发光二极管的制作方法

本发明涉及一种发光二极管。

背景技术

在过去几十年中，可见光波段的发光二极管技术(led)得到了很大的发展。led已经用于交通灯、仪表指示灯、背投光源及通讯光源等场合，但由于led的亮度有限，仍不能大规模应用于一般的室内照明。为了得到新一代高亮度的led照明光源，使其应用于一些特殊场合，还必须提高led的发光效率。由于半导体材料的折射率很高，led产生的光能够辐射到自由空间中只是小部分，大部分能量的光经过无数次全反射之后被电极或发光层吸收了，因此，就会造成led的发光效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种发光效率高的发光二极管。

一种发光二极管，其包括：一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层依次层叠设置；一设置于所述第二半导体层远离活性层的表面的金属等离子体产生层；一与所述第一半导体层电连接的第一电极；一与所述第二半导体层电连接的的第二电极；其中，所述金属等离子体产生层包括多个三维纳米结构，所述三维纳米结构包括一第一长方体结构、一第二长方体结构及一三棱柱结构，所述第一长方体结构设置在所述第一区域，所述第二长方体结构设置在第一长方体结构远离第二半导体层的表面，所述三棱柱结构设置在第二长方体结构远离第一长方体结构的表面，所述三棱柱结构底面的宽度等于所述第二长方体结构上表面的宽度且大于所述第一长方体结构上表面的宽度，所述第一长方体结构和三棱柱结构均为一金属层。

一种发光二极管，其包括：一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层依次层叠设置；一设置于所述第二半导体层远离活性层的表面的金属等离子体产生层；一与所述第一半导体层电连接的第一电极；一与所述第二半导体层电连接的的第二电极；其中，所述金属等离子体产生层包括多个三维纳米结构，所述三维纳米结构包括一长方体结构以及一三棱柱结构，所述长方体结构设置在所述第一区域，所述三棱柱结构设置在长方体结构远离第二半导体层的表面，所述三棱柱结构底面的宽度大于长方体结构上表面的宽度，所述长方体结构和三棱柱结构为不同的金属层。

与现有技术相比，本发明所述金属等离子体产生层包括多个三维纳米结构，所述相邻三维纳米结构之间有间隙，增加了光的透过率；所述三维纳米结构由至少两部分具有表面的等离子体激元的金属组成，这三层结构级联，实现场增强，由活性层产生的近场倏逝波到达金属等离子体产生层后，在金属等离子体产生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等离子体产生层散射，从而向周围传播。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图2为图1的发光二极管沿线ii-ii的剖视图。

图3为在第二半导体层上实施多个图案的金属等离子体产生层的结构示意图。

图4为本发明第一实施例制备的三维纳米结构的分解图。

图5为本发明第一实施例制备发光二极管的工艺流程图。

图6为本发明第一实施例制备金属等离子体产生层的工艺流程图。

图7为本发明第一实施例制备的金属等离子体产生层的低倍扫描电镜照片。

图8为本发明第一实施例制备的金属等离子体产生层的高倍扫描电镜照片。

图9为本发明第二实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图10为本发明第三实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图11为本发明第四实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图12为图11的发光二极管沿线ii-ii的剖视图。

图13为本发明第五实施例提供的发光二极管的结构示意图。

图14为图13的发光二极管沿线ii-ii的剖视图。

图15为本发明第五实施例中第三种方法制备金属等离子体产生层和第二电极的第二金属层表面的结构示意图。

图16为本发明第六实施例提供的发光二极管的结构示意图。

主要元件符号说明

具体实施方式

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

请参阅图1和图2，本发明第一实施例所提供的发光二极管10，其包括：一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140依次层叠设置，所述第二半导体层140远离活性层的表面包括第一区域1402和第二区域1404；一设置于所述第一区域1402的金属等离子体产生层160；一与所述第一半导体层120电连接的第一电极180，一设置于所述第二区域1404的第二电极182，并与所述第二半导体层140电连接，所述金属等离子体产生层160包括多个三维纳米结构161，所述三维纳米结构161为一松树状结构。所述第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140构成发光二极管10的有源层。

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。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(quantumwell)。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。工作时，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。

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设置于金属等离子体产生层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。优选地，所述第二半导体层140的厚度为5纳米至30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。具体地，所述第二半导体层140的厚度可为12纳米、18纳米、22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。

所述金属等离子体产生层160的材料为任何可在光子作用下产生金属等离子体的材料。进一步，该金属等离子体产生层160的材料满足下述两个条件：第一，金属等离子体产生层160的材料的折射率为一复数，且该复数的虚部大于零或者小于零；第二，金属等离子体产生层160的材料的介质常数为一复数，且该复数的实部为一个负数。具体地，所述金属等离子体产生层160的材料的选择依据活性层130中产生的光的波长而定，不同材料的金属等离子体产生层160可与活性层130更好地相互作用。具体地，所述金属等离子体产生层160的材料可为金属材料，即纯金属或其合金。所述纯金属为金(au)、银(ag)、铜(cu)或者铝(al)等金属。若活性层130产生的光为短波长的光，所述金属等离子体产生层160的材料优选为银。若活性层130产生的光为长波长的光，则所述金属等离子体产生层160优选为金属复合材料，例如，金属陶瓷等。所述金属陶瓷为包含金属材料和电介质材料的复合材料。所述电介质材料即为不导电材料，所述电介质材料可为二氧化硅、硅或者陶瓷材料等。所述金属材料可为纯金属或合金。所述金属材料和电介质材料的比例不限，只需确保复合后的金属复合材料可满足上述两个条件，即只需确保复合后的金属复合材料在光学上仍为金属性的材料即可。

所述金属等离子体产生层160包括多个平行且间隔设置的三维纳米结构161，即所述多个三维纳米结构161成周期性排列，通过合理设计光栅的周期可以提高等离子体与光的耦合效率，控制光的出射方向，可以显著提高发光强度。另外，本实施例中所述三维纳米结构由两层具有表面等离子激元的金属层构成，金属纳米结构的表面等离子体共振特性可以实现在纳米尺度上对光强和光传导的操控，进一步增加产生等离子体的效率。

所述多个三维纳米结构161以阵列形式在第二半导体层140远离活性层130的表面，以直线、折线或曲线的形式并排延伸，且延伸的方向平行于所述第二半导体层140第二半导体层140的表面。参见图3，所述“延伸方向”为平行于所述第二半导体层140第二半导体层140的表面的任意方向。所述“并排”是指所述相邻的两个三维纳米结构161在延伸方向上任意相对位置具有相同的间距，该间距范围为0纳米～200纳米，所述多个三维纳米结构161的延伸方向可以是固定的也可以是变化的。所述延伸方向固定时，所述多个三维纳米结构161以直线的形式并排延伸。所述三维纳米结构161在延伸方向上可以是连续的也可以是间断的。当所述三维纳米结构161在延伸方向上连续时，所述三维纳米结构161以条带形方式并排延伸，且在垂直于该延伸方向上，所述多个三维纳米结构161的横截面均为形状和面积完全相同的松树形状。

所述三维纳米结构161为一松树状结构。所述松树状结构为从第二半导体层140的表面向外延伸的松树状凸起。具体地，所述松树状凸起包括一第一长方体结构163，一第二长方体结构165以及一三棱柱结构167。所述第一长方体结构163包括一第一上表面1632，所述第一上表面1632为第一长方体结构163远离第二半导体层140的表面，所述第二长方体结构165设置在该第一上表面1632；所述第二长方体结构165包括一第二上表面1652，所述第二上表面1652为第二长方体结构165远离第一长方体结构163的表面，所述三棱柱结构167设置在该第二上表面1652。三者的几何中心在同一轴线上。所述第一长方体结构163和三棱柱结构167均为一金属层，所述第二长方体结构165起到隔离第一长方体结构163和三棱柱结构147的作用。

参见图4，所述三棱柱结构167包括相对的两个大小和形状相同的第一三角形端面1670和第二三角形端面1672，以及连接第一三角形端面1670和第二三角形端面1672的第一矩形侧面1674，第二矩形侧面1676以及第三矩形底面1678。所述第一三角形端面1670和第二三角形端面1672点对点相对设置，以及相同的边相对设置。进一步的，所述第一三角形端面1670和第二三角形端面1672均为一等腰三角形结构。所述第三矩形底面1678贴合于第二长方体结构165的第二上表面1652设置。所述第一长方体结构163的侧面垂直于第二半导体层140远离活性层130的表面。所述第二长方体结构165的侧面垂直于第一长方体结构163的第一上表面1632，即垂直于第二半导体层140远离活性层130的表面。

在垂直于延伸方向上，所述第一长方体结构163的宽度d1为5纳米～400纳米，高度h1为20纳米～500纳米。优选地所述第一长方体结构163的宽度d1为12纳米～320纳米，高度h1为50～200纳米。本实施例中，所述第一长方体结构163的宽度d1为50纳米，高度h1为纳米。所述第二长方体结构165的宽度d2为50纳米～450纳米，高度h2为5纳米～100纳米。优选地，所述第二长方体结构165的宽度d2为80纳米～380纳米，高度h2为5纳米～60纳米。本实施例中，所述第二长方体结构165的宽度d2为100纳米，高度h2为10纳米。所述三棱柱结构167的宽度d3为50纳米～450纳米，高度h3为40纳米～800纳米，优选地，所述三棱柱结构167的宽度d3为80纳米～380纳米，高度h3为130纳米～400纳米。本实施例中，所述三棱柱结构167的宽度d3为100纳米，高度h3为200纳米。所述三棱柱结构167的宽度d3是指三棱柱结构167中第三矩形底面1678的宽度。所述三棱柱结构167的宽度d3等于第二长方体结构165的宽度d2，即三棱柱结构167的第三矩形底面1678与第二长方体结构165的第二上表面1652完全重合。所述三棱柱结构167的宽度d3大于第一长方体结构163的宽度d1。

请参阅图5，本发明第一实施例提供一种制备发光二极管的方法，包括以下步骤：

s10：提供一基底100，该基底具有一外延生长面1002；

s20：在所述基底100的外延生长面依次外延生长一缓冲层110、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140；

s30：所述第二半导体层140远离活性层130的表面包括第一区域1402和第二区域1404，在所述第一区域1402形成一金属等离子体产生层160；

s40：去除所述基底100，暴露出所述第一半导体层120远离活性层130的表面；以及

s50：制备一第一电极180覆盖所述第一半导体层120暴露的表面，制备一第二电极182与第二半导体层140电连接。

在步骤s10中，所述基底100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1002。所述基底100的外延生长面1002是分子平滑的表面，且去除了氧或碳等杂质。所述基底100可为单层或多层结构。当所述基底100为单层结构时，该基底100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1002。所述单层结构的基底100的材料可以soi(silicononinsulator，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100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1002。所述基底100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100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100的厚度、大小和形状不限，可以根据实际需要选择。所述基底100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1002的透明基底100均属于本发明的保护范围。本发明第一实施例中，基底100的材料为蓝宝石。进一步对所述基底100采用标准工艺清洗。更进一步的，对所述基底100进行亲水处理。

在步骤s20中，所述缓冲层110、第一半导体层120、活性层130以及第二半导体层140的生长方法不限，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110、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110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110。

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110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。

在步骤s30中，所述第二半导体层140远离活性层130的表面包括一第一区域1402和一第二区域1404。在制备的过程中，可通过使用光刻胶做掩模的方法使金属等离子体产生层160仅形成于第二半导体层140的第一区域1402。所述第二半导体层140的第二区域1404暴露。如此，在步骤s50中，可使第二电极182直接形成于第二半导体层140的暴露的第二区域1404，从而与所述第二半导体层140电连接。

请参阅图6，本发明第一实施例所述制备所述金属等离子体产生层160的方法，包括以下步骤：

s301：在所述第二半导体层140表面的第一区域1402设置一第一金属层162，在所述第一金属层162远离活性层130的表面设置一隔离层164，在所述隔离层164远离第一金属层162的表面设置一第二金属层166；

s302：在所述第二金属层166远离隔离层164的表面设置一图案化的掩模层169，所述图案化的掩模层169覆盖第二金属层166的表面的部分区域，并暴露其余区域；

s303：以图案化的掩模层169为掩模，同时刻蚀该图案化的掩模层169和所述第二金属层166，得到多个三棱柱结构167；

s304：以所述多个三棱柱结构167为掩模，刻蚀所述隔离层164，得到多个第二长方体结构165；

s305：以所述多个第二长方体结构165为掩模，刻蚀所述第一金属层162，得到多个第一长方体结构163；

s306：去除剩余的图案化的掩模层169，得到三维纳米结构161。

在步骤s301中，所述第一金属层162和第二金属层166可通过电子束蒸发、离子溅射等方法分别沉积在所述第二半导体层140和隔离层164的表面。所述第一金属层162和第二金属层166的材料为金属材料，尤其是具有表面等离子激元的金属，如au、ag、cu和al等。本实施例中，所述第一金属层162和第二金属层166的材料均为au。所述第一金属层162的厚度为20纳米～500纳米，优选地，所述第一金属层162的厚度为50～200纳米。本实施例中，所述第一金属层162的厚度为100纳米。要使沉积的第二金属层166在去除图案化的掩模层169后仍具有自支撑性，需要所述第二金属层166的厚度大于40纳米。优选地，所述第二金属层166的厚度为40纳米～800纳米，更优选地，所述第二金属层166的厚度为130纳米～400纳米。本实施例中，所述第二金属层166的厚度为200纳米。

所述隔离层164起到隔离第一金属层162和第二金属层166的作用，为了保证在刻蚀所述第二金属层166时，所述第一金属层162不被破坏。因此当所述第一金属层162和第二金属层166的材料不同时，该隔离层164可以省略。所述隔离层164的材料可以为金属、金属氧化物或半导体材料等，如铬(cr)、钽(ta)、氧化钽(ta2o5)、二氧化钛(tio2)、硅(si)和二氧化硅(sio2)等，可以根据需要选择。所述隔离层164的厚度为5纳米～100纳米，优选地，所述隔离层164的厚度为5纳米～60纳米。当隔离层164的材料为金属时，其与所述第一金属层162和第二金属层166的材料均不同。本实施例中，所述隔离层164所用材料为cr，厚度为10纳米。

在步骤s302中，所述图案化的掩模层169可通过光学刻蚀、等离子体刻蚀、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀等方式制备获得，也可通过热压印、纳米压印等方式制备获得。本实施例中，所述图案化的掩模层169通过纳米压印的方式形成于第二金属层166的表面。与其他制备方法相比，通过纳米压印的方式制备图案化的掩模层169的方法，具有精度高、效率低、能耗低、可室温操作、成本低等优点。所述图案化的掩模层169包括图案化的掩模层的本体1694，以及由图案化的掩模层的本体1694定义的多个平行且间隔设置的第四开口1692，所述第四开口1692可以为条形开口或方格形开口。本实施例中，所述第四开口1692为条形开口，呈周期性排列，优选地，所述第四开口1692的两端沿同一直线方向分别延伸至所述图案化的掩模层169相对的两个边缘。所述纳米图形的周期为90纳米～1000纳米，优选地，所述纳米图案的周期为121纳米～650纳米。所述第四开口1692的宽度和所述图案化的掩模层的本体1694的宽度可以相等也可以不等。具体地，所述第四开口1692的宽度为40纳米～450纳米，所述图案化的掩模层的本体1694的宽度为纳米50纳米～450纳米。本实施例中，纳米图案的周期为200纳米，所述第四开口1692的宽度为100纳米。所述图案化的掩模层的本体1694的高度为10纳米～1000纳米，优选地，所述图案化的掩模层的本体1694的高度为20纳米～800纳米，更优选地，所述图案化的掩模层的本体1694的高度为30纳米～700纳米。本实施例中，所述图案化的掩模层的本体1694的高度为200纳米。

步骤303中，将经过步骤s302后得到的结构放入一反应性等离子体系统中进行刻蚀，得到多个平行且间隔设置的三棱柱结构167，即得到图案化的第二金属层。所述刻蚀系统中的刻蚀气体为物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体的混合气体。所述物理性刻蚀气体包括氩气(ar)或氦气(he)等，所述反应性刻蚀气体包括氧气(o2)、氯气(cl2)、三氯化硼(bcl3)或四氯化碳(ccl4)等。所述物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体可依据要进行刻蚀的第二金属层166和图案化的掩模层169的材料来选择，以保证所述刻蚀气体具有较高的刻蚀速率。比如，当所述第二金属层166的材料为金、铂或钯时，所述物理性刻蚀气体为ar。当所述第二金属层166的材料为铜时，所述物理性刻蚀气体为he。当所述第二金属层166的材料为铝时，所述物理性刻蚀气体为ar。本实施例中，所述物理性刻蚀气体为ar，所述反应性刻蚀气体为o2。

具体地，在刻蚀系统中通入物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体，一方面所述图案化的掩模层的本体1694通过反应性刻蚀气体逐步刻蚀，另一方面通过图案化的掩模层169的第四开口1692暴露出来的对应位置处的第二金属层166也被物理性刻蚀气体逐步刻蚀。在刻蚀过程中，图案化的掩模层169逐渐剪裁，则图案化的掩模层169的第四开口1692的宽度逐渐变大，则对应位置处的第二金属层166从下到上的刻蚀宽度逐渐变大。所述图案化的掩模层169被反应性刻蚀气体部分除去或全部除去，而通过图案化的掩模层169的第四开口1692暴露出来的第二金属层166被物理性刻蚀气体部分除去或全部除去。刻蚀过程中，通过调整ar和o2的体积流量、压强及功率之间的关系来调节横向刻蚀速度和纵向刻蚀速度之间的比例，获得三棱柱结构167。经过上述步骤，所述第二金属层166形成多个平行且间隔设置的第三开口1662和多个相邻第三开口1662之间的三棱柱结构167。隔离层164通过第三开口1662暴露出来。

在步骤s304中，将经过s303步骤所得到结构置于一反应性等离子体系统中对隔离层164进行刻蚀，得到多个平行且间隔设置的第二长方体结构165，即形成图案化的隔离层。本实施例中，所述隔离层164的材料为cr，所述刻蚀系统中的刻蚀气体为o2和cl2的混合气体。

经过刻蚀，所述隔离层164形成多个平行且间隔设置的第二开口1642和多个相邻第二开口1642之间的第二长方体结构165，所述第二开口1642的形状为条带状。所述第二开口1642与图案化的第二金属层的第三开口1662相对应，所述第二长方体结构165与三棱柱结构167相对应。所述第一金属层162通过第二开口1642暴露出来。

在步骤s305中，将经过步骤s304得到结构置于反应性等离子体系统中，得到多个平行且间隔设置的第一长方体结构163，即形成图案化的第一金属层。

在刻蚀系统中通入物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体，所述物理性刻蚀气体为ar，所述反应性刻蚀气体为cl2和o2。在刻蚀第一金属层162的过程中，所述反应性刻蚀气体和物理性刻蚀气体同时作用于该第一金属层162上。

在刻蚀过程中，与图案化的隔离层中第二开口1642相对应的第一金属层162逐渐被刻蚀出第一开口1622。另外，在刻蚀过程中会脱落产生一些金属颗粒或粉末。如果没有反应性刻蚀气体的参与，这些金属颗粒或粉末会自下而上沿着所述第一开口1622的侧壁堆积，从而形成“泛边”现象，还容易造成第一开口1622侧壁的表面粗糙度大。此时，所述金属颗粒或粉末沉积在第一金属层162所形成的第一开口1622的底部，使该第一开口1622内各个方向上的刻蚀速度梯度趋于平缓，即，所述金属颗粒或粉末在底部的堆积相当于减小了纵向刻蚀速度并增大了横向刻蚀速度。通过反应性刻蚀气体和物理性刻蚀气体，所述第一开口1622侧壁沉积的多余的金属便可被逐渐刻蚀掉，最终形成结构规整且表面粗糙度小的第一长方体结构163。

步骤s305完成后，所述第一开口1622的形状呈规整的矩形。所述第一开口1622的宽度为10纳米～350纳米，可以通过调节刻蚀时间来控制第一开口1622的宽度，即所述第一长方体结构163的粗细可以通过调节刻蚀时间来控制。本实施例中所述第一开口1622的宽度为160纳米。

在步骤s306中，去除经过步骤s305后得到的结构中剩余的光刻胶，得到多个三维纳米结构161。采用四氢呋喃(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，溶解剩余的光刻胶。本实施例中，通过在丙酮溶液中超声清洗去掉光刻胶。请参阅图7和图8为本发明第一实施例制备的多个三维纳米结构的扫描电镜照片。

在步骤s40中，所述基底100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100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100的去除方法为激光照射法。所述激光的波长不限，可根据第一半导体层120以及基底100的材料选择。具体的，所述激光的能量小于基底100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100到达第一半导体层120，在第一半导体层120与基底100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110对激光产生强烈的吸收，从而使得界面处的缓冲层110温度快速升高而分解。

在步骤s50中，所述第一电极180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182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。所述第二电极182设置于第二半导体层140表面的第二区域1404。所述第一电极180、第二电极182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，所述第一电极180为n型电极，所述第二电极182为p型电极。

所述第一电极180覆盖所述第一半导体层120远离活性层的表面，从而使所述发光二极管10中的电流基本沿垂直于所述有源层的方向传播，即所述发光二极管10形成一垂直结构的发光二极管。

所述发光二极管10在使用过程中，通过第一电极180和第二电极182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等离子体产生层160后，在金属等离子体产生层160的作用下转化为金属等离子体，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。同时，活性层130中产生的二次光子再次到达金属等离子体产生层160，使金属等离子体产生层160产生出更多的金属等离子体。如此，在金属等离子体产生层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10的发光效率较高。

另外，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，进一步提高了所述发光二极管30的出光效率。所述三维纳米结构使得出光面积变大，进而使得金属等离子体产生层160表面产生更多的散射，从而使得金属等离子体产生层160中产生的金属等离子体可以更容易地从金属等离子体产生层160中释放出来，从而提高了所述发光二极管10的发光效率。

请参阅图9，本发明第二实施例提供的发光二极管20，其包括：一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140依次层叠设置；一所述第一半导体层120电连接的第一电极180与；所述第二半导体层140远离活性层130的表面包括第一区域1402和第二区域1404，一设置于所述第二区域1404的第二电极182，一设置于所述第一区域1402的金属等离子体产生层260；其中，所述金属等离子体产生层260包括多个三维纳米结构261，所述三维纳米结构261包括一第一长方体结构163以及一三棱柱结构167，所述第一长方体结构163设置在所述第一区域1402，所述三棱柱结构167设置在第一长方体结构163远离第二半导体层140的表面，所述三棱柱结构167底面的宽度大于第一长方体结构163上表面的宽度，所述第一长方体结构163和三棱柱结构167为不同的金属层。

本发明第二实施例所提供的发光二极管20与第一实施例所提供的发光二极管10的结构基本相同，其区别在于本发明第二实施例所提供的金属等离子体产生层260中的松树状结构由一第一长方体结构163和一三棱柱结构167组成。所述第一长方体结构163和三棱柱结构167的材料均为金属材料，所述三棱柱结构167的材料与第一长方体结构163的材料不同。

参阅图10，本发明第三实施例提供的发光二极管30，其包括一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140依次层叠设置；一与所述第一半导体层120电连接的第一电极180；所述第二半导体层包括第一区域1402和第二区域1404，一设置于所述第二区域1404的第二电极182；一设置于所述第一区域1402的第一光学对称层150；一设置于所述第一光学对称层150远离第二半导体层140的一侧的金属等离子体产生层160；一设置于所述金属等离子体产生层160远离第一光学对称层150的一侧的第二光学对称层170；其中，所述金属等离子体产生层160包括多个三维纳米结构161，所述三维纳米结构161包括一第一长方体结构163、一第二长方体结构165及一三棱柱结构167，所述第一长方体结构163设置在第一光学对称层150远离第二半导体层140的一表面，所述第二长方体结构165设置在第一长方体结构163远离第一光学对称层150的表面，所述三棱柱结构167设置在第二长方体结构165远离第一长方体结构163的表面，所述三棱柱结构167底面的宽度等于所述第二长方体结构165上表面的宽度且大于所述第一长方体结构163上表面的宽度，所述第一长方体结构163和三棱柱结构167均为一金属层。

本发明第三实施例所提供的发光二极管30与第一实施例所提供的发光二极管10基本相同，其区别在于本发明第三实施例所提供的发光二极管30进一步包括第一光学对称层150和第二光学对称层170。可选择地，所述发光二极管30也可以只包括第一光学对称层150。

所述第一光学对称层150的材料的折射率与所述有源层整体的等效折射率的差小于等于0.3。

所述第二光学对称层170的折射率，与第一半导体层120、活性层130、第二半导体层140、第一光学对称层150的等效折射率相近。具体的，两者之间的差值大于等于0小于等于0.5，则所述发光二极管20的出光率越高。

所述第一光学对称层150的折射率与有源层的整体的等效折射率的差值小于等于0.3。所述发光二极管40以金属等离子体产生层160为对称中心，位于金属等离子体产生层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150两个出光面均匀地出射。

参见图11和图12，本发明第四实施例提供的发光二极管40，一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140依次层叠设置；一与所述第一半导体层120电连接的第一电极180；一设置于所述第二半导体层140远离活性层130的表面的金属等离子体产生层160；一设置于所述金属等离子体产生层160远离第二半导体层140的一侧的第二电极，其中，所述金属等离子体产生层160包括多个三维纳米结构161，所述三维纳米结构161包括一第一长方体结构163、一第二长方体结构165以及一三棱柱结构167，所述第一长方体结构163设置于所述第二半导体层140远离活性层130的表面，所述第二长方体结构165设置于所述第一长方体结构163远离第二半导体层140的一侧，所述三棱柱结构167设置于所述第一长方体结构163远离第二半导体层140的表面，所述三棱柱结构167底面的宽度等于第二长方体结构165的上表面的宽度且大于第一长方体结构163上表面的宽度，所述第一长方体结构163和三棱柱结构167均为一金属层。

本发明第四实施例所提供的发光二极管40与本发明第一实施例提供的发光二极管10基本相同，其区别在于，本发明第四实施例提供的发光二极管40，所述第二电极182设置于所述金属等离子体产生层160远离第二半导体层140的一侧，相邻三维纳米结构161之间的第二电极182悬空设置。所述第二电极182可以为具有自支撑性的金属片或碳纳米管结构。这样可以通过所述多个三维纳米结构161向所述第二半导体层140注入电流，使注入的电流更均匀。当所述三维纳米结构161中所述第二长方体结构165的材料为金属或半导体材料时，或所述三维纳米结构161不包含第二长方体结构165时，适用于本发明第四实施例。

所述第二电极182可以设置到所述金属等离子体产生层160的一端，也可以设置到金属等离子体产生层160的中间区域，与所述金属等离子体产生层160电连接。

参见图13和图14，本发明第五实施例提供的发光二极管50，一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140依次层叠设置；一与所述第一半导体层120电连接的第一电极180；一设置于所述第二半导体层140远离活性层130的表面的金属等离子体产生层160；一与所述金属等离子体产生层160电连接的第二电极182，其中，所述金属等离子体产生层160包括多个三维纳米结构161，所述三维纳米结构161包括一第一长方体结构163、一第二长方体结构165以及一三棱柱结构167，所述第一长方体结构163设置于所述第二半导体层140远离活性层130的表面，所述第二长方体结构165设置于所述第一长方体结构163远离第二半导体层140的一侧，所述三棱柱结构167设置于所述第一长方体结构163远离第二半导体层140的表面，所述三棱柱结构167底面的宽度等于第二长方体结构165的上表面的宽度且大于第一长方体结构163上表面的宽度，所述第一长方体结构163和三棱柱结构167均为一金属层。

形成第二电极182的过程可以是但不限于以下三种方法。第一种方法，在所述金属等离子体产生层160远离第二半导体层140的一侧沉积第二电极182，使得所述第二电极182覆盖所述多个三维纳米结构161的表面以及填充到相邻三维纳米结构161之间的间隙，从而所述第二电极182将所述多个三维纳米结构161电连接。

第二种方法，在第二半导体层140远离活性层130的表面定义第三区域和第四区域，在第三区域形成金属等离子体产生层160，在第四区域处形成第二电极182，所述第二电极182的延伸方向与所述多个三维纳米结构161的延伸方向交叉设置且与所述多个三维纳米结构161电连接。

第三种方法，请一并参见图6和图15，第二金属层166远离隔离层164的表面包括第五区域1664和第六区域1666。覆盖第五区域1664，在第六区域1666制备金属等离子体产生层160，在第五区域1664形成第二电极182。所述第二电极182的延伸方向与所述多个三维纳米结构161的延伸方向交叉设置，并与所述多个三维纳米结构161一体成型。所述覆盖第六区域1666的物质与所述图案化的掩模层169不同，以保证在刻蚀图案化的掩模层169时，所述第六区域1666不被刻蚀。

所述第二电极182可以设置到所述金属等离子体产生层160的一端，也可以设置到金属等离子体产生层160的中间区域，与所述金属等离子体产生层160电连接。

当所述三维纳米结构161中所述第二长方体结构165的材料为绝缘材料时，适用于第一种方法和第二种方法制备第二电极182，当所述三维纳米结构161中所述第二长方体结构165的材料为金属或半导体材料时，或所述三维纳米结构161不包含第二长方体结构165时，适用于第三种方法。

本发明第五实施例所提供的发光二极管50与本发明第一实施例所提供的发光二极管10基本相同，其区别在于，本发明第五实施例所提供的发光二极管50，所述第二电极182与所述多个三维纳米结构161交叉设置，并与所述三维纳米结构161中的每一层接触，从而将所述多个三维纳米结构161电连接。这样可以通过所述多个三维纳米结构161向所述第二半导体层140注入电流，使注入的电流更均匀。

可以理解，所述第一电极180和第二电极182中的至少一个为透光层，从而使得靠近该透光电极的一侧为发光二极管40的出光面。如果所述第一电极180为一透光层，而所述第二电极182为反光层，则所述靠近第一半导体层的一端为出光面。如果所述第一电极180为一反光层，而所述第二电极182为透光层。所述发光二极管的出光面具有多个凹槽，从而使得出射光由于折射改变出射角度，提高了该发光二极管40的出光率。

参见图16，本发明第六实施例提供一种横向结构的发光二极管60，其包括：一缓冲层、一第一半导体层120、一活性层130以及一第二半导体层140依次层叠设置在所述基底100的表面，所述第二半导体层140远离活性层130的表面包括第一区域1402和第二区域1404；一设置于所述第一区域1402的金属等离子体产生层160；一与所述第一半导体层120电连接的第一电极180，一设置于所述第二区域1404的第二电极182，所述第一电极180与所述第二电极182设置于所述第一半导体层120的同一侧；其中，所述金属等离子体产生层160包括多个三维纳米结构161，所述三维纳米结构包括第一长方体结构163、一第二长方体结构165及一三棱柱结构167，所述第一长方体结构163、一第二长方体结构165及一三棱柱结构167依次层叠设置于所述第二半导体层140的第一区域1402，所述三棱柱结构167底面的宽度等于所述第二长方体结构165上表面的宽度且大于所述第一长方体结构163上表面的宽度，所述第一长方体结构163和三棱柱结构167均为一金属层。

本发明第六实施例提供的发光二极管60与本发明第一实施例提供的发光二极管10基本相同，其区别在于，本发明第一电极180和第二电极182设置于第一半导体层120的同一侧，所述第一电极180和第二电极182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。所述发光二极管60中的缓冲层110为一可选结构。

相较于现有技术，本发明所提供的发光二极管具有以下优点：第一，本发明所述金属等离子体产生层包括多个三维纳米结构，所述相邻三维纳米结构之间有间隙，增加了光的透过率；第二，所述三维纳米结构由至少两部分具有表面的等离子体激元的金属组成，这三层结构级联，实现场增强，由活性层产生的近场倏逝波到达金属等离子体产生层后，在金属等离子体产生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等离子体产生层散射，从而向周围传播；第三，进一步包括第一光学对称层和第二光学对称层，使得所述发光二极管以金属等离子体产生层为对称中心，金属等离子体产生层两侧的位于对称位置的两元件的折射率或等效折射率基本相近，所述发光二极管在使用过程中活性层中产生的光由第二光学对称层和第一半导体层两个出光面均匀地出射。

上述各实施例是对本发明内容作进一步说明，不应理解为本发明的范围仅限于上述实施例，凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明保护的范围。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。