體的，當所述第二光學對稱層160的材料為高折射率的材料時，所述第二光學對稱層160的厚度可為0.5奈米～9奈米。所述“高折射率”為所述第二光學對稱層160的折射率大於所述複合半導體層200的折射率，優選的，所述第二光學對稱層160的折射率與複合半導體層200的折射率的差值大於0.7小於6.0，優選的，第二光學對稱層160的折射率與複合半導體層200的等效折射率的差值大於0.8小於5.0；優選的，第二光學對稱層160的折射率與複合半導體層200的等效折射率的差值大於0.9小於4.0；優選的，第二光學對稱層160的折射率與複合半導體層200的等效折射率的差值大於1.0小於3.0。進一步的，所述第二光學對稱層160的折射率越大時，其厚度可越小，使得所述半導體結構10具有較高的出光率。
當所述第二光學對稱層160的折射率為低折射率的材料時，即所述第二光學對稱層160的折射率小於複合半導體層200的折射率，所述第二半導體層130的折射率可為1.2～2.5，優選的所述第二光學對稱層160的折射率為1.8～2.0，此時可更加方便的對所述第二光學對稱層160的厚度進行控制。所述第二光學對稱層160的厚度為50奈米～5微米，優選的，所述第二光學對稱層的厚度為50奈米～300奈米。所述第二光學對稱層160的折射率越小，則所述第二光學對稱層160的厚度越大，從而可提高所述半導體結構10的光子的出光效率。相應的，當所述第二光學對稱層160的厚度較小，如為1奈米、3奈米、6奈米時，可通過選擇高折射率的材料作為第二光學對稱層160，形成所述準對稱結構的半導體結構10；當所述第二光學對稱層160的厚度較大，如為50奈米、200奈米時，可選擇低折射率的材料作為第二光學對稱層160，形成所述準對稱結構的半導體結構10。無論哪種情況下，所述金屬電漿產生層150兩側所述各層的等效折射率相近，從而可提高光子的出光效率。
進一步的，所述半導體結構10可進一步包括一緩衝層（圖未示）設置於所述基底100與第一半導體層110之間，所述緩衝層可減少第一半導體層110與基底100之間的應力，並減少第一半導體層110形成過程中的晶格缺陷，提高所述半導體結構10的品質。
所述半導體結構10具備以下有益效果：第一，由活性層120產生的近場倏逝波到達金屬電漿產生層150後，在金屬電漿產生層150的作用下轉化為金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播並經由第二光學對稱層160出射成為出射光，如此，可使活性層120中的近場倏逝波出射，並耦合成為可見光；第二，金屬電漿產生層150在光子的作用下產生金屬電漿傳播到達活性層120之後，與活性層120中的量子阱相互作用，使活性層120鐳射出更多的二次光子，活性層120中產生的二次光子到達金屬電漿產生層150，使金屬電漿產生層150產生出更多的金屬電漿，如此反復，在金屬電漿產生層150及活性層120的相互作用下，活性層120可產生出更多的光子，使半導體結構10的發光效率較高；第三，通過選用低折射率材料作為第一光學對稱層140，可使金屬電漿的等效折射率的實部及虛部同時減少，從而使金屬電漿的熱損耗減少，並且傳播的路程更遠，進而提高半導體結構10的出光率；以及第四，通過設置第二光學對稱層160，所述半導體結構10以金屬電漿產生層150為對稱中心，位於金屬電漿產生層150兩側對稱位置的元件的折射率相近，故活性層120中產生的光由第二光學對稱層160及基底100兩個出光面均勻地出射，即兩個出光面的光強相近，所述半導體結構10的出光均勻。
請參閱圖2，本發明第二實施例提供一種半導體結構20，其包括依次層疊設置的一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150及一第二光學對稱層160。所述第一半導體層110、活性層120以及第二半導體層130形成一複合半導體層200。
本發明第二實施例提供的半導體結構20的結構與第一實施例中所述的半導體結構10基本相同，其不同在於，所述半導體結構20不包括基底100。所述第二光學對稱層160的等效折射率，與第一光學對稱層140、複合半導體層200複合層的等效折射率相近。具體的，兩者之間的差值大於等於0小於等於0.5，優選的，其差值大於等於零，小於等於0.3。所述差值越小，則所述半導體結構20的出光率越高。由於所述半導體結構20不包括基底100，因此所述半導體結構20具有更好的散熱能力，從而有效的降低半導體結構20的溫度，提高其出光效率。
請參閱圖3，本發明第三實施例提供一種半導體結構30，其包括依次層疊設置的一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150、一第二光學對稱層160。所述第一半導體層110、活性層120以及第二半導體層130形成一複合半導體層200。所述第二半導體層130遠離活性層120的表面具有複數三維奈米結構133。
本發明第三實施例提供的半導體結構30的結構與第二實施例提供的半導體結構20基本相同，其不同在於，所述半導體結構30中，所述第二半導體層130遠離活性層的表面進一步包括複數三維奈米結構133。
所述設置於第二半導體層130表面的複數三維奈米結構133並排延伸形成圖案化的表面，每一三維奈米結構133沿其延伸方向上的橫截面為M形。請一併參閱圖4，為了便於描述，將該第二半導體層130區分為一本體部份130a及一由該本體部份130a向遠離該本體部份130a方向延伸的一凸起部份130b，所述本體部份130a與該凸起部份130b通過一“介面”整體分開，所述介面形成所述本體部份130a的表面。可理解，所述“介面”為為方便描述而假設的平面，該平面可平行於所述第二半導體層130的靠近活性層120的表面。所述三維奈米結構133為一凸起結構，所述凸起結構為從所述第二半導體層130的本體部份130a向遠離所述本體部份130a的方向突出的凸起實體。所述三維奈米結構133與所述第二半導體層130的本體部份130a為一體成型結構，即所述三維奈米結構133與所述第二半導體層130的本體部份130a之間無間隔的形成一體結構。在平行於所述活性層120表面的水平面內，所述複數三維奈米結構133的延伸方向相同，且在所述三維奈米結構133的延伸的方向上，所述三維奈米結構133的橫截面為一M形。換個角度說，所述複數三維奈米結構133為形成於本體部份130a上的複數條形凸起結構，該複數條形凸起結構向同一方向延伸，在沿所述延伸方向的橫截面為M形。
所述複數三維奈米結構133可在第二半導體層130的本體部份130a上以直線、折線或曲線的形式並排延伸，延伸方向平行於所述本體部份130a的表面。所述“並排”係指所述相鄰的兩個三維奈米結構133在延伸方向的任一相對位置具有相同的間距，該間距範圍為0奈米至200奈米。請一併參閱圖5及圖6，在本實施例中，所述三維奈米結構133為一條形凸起結構，所述複數三維奈米結構133在第二半導體層130的本體部份130a上以陣列形式分佈，形成所述第二半導體層130的遠離基底100的表面，該表面具有一奈米圖形，為一圖案化的表面。所述複數條形凸起結構基本沿同一方向延伸且彼此平行設置於所述本體部份130a。定義該複數條形凸起結構的延伸方向為X方向，垂直於所述凸起結構的延伸方向為Y方向。則在X方向上，所述條形凸起結構的兩端分別延伸至所述第二半導體層130的本體部份130a相對的兩邊緣，具體的，所述複數條形凸起可在第二半導體層130的本體部份130a以直線、折線或曲線的形式沿X方向延伸；在Y方向上，所述三維奈米結構133為一雙峰凸棱結構，所述複數條形凸起並排排列，且所述條形凸起的橫截面的形狀為M形，即所述三維奈米結構133為一M形三維奈米結構。所述三維奈米結構133包括一第一凸棱1332及一第二凸棱1334，所述第一凸棱1332與第二凸棱1334並排延伸，相鄰的第一凸棱1332與第二凸棱1334之間具有一第一凹槽1336，相鄰的三維奈米結構133之間形成第二凹槽1338，所述第一凹槽1336的深度小於第二凹槽1338的深度。所述第一凸棱1332及第二凸棱1334的橫截面分別為錐形，所述第一凸棱1332與第二凸棱1334形成一雙峰凸棱結構。所述第一凸棱1332與第二凸棱1334的高度可為150奈米至200奈米。所述第一凹槽1336的深度可為30奈米至120奈米，所述第二凹槽1338的深度可為100奈米至200奈米。本實施例中，所述第一凹槽1336的深度為80奈米，所述第二凹槽1338的深度為180奈米。
所述第二光學對稱層160、金屬電漿產生層150以及第一光學對稱層140覆蓋所述圖案化的表面，具體的，所述第一光學對稱層140整體覆蓋所述三維奈米結構133，並且所述第一光學對稱層140的起伏趨勢與所述三維奈米結構133的起伏趨勢相同。由於所述第二半導體層130的表面具有複數三維奈米結構133，則所述第一光學對稱層140與所述第二半導體層130接觸的表面也形成一圖案化的表面。具體的，所述第一光學對稱層140與所述第二半導體層130接觸的表面具有複數三維奈米結構，所述三維奈米結構為向第一光學對稱層140內部延伸形成的凹進空間，並且該凹進空間與第二半導體層130中所述凸起實體的三維奈米結構133相嚙合，進而形成一W形的凹進空間。所述“嚙合”係指，所述第一光學對稱層140表面形成的三維奈米結構同樣包括複數凹槽及凸棱，並且，所述凹槽與所述三維奈米結構133中的第一凸棱1332及第二凸棱1334相配合；所述凸棱與所述三維奈米結構133中的第一凹槽1336及第二凹槽1338相配合，從而所述第一光學對稱層140與所述第二半導體層130具有三維奈米結構133的表面無間隙的複合。同樣，所述第二光學對稱層160以及金屬電漿產生層150的起伏趨勢依次與所述三維奈米結構133的起伏趨勢相同。從而，所述第二光學對稱層160、金屬電漿產生層150以及第一光學對稱層140依次為與所述三維奈米結構133起伏趨勢相同的層狀結構。
進一步的，當所述第二光學對稱層160的厚度較大時，所述第二光學對稱層160遠離金屬電漿產生層150的表面也可形成一平面。
本發明第三實施例提供的半導體結構30的有益效果為：第一，在使用過程中，當光子以大角度光入射到該三維奈米結構時，可改變所述光子的出射角度，而使之從出光面射出，進一步提高了所述半導體結構30的出光效率；第二，所述三維奈米結構使得金屬電漿產生層150也形成三維奈米結構，該金屬電漿產生層150表面的原有的隨機的粗糙被放大為規則的起伏，使得金屬電漿產生層150表面產生更多的散射，從而使得金屬電漿產生層150中產生的金屬電漿可更容易地從金屬電漿產生層150中釋放出來，從而提高了所述半導體結構10的發光效率。
進一步的，可在所述第一半導體層110與活性層120接觸的表面也可形成複數三維奈米結構（圖未示），從而增大第一半導體層110與活性層120之間的接觸面積，提高空穴與電子的複合幾率。同時，在活性層120遠離第一半導體層110的表面，亦可同時形成複數三維奈米結構（圖未示），進而也增加第二半導體層130與活性層120的接觸面積。通過在所述活性層120至少一表面形成複數三維奈米結構，因此增大了所述活性層120與第一半導體層110及第二半導體層130之間的接觸面積，提高了空穴與電子的複合幾率，提高了複合密度，進而提高了所述半導體結構30的發光效率，製備方法簡單，效率高。
如圖7所示，本發明第四實施例提供一種半導體結構40，其包括一基底100、一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150及一第二光學對稱層160。所述半導體結構40的結構與所述半導體結構30基本相同，其不同在於，所述半導體結構40可進一步包括一基底100，所述一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150及一第二光學對稱層160依次層疊設置於所述基底100表面。進一步的，所述基底100遠離第一半導體層110的表面可進一步包括複數三維奈米結構(圖未示)，從而提高所述半導體結構40從基底100表面的出光率。
如圖8所示，本發明第五實施例提供一種發光二極體(LED)50，其包括一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150、一第二光學對稱層160、一第一電極112以及一第二電極132。所述第一電極112覆蓋所述第一半導體層110遠離活性層120的表面，並與所述第一半導體層110電連接。所述第二電極132與所述第二半導體層130電連接。第一半導體層110、活性層120、第二半導體層130構成發光二極體50的複合半導體層200。所述第二光學對稱層160的折射率，與第一半導體層110、活性層120、第二半導體層130、第一光學對稱層140的等效折射率相近。
本發明第五實施例提供的發光二極體50的結構與第二實施例提供的半導體結構20基本相同，其不同在於，所述發光二極體50進一步包括一第一電極112及第二電極132。
所述第一電極112可為N型電極或P型電極，其與第一半導體層110的類型相同。所述第二電極132設置於第二半導體層130的表面。該第二電極132可為N型電極或P型電極，其與第二半導體層130的類型相同。所述第一電極112或第二電極132至少為一層結構，它們的厚度為0.01微米至2微米。所述第一電極112覆蓋所述第一半導體層110遠離活性層的表面，從而使所述發光二極體50中的電流基本沿垂直於所述複合半導體層200表面的方向傳播，即所述發光二極體50形成一垂直結構的發光二極體。所述第一電極112、第二電極132的材料包括鈦、鋁、鎳及其合金中的一種或其任意組合。本實施例中，所述第二電極132為P型電極，該第二電極132為兩層結構，包括一厚度為150埃的鈦層及一厚度為2000埃的金層。所述第一電極112為N型電極，該第一電極112為兩層結構，包括一厚度為150埃的鎳層及一厚度為1000埃的金層。
所述第二半導體層130遠離活性層120的表面根據功能分為第一區域及第二區域，所述第一光學對稱層140、金屬電漿產生層150以及第二光學對稱層160依次層疊設置於所述第一區域；所述第二電極132設置於未被第一光學對稱層140等覆蓋的第二區域，從而與所述第二半導體層130電連接。
進一步的，所述發光二極體50可進一步包括一反射層（圖未示），所述反射層可設置於所述第一半導體層110遠離活性層120的表面，所述反射層可將入射到該表面的光子進行反射，使之從相對的發光二極體50的表面出射。
本發明第五實施例提供的發光二極體50的有益效果為: 第一，所述發光二極體50在使用過程中，通過第一電極112及第二電極132分別給第一半導體層110及第二半導體層130施加電壓，進而活性層120產生光子，由活性層120產生的近場倏逝波到達金屬電漿產生層150後，在金屬電漿產生層150的作用下轉化為金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播並經由第二光學對稱層160出射並耦合成出射光，如此，可提高發光二極體50的出光率；第二，金屬電漿產生層150在光子的作用下產生金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播，當金屬電漿傳播到達活性層120之後，與活性層120中的量子阱相互作用，使活性層120鐳射出更多的二次光子。同時，活性層120中產生的二次光子再次到達金屬電漿產生層150，使金屬電漿產生層150產生出更多的金屬電漿。如此，在金屬電漿產生層150及活性層120的相互作用下，活性層120可產生出更多的光子，使發光二極體50的發光效率較高；第三，由於所述發光二極體50以金屬電漿產生層150為對稱中心，金屬電漿產生層150兩側的位於對稱位置的兩元件的折射率或等效折射率基本相近，故，所述發光二極體50在使用過程中活性層120中產生的光由第二光學對稱層160及基底100兩個出光面均勻地出射。
請參閱圖9，本發明第六實施例提供一種發光二極體60，其包括一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一光學對稱層140、一金屬電漿產生層150、一第二光學對稱層160、一第一電極112以及一第二電極132。所述第一電極112覆蓋所述第一半導體層110遠離活性層120的表面，並與所述第一半導體層110電連接。所述第二電極132與所述第二半導體層130電連接。第一半導體層110、活性層120、第二半導體層130構成發光二極體50的複合半導體層200。所述第二半導體層130遠離活性層120的表面具有複數三維奈米結構133。
本發明第六實施例提供的發光二極體60的結構與所述發光二極體50的結構基本相同，其不同在於，所述發光二極體60中，第二半導體層130遠離活性層120的表面進一步包括複數三維奈米結構133。所述三維奈米結構133與第三實施例中所述半導體結構30中的三維奈米結構相同。進一步的，所述第一光學對稱層140、金屬電漿產生層150以及第二光學對稱層160依次層疊設置於所述三維奈米結構133的表面，並且與所述三維奈米結構133的起伏趨勢相同。如圖10所示，本實施例中通過在第二半導體層130表面設置三維奈米結構133，從而使得所述設置在三維奈米結構133表面的第一光學對稱層140以及金屬電漿產生層150形成複數三維奈米結構，進而使所述金屬電漿產生層150中的產生的電漿更多的被散射出來，大大提高了發光二極體60的出光效率。可理解，當第一光學對稱層140的厚度較大時，所述第一光學對稱層140遠離第二半導體層130的表面也可為一平面。
進一步的，所述三維奈米結構也可設置於所述第一半導體層110以及活性層120遠離第一電極112的表面中的至少一表面，即所述三維奈米結構也可設置於所述第一半導體層110遠離第一電極112的表面或活性層120遠離第一電極112的表面，也可同時設置於所述第一半導體層110以及活性層120遠離第一電極112的表面。由於所述三維奈米結構的存在，增加了活性層120與第一半導體層110或第二半導體層130之間的接觸面積，從而增加了電子及空穴的複合密度，提高了產生光子的數量。
請參閱圖11，本發明第七實施例提供一種發光二極體50的製備方法，其包括以下步驟：
步驟S110：提供一基底100，該基底100具有一外延生長面101；
步驟S120：在基底100的外延生長面101依次外延生長一第一半導體層110、一活性層120以及一第二半導體層130；
步驟S130：在所述第二半導體層130遠離基底100的表面形成一第一光學對稱層140；
步驟S140：在所述第一光學對稱層140遠離基底100的表面形成一金屬電漿產生層150；
步驟S150：在所述金屬電漿產生層150遠離基底100的表面形成一第二光學對稱層160，該第二光學對稱層160形成的等效折射率，與第一光學對稱層140、第一半導體層110、活性層120以及一第二半導體層130的等效折射率相近；
步驟S160：去除所述基底100，暴露出所述第一半導體層110遠離活性層120的表面；以及
步驟S170：製備一第一電極112覆蓋所述第一半導體層110暴露的表面，製備一第二電極132與第二半導體層130電連接。
在步驟S110中，所述基底100的材料及厚度與第一實施例中的基底100的材料及厚度一致。
在步驟S120中，所述第一半導體層110、活性層120以及第二半導體層130的生長方法可分別通過分子束外延法（MBE）、化學束外延法（CBE）、減壓外延法、低溫外延法、選擇外延法、液相沈積外延法（LPE）、金屬有機氣相外延法（MOVPE）、超真空化學氣相沈積法（UHVCVD）、氫化物氣相外延法(HVPE)、以及金屬有機化學氣相沈積法（MOCVD）等中的一種或複數種實現。本實施例採用MOCVD工藝製備所述第一半導體層110、活性層120以及第二半導體層130。
所述製備第一半導體層110的過程中，採用高純氨氣(NH3 )作為氮的源氣，採用氫氣(H2 )作載氣，採用三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)作為Ga源，採用矽烷(SiH4 )作為Si源在反應室中生長一N型氮化鎵層作為第一半導體層110。進一步，在製備第一半導體層110之前可包括一製備緩衝層的步驟。所述製備緩衝層的過程中，以氨氣(NH3 )作為氮的源氣，採用氫氣(H2 )作載氣，採用三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)作為Ga源在一反應室中低溫生長GaN層，該低溫GaN層作為緩衝層。
所述活性層120的生長方法與第一半導體層110基本相同。在生長完第一半導體層110之後，緊接著生長所述活性層120。具體的，生長所述活性層120時採用三甲基銦作為銦源。
在生長完活性層120之後，採用二茂鎂作(Cp2 Mg)為鎂源生長第二半導體層130。通過控制生長第二半導體層130的時間，使第二半導體層130的厚度為5奈米至60奈米。
本實施例中，所述第二半導體層130的厚度為10奈米，所述活性層120的厚度為10奈米，所述第一半導體層110的厚度為1460奈米。
可選擇地，第二半導體層130的製備方法還可為先通過MOCVD製備較厚的第二半導體層130，之後通過蝕刻或研磨的方法蝕刻所述第二半導體層130，使第二半導體層130的厚度為5奈米至60奈米。
在步驟S130中，所述第一光學對稱層140的製備方法依據所述第一光學對稱層140的材料而定，具體地可為濺射或蒸鍍。所述第一光學對稱層140的材料的折射率的範圍為1.2至1.8。所述第一光學對稱層140的材料可為但不限於二氧化矽、氟化鎂（MgF2 ）或氟化鋰（LiF）。通過控制製備條件，所述第一光學對稱層140的厚度介於5奈米至40奈米。本實施例中，所述第一光學對稱層140的材料為二氧化矽，其折射率為2.55，製備方法為蒸鍍，厚度為20奈米。
進一步的，在製備的過程中，將所述第二半導體層130遠離基底100的表面包括一第一區域及一第二區域，使用光刻膠做掩膜使所述第一光學對稱層140僅形成於第二半導體層130的第一區域。所述第二半導體層130的第二區域暴露，以利於後續將第二電極132直接形成於第二半導體層130的暴露的第二區域。
在步驟S140中，所述金屬電漿產生層150的製備方法依據所述金屬電漿產生層150的材料而定。具體地，所述金屬電漿產生層150的製備方法可為物理氣相沈積法，例如蒸鍍、濺射等工藝。本實施例中通過蒸鍍的方法形成一層銀膜做為金屬電漿產生層150，該銀膜的厚度為10奈米。
在步驟S150中，所述第二光學對稱層160的製備方法依據所述第二光學對稱層160的材料而定，具體地可為濺射或蒸鍍。本實施例中，所述第二光學對稱層160的材料為Si，所述第二光學對稱層160通過蒸鍍的方法形成，厚度為1奈米。
在步驟S160中，所述基底100的去除方法可為鐳射照射法、腐蝕法或溫差自剝離法（利用基底與半導體層之間的膨脹係數不同進行剝離）。所述去除方法可根據基底100以及第一半導體層110材料的不同進行選擇。本實施例中，所述基底100的去除方法為鐳射照射法。具體的，所述去除方法包括以下步驟：
S161，將所述基底100中未生長第一半導體層110的表面進行拋光並清洗；
S162，將經過表面清洗的基底100放置於一平臺（圖未示）上，並利用鐳射對所述基底100與第一半導體層110進行掃描照射；
S163，將經鐳射照射後的基底100浸入溶液中去除所述基底100。
在步驟S161中，所述拋光方法可為機械拋光法或化學拋光法，使所述基底100的表面平整光滑，以減少後續鐳射照射中鐳射的散射。所述清洗可用鹽酸、硫酸等沖洗所述基底100的表面，從而去除表面的金屬雜質以及油污等。
在步驟S162中，所述鐳射從基底100拋光後的表面入射，且入射方向基本垂直於所述基底100拋光後的表面，即基本垂直於所述基底100與第一半導體層110的介面。所述鐳射的波長不限，可根據第一半導體層110以及基底100的材料選擇。具體的，所述鐳射的能量小於基底100的帶隙能量，而大於第一半導體層110的帶隙能量，從而鐳射能夠穿過基底100到達第一半導體層110，在第一半導體層110與基底100的介面處進行鐳射剝離。所述介面處第一半導體層110的緩衝層對鐳射產生強烈的吸收，從而使得介面處的緩衝層溫度快速升高而分解。本實施例中所述第一半導體層110為GaN，其帶隙能量為3.3ev；基底100為藍寶石，其帶隙能量為9.9ev；所述雷射器為KrF雷射器，發出的鐳射波長為248nm，其能量為5ev，脈衝寬度為20～40ns，能量密度為400～600mJ/cm2 ，光斑形狀為方形，其聚焦尺寸為0.5mm×0.5mm；掃描位置從所述基底100的邊緣位置開始，掃描步長為0.5mm/s。在掃描的過程中，所述GaN開始分解為Ga及N2 。可理解，所述脈衝寬度、能量密度、光斑形狀、聚焦尺寸以及掃描步長可根據實際需求進行調整；可根據第一半導體層110對特定波長的鐳射具有較強的吸收作用選擇相應波長的鐳射。
由於所述第一半導體層110與基底100介面處對上述波長的鐳射具有很強的吸收作用，因此，所述緩衝層的溫度快速升高而分解；而所述第一半導體層110中其他部份對上述波長的鐳射吸收較弱，因此所述第一半導體層110並不會被所述鐳射所破壞。可理解，對於不同的第一半導體層110可選擇不同波長的鐳射，使緩衝層對鐳射具有很強的吸收作用。
所述鐳射照射的過程在一真空環境或保護性氣體環境進行以防止在鐳射照射的過程中奈米碳管被氧化而破壞。所述保護性氣體可為氮氣、氦氣或氬氣等惰性氣體。
在步驟S163中，可將鐳射照射後的基底100浸入一酸性溶液中進行酸化處理，以去除GaN分解後的Ga，從而實現基底100與第一半導體層110的剝離。所述溶液可為鹽酸、硫酸、硝酸等可溶解Ga的溶劑。
在步驟S170中，所述第一電極112及所述第二電極132可分別通過電子束蒸發法、真空蒸鍍法及離子濺射法等方法中的一種製備。進一步的，可將一導電基板通過導電膠等方式貼附於所述第一半導體層110遠離活性層的表面形成所述第一電極112。
本發明第七實施例提供的發光二極體50的製備方法具有以下優點：第一，通過調整製備參數，使金屬電漿產生層150與活性層120更好的相互作用，產生更多的光子，提高發光二極體50的發光效率；第二，通過在金屬電漿產生層150上製備一第二光學對稱層160形成一準對稱結構的發光二極體50，使活性層120中產生的光子以金屬電漿產生層150為對稱中心，向金屬電漿產生層150的靠近基底100的一側及遠離基底100的一側均傳播較好，使發光二極體50的出光均勻，且發光效率提高。
請一併參閱圖12，本發明第八實施例提供一種發光二極體60的製備方法，主要包括以下步驟：
步驟S110：提供一基底100，該基底100具有一外延生長面101；
步驟S120：在基底100的外延生長面101依次外延生長一第一半導體層110、一活性層120以及一第二半導體層130；
步驟S130：在所述第二半導體層130遠離活性層120的表面形成複數三維奈米結構133；
步驟S140：在所述三維奈米結構133的表面形成一第一光學對稱層140；
步驟S150：在所述第一光學對稱層140遠離基底100的表面形成一金屬電漿產生層150；
步驟S160：在所述金屬電漿產生層150遠離基底100的表面形成一第二光學對稱層160，該第二光學對稱層160形成的等效折射率，與第一光學對稱層140、第一半導體層110、活性層120以及一第二半導體層130的等效折射率相近；
步驟S170：去除所述基底100，暴露出所述第一半導體層110遠離活性層120的表面；以及
步驟S180：製備一第一電極112覆蓋所述第一半導體層110暴露的表面，製備一第二電極132與第二半導體層130電連接。
本發明第八實施例提供的發光二極體60的製備方法與所述發光二極體50的製備方法基本相同，其不同在於，進一步包括一在所述第二半導體層130表面形成複數三維奈米結構133的步驟。
具體的，在步驟S130中，所述三維奈米結構133的製備方法包括以下步驟：
步驟S131，在所述第二半導體層130的表面設置一掩膜層（圖未示）；
步驟S132，奈米壓印並蝕刻所述掩膜層，使所述掩膜層圖形化；
步驟S133，蝕刻所述第二半導體層130，使所述第二半導體層130的表面圖形化，形成複數三維奈米結構預製體；
步驟S134，去除所述掩膜層，形成所述複數三維奈米結構。
在步驟S131中，所述掩膜層可為一單層結構或複合層結構。本實施例中，所述掩膜層為一複合層結構，所述複合層結構包括一第一掩膜層及一第二掩膜層，所述第一掩膜層及第二掩膜層依次層疊設置於所述第二半導體層130表面，所述第一掩膜層的材料為ZEP520A，第二掩膜層的材料為HSQ（hydrogen silsesquioxane）。
在步驟S132中，通過奈米壓印及蝕刻所述掩膜層圖形化的方法具體包括以下步驟：
步驟（a），提供一表面具有奈米圖形的範本，所述奈米圖形包括複數並排延伸的凸部，相鄰的凸部之間具有一凹槽。
步驟（b），將範本具有奈米圖形的表面與所述第二掩膜層貼合，並在常溫下擠壓所述範本與第二半導體層130後，脫模。
步驟（c），通過蝕刻去除所述凹槽底部的第二掩膜層，露出第一掩膜層。
步驟（d），去除與所述第二掩膜層的凹槽對應位置處的部份第一掩膜層，露出第二半導體層130，形成圖形化的所述掩膜層。所述“圖形化”係指所述掩膜層在第二半導體層130的表面形成複數並排延伸的凸起結構，相鄰的凸起結構之間形成一溝槽，與溝槽對應區域的第二半導體層130的表面暴露出來，所述凸起結構覆蓋此區域之外第二半導體層130的表面。
在步驟S133中，蝕刻所述第二半導體層130，使所述第二半導體層130的表面圖形化，並形成複數三維奈米結構預製體。
所述蝕刻方法可通過將上述第二半導體層130放置在一感應耦合電漿系統中，利用蝕刻氣體對所第二半導體層130進行蝕刻。本實施例中，所述蝕刻氣體為混合氣體，所述混合氣體包括Cl2 、BCl3 、O2 及Ar氣體。所述電漿系統的功率可10瓦至150瓦，所述混合氣體的通入速率可為8至150sccm，形成的氣壓可為0.5帕至15帕，蝕刻時間可為5秒至5分鐘。本實施例中，所述等離子系統的功率為70W，所述電漿的通入速率為40sccm，氣壓為2Pa，蝕刻時間為120秒，其中，所述Cl2 的通入速率為26sccm，所述BCl3 的通入速率為16sccm，所述O2 的通入速率為20sccm，所述Ar的通入速率為10sccm。在蝕刻的過程中，與掩膜層中溝槽部份第二半導體層130被氣體所蝕刻去除，從而在第二半導體層130的表面形成一凹槽。
本實施例中，所述第二半導體層130的蝕刻主要包括以下步驟：
（a），所述蝕刻氣體對未被掩膜層覆蓋的第二半導體層130表面進行蝕刻，在第二半導體層130表面形成複數凹槽，所述凹槽的深度基本相同。
（b），在所述電漿的轟擊作用下，所述掩膜層中相鄰的兩個凸起結構逐漸相向傾倒，使所述兩個凸起結構的頂端逐漸兩兩靠在一起而閉合，所述電漿對該閉合位置內所述第二半導體層130的蝕刻速率逐漸減小，從而在第二半導體層130表面形成所述第一凹槽1336，在未發生閉合的兩個凸起結構之間，形成第二凹槽1338，且形成的所述第二凹槽1338的深度大於所述第一凹槽1336的深度。
在步驟（a）中，所述蝕刻氣體對未被掩膜層覆蓋的第二半導體層130表面進行蝕刻，在蝕刻的過程中，所述氣體會與第二半導體層130反應，從而在蝕刻表面形成一保護層，阻礙氣體的進一步蝕刻，使得蝕刻面逐漸減小，即形成所述凹槽的寬度沿蝕刻方向逐漸減小。同時，所述蝕刻氣體對所述掩膜層中所述凸起結構的頂端（即遠離第二半導體層130表面的一端）進行蝕刻。並且，由於所述掩膜層遠離第二半導體層130表面的部份側面被蝕刻，從而使得所述凸起結構頂端的寬度逐漸變窄。
在步驟（b）中，主要包括以下幾個過程：
第一過程，在氣體蝕刻的過程中，由於所述氣體的轟擊作用下，相鄰的凸起結構之間依次兩兩閉合，即相鄰的兩個凸起結構的頂端逐漸兩兩靠在一起。
第二過程，由於相鄰的兩個凸起結構逐漸閉合，所述蝕刻氣體對該閉合位置內所述第二半導體層130的蝕刻速率逐漸減小，即在該位置處形成凹槽的寬度沿蝕刻深度進一步減小，進而形成一V形結構的凹槽，且該V形凹槽的深度較淺。而未閉合的凸起結構之間，由於所述蝕刻氣體可繼續以近似相同的蝕刻速率對該位置處的第二半導體層130進行蝕刻，因此該位置處相對於閉合位置處形成的凹槽的深度較深。
第三過程，所述凸起結構兩兩閉合後，使所述蝕刻氣體無法再對該閉合位置處的第二半導體層130進行蝕刻，從而在第二半導體層130的表面形成所述第一凹槽1336。同時，在未發生閉合的兩個凸起結構之間，所述蝕刻氣體可繼續對所述第二半導體層130進行蝕刻，進而形成第二凹槽1338，因此該位置處第二凹槽1338的深度，大於所述第一凹槽1336的深度，從而形成所述三維奈米結構預製體。
在步驟S634中，所述掩膜層可通過有機溶劑如四氫呋喃（THF）、丙酮、丁酮、環己烷、正己烷、甲醇或無水乙醇等無毒或低毒環保容劑作為剝離劑，溶解所述掩膜層等方法去除，從而形成所述複數三維奈米結構。本實施例中，所述有機溶劑為丁酮。
可理解地，所述三維奈米結構還可形成於第一半導體層110與活性層120接觸的表面或者活性層120遠離第一半導體層110的表面。同樣，所述三維奈米結構也可形成於所述第一半導體層110遠離活性層120的表面，從而增加所述發光二極體60中光子從第一半導體層110出射的幾率。
本發明第八實施例提供的發光二極體60的有益效果為：第一，在使用過程中，當光子以大角度入射到該三維奈米結構時，可改變所述光子的出射角度，而使之從出光面射出，進一步提高了所述發光二極體60的出光效率；第二，通過在所述活性層120至少一表面形成複數三維奈米結構，因此增大了所述活性層120與第一半導體層110及第二半導體層130之間的接觸面積，提高了空穴與電子的複合幾率，提高了複合密度，進而提高了所述發光二極體50的發光效率，製備方法簡單，效率高。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10，20，30，40．．．半導體結構
50，60．．．發光二極體
100．．．基底
101．．．外延生長面
110．．．第一半導體層
112．．．第一電極
120．．．活性層
130．．．第二半導體層
130a．．．本體部份
130b．．．凸起部份
133．．．三維奈米結構
132．．．第二電極
140．．．第一光學對稱層
150．．．金屬電漿產生層
160．．．第二光學對稱層
1332．．．第一凸棱
1334．．．第二凸棱
1336．．．第一凹槽
1338．．．第二凹槽
200．．．複合半導體層
圖1為本發明第一實施例提供的半導體結構的結構示意圖。
圖2為本發明第二實施例提供的半導體結構的結構示意圖。
圖3為本發明第三實施例提供的半導體結構的結構示意圖。
圖4為圖3所示的半導體結構中三維奈米結構陣列的結構示意圖。
圖5為圖3所示的半導體結構中三維奈米結構陣列的掃描電鏡照片。
圖6為圖4所示三維奈米結構陣列沿VI-VI線的剖面圖。
圖7為本發明第四實施例提供的半導體結構的結構示意圖。
圖8為本發明第五實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖9為本發明第六實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖10為本發明第六實施例提供的發光二極體與背景技術中發光二極體的光激發效率的對比示意圖。
圖11為本發明第七實施例提供的發光二極體的製備方法的工藝流程圖。
圖12為本發明第八實施例提供的發光二極體的製備方法的工藝流程圖。
50．．．發光二極體
110．．．第一半導體層
112．．．第一電極
120．．．活性層
130．．．第二半導體層
132．．．第二電極
140．．．第一光學對稱層
150．．．金屬電漿產生層
160．．．第二光學對稱層
200．．．複合半導體層

Claims (21)

  1. 一種發光二極體，其包括：
    一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置；
    一第一電極覆蓋所述第一半導體層遠離活性層的表面；
    一第二電極與所述第二半導體層電連接；
    其改良在於，所述發光二極體進一步包括：
    一第一光學對稱層設置於第二半導體層遠離活性層的表面；
    一金屬電漿產生層設置於所述第一光學對稱層遠離活性層的表面；一第二光學對稱層設置於所述金屬電漿產生層遠離活性層的表面;所述第二光學對稱層的等效折射率n1 ，與第一半導體層、一活性層、一第二半導體層以及第二光學對稱層的等效折射率n2 的差值Δn大於等於0小於等於0.5，其中Δn=|n1 -n2 |。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述金屬電漿產生層的折射率為一複數，且該複數的虛部大於零或者小於零，且金屬電漿產生層的材料的介質常數為一複數，且該複數的實部為一負數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述金屬電漿產生層的材料為金屬。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述金屬電漿產生層的材料為金屬陶瓷，所述金屬陶瓷層為金屬材料及電介質材料構成的複合材料層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷的成分包括二氧化矽及銀。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層的折射率小於所述第一半導體層、活性層以及第二半導體層形成的複合半導體層的折射率。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層的材料為二氧化矽、氟化鎂或氟化鋰。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層的厚度為5奈米至40奈米。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層的折射率的值的範圍為1.2至1.8。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述第二光學對稱層的材料為矽、二氧化鈦、氧化鉿、氧化鋯或者聚醯亞胺。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述第二光學對稱層的折射率大於所述第一半導體層、活性層以及第二半導體層形成的複合半導體層的折射率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體，其中，所述第二光學對稱層的折射率的值的範圍為2.5至3.4。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體，其中，所述第二光學對稱層的厚度為1奈米至9奈米。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述第二光學對稱層的折射率小於所述第一半導體層、活性層以及第二半導體層形成的複合半導體層的折射率。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的發光二極體，其中，所述第二光學對稱層的厚度為50奈米至300奈米。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述發光二極體進一步包括多個三維奈米結構設置於第二半導體層遠離活性層的表面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的發光二極體，其中，所述多個三維奈米結構並排延伸，每一三維奈米結構沿其延伸方向上的橫截面為M形，每一三維奈米結構包括一第一凸棱及一第二凸棱，所述第一凸棱與第二凸棱並排延伸，相鄰的第一凸棱與第二凸棱之間具有一第一凹槽，相鄰的三維奈米結構之間形成第二凹槽，所述第一凹槽的深度小於第二凹槽的深度。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層、金屬電漿產生層以及第二光學對稱層依次層疊設置於所述多個三維奈米結構的表面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層、金屬電漿產生層以及第二光學對稱層與所述多個三維奈米結構的起伏趨勢相同。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的發光二極體，其中，所述第一光學對稱層遠離第二半導體層的表面為一平面，所述金屬電漿產生層以及第二光學對稱層依次層疊設置於所述平面。
  21. 如申請專利範圍第16項所述的發光二極體，其中，進一步包括一三維奈米結構設置於所述第一半導體層遠離第一電極的表面以及活性層遠離第一電極的表面中的至少一表面。
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