TWI496322B - 發光二極體 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體，尤其涉及橫向結構的發光二極體。
由氮化鎵半導體材料製成的高效藍光、綠光和白光半導體結構具有壽命長、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，特別係在照明領域具有廣闊的發展潛力。
先前技術中的發光二極體通常包括一基底、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。所述P型半導體層遠離基底的表面作為發光二極體的出光面。發光二極體處於工作狀態時，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，光從發光二極體中射出。
然，由於半導體的折射率大於空氣的折射率，來自活性層的近場倏逝光波大部份被限制在發光二極體的內部，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，提供一光取出效率較高的發光二極體實有必要。
一種發光二極體，其包括：一基底、一第一半導體層、一活性層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極，所述第一半導體層、活性層以及第二半導體層依次層疊設置於所述基底的一表面，且所述第一半導體層靠近基底設置，所述第一電極與所述第一半導體層電連接，所述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金屬陶瓷層設置於所述第二半導體層遠離基底的表面並接觸，所述金屬陶瓷層用以產生金屬電漿。
與先前技術相比，本發明提供的發光二極體具有以下有益效果：由活性層產生的近場倏逝波到達金屬陶瓷層後，在金屬陶瓷層的作用下產生金屬電漿，金屬電漿向周圍傳播並經由金屬陶瓷層出射成為出射光，如此，可使活性層中的近場倏逝波出射，並耦合成為可見光。
10,20,30,40,50‧‧‧發光二極體
110‧‧‧基底
112‧‧‧外延生長面
116‧‧‧緩衝層
120‧‧‧第一半導體層
124‧‧‧第一電極
130‧‧‧活性層
140‧‧‧第二半導體層
140a‧‧‧本體部份
140b‧‧‧凸起部份
143‧‧‧三維奈米結構
144‧‧‧第二電極
150‧‧‧保護層
160‧‧‧金屬陶瓷層
170‧‧‧反射元件
1132‧‧‧第一凸棱
1134‧‧‧第二凸棱
1136‧‧‧第一凹槽
1138‧‧‧第二凹槽
圖1係本發明第一實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖2為圖1所示發光二極體的增強因數和頻率的關係圖。
圖3為圖1所示發光二極體的製備工藝流程圖。
圖4係本發明第三實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖5係圖4所示發光二極體的製備工藝流程圖。
圖6係本發明第五實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖7係本發明第六實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖8係圖7所示發光二極體的三維奈米結構的第二半導體層的結構示意圖。
圖9為圖7所示發光二極體的形成有三維奈米結構的第二半導體層的掃描電鏡示意圖。
圖10係本發明第八實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
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橫向結構的發光二極體10，其包括：一基底110、一緩衝層116、一第一半導體層120、一活性層130、一第二半導體層140、一金屬陶瓷層160、一第一電極124以及一第二電極144。所述緩衝層116、所述第一半導體層120、所述活性層130、所述第二半導體層140及所述金屬陶瓷層160依次層疊設置於所述基底110的一外延生長表面112，且所述緩衝層116與所述基底110相鄰設置。所述第一電極124與所述第一半導體層120電連接。所述第二電極144與所述第二半導體層140電連接。所述發光二極體10為橫向結構的含義為：所述第一電極124和第二電極144設置於第一半導體層120的同一側，所述第一電極124和第二電極144產生的電流在具有高電阻的所述第二半導體層140中橫向傳導。其中，所述第二半導體層140為P型半導體層，所述第一半導體層120為N型半導體層。
所述第一半導體層120遠離基底110的表面可包括一第一區域和一第二區域。所述活性層130與第二半導體層140依次層疊設置於所
述第一半導體層120的第一區域，從而形成一臺階結構。所述第一電極124設置於第一半導體層120的未被活性層130覆蓋的第二區域從而與所述第一半導體層120電連接。
所述第二半導體層140遠離基底110的表面可包括一第三區域和一第四區域。所述金屬陶瓷層160設置於所述第二半導體層140的第三區域，從而形成一臺階狀結構。所述第二電極144設置於第二半導體層140的未被所述金屬陶瓷層160覆蓋的第四區域從而與所述第二半導體層140電連接。
所述基底110為一透明材料，其提供了用於生長第一半導體層120的一外延生長面112。所述基底110的外延生長面112係分子平滑的表面，且去除了氧或碳等雜質。所述基底110可為單層或複數層結構。當所述基底110為單層結構時，該基底110可為一單晶結構體，且具有一晶面作為第一半導體層120的外延生長面112。所述單層結構的基底110的材料可以SOI(silicon on insulator，絕緣基底上的矽)、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。當所述基底110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120的外延生長面112。所述基底110的材料可根據所要生長的第一半導體層120來選擇，優選地，使所述基底110與第一半導體層120具有相近的晶格常數以及熱膨脹係數。所述基底110的厚度、大小和形狀不限，可根據實際需要選擇。所述基底110不限於上述列舉的材料
，只要具有支持第一半導體層120生長的外延生長面112的透明基底110均屬於本發明的保護範圍。本發明第一實施例中，基底110的材料為藍寶石。可以理解地，本發明中所述述基底110的遠離活性層130的表面作為出光面，因此，可對所述基底110的遠離活性層130的表面進行拋光，使該表面具有一定的粗糙度，從而可使活性層130中產生的光更好的出射。
所述緩衝層116設置於基底110和第一半導體層120之間，並與基底110和第一半導體層120分別接觸，此時第一半導體層120靠近基底110的表面與緩衝層116接觸。所述緩衝層116有利於提高材料的外延生長品質，減少晶格失配，使所述第一半導體層120的生長品質較好。所述緩衝層116的厚度為10奈米至300奈米，其材料為低溫氮化鎵或低溫氮化鋁等。優選地，所述緩衝層116的厚度為20奈米至50奈米。本實施例中，所述緩衝層116的材料為低溫氮化鎵，其厚度為20奈米。
所述第一半導體層120的厚度可根據需要製備。具體地，所述第一半導體層120的生長的厚度可為1微米至15微米。所述第一半導體層120為一摻雜的半導體層，該摻雜的半導體層可為N型半導體層或P型半導體層兩種類型，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P型半導體層的材料包括P型氮化鎵、P型砷化鎵及P型磷化銅等材料中的一種。所述N型半導體層具有提供電子移動場所的作用，所述P型半導體層具有提供空穴移動場所的作用。本實施例中，所述第一半導體層120為Si摻雜的N型氮化鎵，其厚度為1460奈米。
所述第二半導體層140可為N型半導體層或P型半導體層兩種類型
，並且所述第二半導體層140與第一半導體層120中的摻雜的半導體層分屬兩種不同類型的半導體層。所述第二半導體層140設置於金屬陶瓷層160和活性層130之間。所述第二半導體層140的厚度可根據需要製備。優選地，所述第二半導體層140的厚度為5奈米至20奈米。優選地，所述第二半導體層140的厚度為10奈米至20奈米。優選地，所述第二半導體層140的厚度為10奈米至30奈米。具體地，所述第二半導體層140的厚度可為10奈米、15奈米、20奈米或30奈米。本實施例中，所述第二半導體層140為鎂(Mg)摻雜的P型氮化鎵，其厚度為10奈米。
所述活性層130的厚度為0.01微米至0.6微米。所述活性層130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130為InGaN/GaN的複合結構，其厚度為10奈米。所述活性層130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的過程中，給P型半導體層和N型半導體層施加一電壓，則P型半導體層產生的空穴和N型半導體層產生的電子在活性層130相結合產生光子。
所述金屬陶瓷層160設置於所述第二半導體層140遠離所述基底110的表面設置，且可以覆蓋所述第二半導體層140的整個表面。該金屬陶瓷層160的材料為任何可在光子作用下產生金屬電漿的材料，即，該金屬陶瓷層160的材料在光學上為金屬性的材料。進一步，該金屬陶瓷層160的材料滿足下述兩個條件：第一，金屬陶瓷層160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，金屬陶瓷層160的材料的介質常數為一複數，且該複數的實部為一個負數。當所述金屬陶瓷層160的材料同時滿足上述兩個條件時，所述金屬陶瓷層160即可在光子的作用下產生金屬電漿。具體地，所述金屬陶瓷層160為金屬複合材料，例如，金屬陶瓷。金屬複合材料對於活性層130中產生的長波長的光的出射效果較好。所述金屬陶瓷層160為金屬材料和電介質材料的複合材料層。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。所述金屬材料可為金、銀、鋁、銅、金銀合金、金鋁合金或銀鋁合金。單質銀對紫光和藍光的出射效果較好，單質鋁對波長比紫光更短的光的出射效果較好，單質金對紅光和綠光的出射效果比較好。金銀合金、金鋁合金或銀鋁合金依據其中所含金屬的百分比不同，對介於合金所包含的兩個金屬所對應的波長的光之間的光的出射效果較好。混合後的金屬陶瓷層160對於波長為500奈米至700奈米波長的光的出射性能較好。當活性層產生的光為500奈米至600奈米時，金屬陶瓷層160的材料適合為銀和二氧化矽，當活性層產生的光為600奈米至700奈米時，金屬陶瓷層的材料選擇為金和二氧化矽比較合適。所述金屬材料和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，電介質材料的質量百分比小於等於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，所述電介質材料的質量百分比為40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%或5%。本實施例中，所述金屬陶瓷層160的材料為
銀和二氧化矽複合形成的金屬陶瓷層。在銀和二氧化矽複合形成的金屬陶瓷層160中，二氧化矽的質量百分比小於等於40%時即可確保該金屬陶瓷層160可產生金屬電漿。優選地，二氧化矽的質量百分比小於等於30%，小於等於20%或小於等於10%。當活性層130中產生的為510奈米的綠光時，選用銀和二氧化矽複合形成的金屬陶瓷層較為合適，其中，當二氧化矽的百合含量介於20%到30%之間時，可以較好的使活性層130中的光出射。本實施例中，所述銀和二氧化矽複合形成的金屬陶瓷層160中，二氧化矽的質量百分比為20%，此時該種金屬陶瓷對於活性層130中產生的波長為510奈米的綠光的出射效果較好。所述金屬陶瓷層160的厚度的範圍為大於等於50奈米。優選地，金屬陶瓷層160的厚度為50奈米。優選地，所述金屬陶瓷層160的厚度的範圍為50奈米至100奈米。所述金屬陶瓷層160的厚度等於50奈米時，即可使得幾乎沒有光線從金屬陶瓷層160的表面出射。
所述金屬陶瓷層160的作用為：第一，雖然活性層130產生的近場倏逝波中的大部份會在傳播過程中衰減，但係仍有少量的近場倏逝波會傳播至金屬陶瓷層160，由活性層130產生的少量近場倏逝波到達金屬陶瓷層160後，在金屬陶瓷層160的作用下近場倏逝波被放大並與金屬陶瓷層160相互作用產生金屬電漿，金屬電漿被金屬陶瓷層160散射，從而向周圍傳播，且金屬電漿在穿透金屬陶瓷層時會劇烈衰減，只有向基底方向傳播的金屬電漿才可耦合成可見光並出射，如此，可使活性層130中產生的金屬電漿被提取，從而提高發光二極體10的出光率；第二，所述金屬陶瓷層160的厚度大於等於50奈米，可使得來自活性層130的小角度光完全被金屬陶瓷層160反射，從而使得活性層130中產生的小角度光
全部從基底110的表面出射，且金屬電漿在穿透金屬陶瓷層160時會劇烈衰減，只有向基底方向傳播的金屬電漿才可耦合成可見光並出射，進而基底110的表面的光強較大；第三，所述發光二極體10在使用過程中，由活性層130產生的近場倏逝波傳播至金屬陶瓷層160後，金屬陶瓷層160在近場倏逝波的作用下，產生金屬電漿，金屬電漿傳播至活性層130中，活性層130在金屬電漿的作用下產生更多的光子，活性層130與金屬陶瓷層160相互作用，從而使發光二極體10的發光效率提高；第四，通過選擇合適厚度的第二半導體層140，可使金屬陶瓷層160與活性層130之間距離較近，從而金屬陶瓷層160和活性層130的相互作用較強，還可確保電流在所述第二半導體層140的分佈均勻；以及第五，所述金屬陶瓷層160在活性層130產生的500奈米至700奈米的光的作用下可以產生更多的金屬電漿，因此，所述金屬陶瓷層160可以使500奈米至700奈米波長的光的更好的地從基底110的表面出射。
所述第一電極124可為N型電極或P型電極，所述第一電極124設置於第一半導體層120的表面，其與第一半導體層120的類型相同。所述第二電極144設置於第二半導體層140的表面。該第二電極144可為N型電極或P型電極，其與第二半導體層140的類型相同。
所述第一電極124或第二電極144至少為一層結構，他們的厚度為0.01微米至2微米。所述第一電極124、第二電極144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144為P型電極，該第二電極144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124為N型電極，該第一電極124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。
請參閱圖2，圖2中給出了第一實施例提供的發光二極體中，當金屬陶瓷層160中的二氧化矽的比例分別為0%，10%，20%，30%，40%時，所述金屬陶瓷層160的增強因數和頻率的變化曲線。圖中的虛線為光激發強度曲線，只有增強因數和頻率的變化曲線靠近光激發強度曲線時，金屬陶瓷層160才可產生較多的金屬電漿。由圖9可知，當金屬陶瓷層160中的二氧化矽的比例分別為20%或30%時，金屬陶瓷層160可產生較多的金屬電漿，發光二極體10的發光效率較高。
本實施例提供的發光二極體10的有益效果係：第一，所述發光二極體10在使用過程中，通過第一電極124和第二電極144分別給第一半導體層120和第二半導體層140施加電壓，進而活性層130產生光子，由活性層130產生的近場倏逝波到達金屬陶瓷層160，由活性層130產生的微量近場倏逝波到達金屬陶瓷層160後，在金屬陶瓷層160的作用下近場倏逝波被放大並與金屬陶瓷層160相互作用產生金屬電漿，金屬電漿被金屬陶瓷層160的表面粗糙所散射，從而向周圍傳播，且金屬電漿在穿透金屬陶瓷層160時會劇烈衰減，只有向基底方向傳播的金屬電漿才可耦合成可見光並出射，如此，可使活性層130中產生的金屬電漿被提取，從而提高發光二極體10的出光率；第二，所述發光二極體10在使用過程中，給第一半導體層120和第二半導體層140分別施加電壓，第一半導體層120和第二半導體層140將分別產生電子和空穴，該電子和空穴在活性層130中結合產生近場倏逝波，由活性層130產生的近場倏逝波傳播至金屬陶瓷層160後，金屬陶瓷層160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130之後，與活性層130中的量子阱相互作用，使活性層130激發出更多的二次光子。活性層130中產生的二次光子到達金屬陶瓷層160，使金屬陶瓷層160產生出更多的金屬電漿。如此，在金屬陶瓷層160和活性層130的相互作用下，活性層130可以產生出更多的光子，使發光二極體10的發光效率較高；第三，所述金屬陶瓷層160可以使活性層130產生的波長為500奈米至700奈米的光較好的出射，進而提高光二極體10的出光率。
請參閱圖3，本發明第二實施例提供第一實施例的所述橫向結構的發光二極體10的製備方法，其包括以下步驟：步驟S10：提供一基底110，該基底110具有一外延生長面112；步驟S20：在基底110的外延生長面112依次外延生長一緩衝層116、一第一半導體層120、一活性層130以及一第二半導體層140；步驟S30：形成一金屬陶瓷層160於所述第二半導體層140遠離基底110的一側；步驟S40：製備一第一電極124與所述第一半導體層120電連接，製備一第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
在步驟S10中，所述基底110的材料及厚度與第一實施例中的基底110的材料及厚度一致。
在步驟S20中，所述緩衝層116、第一半導體層120、活性層130以及第二半導體層140的生長方法可以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工藝製備所述緩衝層116、第一半導體層120、活性層130以及第二半導體層140。
所述製備緩衝層116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116。
所述製備第一半導體層120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120。
所述活性層130的生長方法與第一半導體層120基本相同。在生長完第一半導體層120之後，緊接著生長所述活性層130。具體的，生長所述活性層130時採用三甲基銦作為銦源。
在生長完活性層130之後，採用二茂鎂作(Cp2Mg)為鎂源生長第二半導體層140。通過控制生長第二半導體層140的時間，使第二半導體層140的厚度為5奈米至60奈米。
本實施例中，所述緩衝層116的厚度為20奈米，所述第二半導體層140的厚度為10奈米，所述活性層130的厚度為10奈米，所述第一半導體層120的厚度為1460奈米，四者的整體厚度為1500奈米。
可選擇地，第二半導體層140的製備方法還可為先通過MOCVD製備較厚的第二半導體層140，之後通過蝕刻或研磨的方法蝕刻所述
第二半導體層140，使第二半導體層140的厚度為5奈米至60奈米。
所述第一半導體層120遠離基底110的表面包括一第一區域和一第二區域。在製備的過程中，可通過使用光阻做光罩的方法使活性層130僅形成於第一半導體層120的第一區域。所述第一半導體層120的第二區域暴露。如此，在步驟S40中，可使第一電極124直接形成於第一半導體層140的暴露的第二區域。
在步驟S30中，所述金屬陶瓷層160的製備方法依據所述金屬陶瓷層160的材料而定。具體地，所述金屬陶瓷層160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和二氧化矽複合形成的金屬陶瓷做為金屬陶瓷層160，該金屬陶瓷層160的厚度為10奈米。所述製備金屬陶瓷層160的步驟包括以下步驟：步驟a，分別提供熔融態的銀和二氧化矽；步驟b，混合熔融態的銀和熔融態的二氧化矽得到一熔融態合金，其中所述二氧化矽在熔融態合金中所占的質量百分比為20%；以及步驟c，將該熔融態合金加熱至蒸發溫度並採用蒸鍍機將該合金蒸鍍至第二半導體層140的表面從而製備得到金屬陶瓷層160。
所述第二半導體層140遠離基底110的表面包括一第三區域和一第四區域。在製備的過程中，使用光阻做光罩使所述金屬陶瓷層160僅形成於第二半導體層140的第三區域。所述第二半導體層140的第四區域暴露。如此，在步驟S40中，可使第二電極144直接形成於第二半導體層140的暴露的第四區域。
在步驟S40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在，所述第一半導體層110外露的區域及所述第二半導體層130外露的區域。
請參閱圖4，本發明第三實施例提供另一種橫向結構的發光二極體20，其包括：一基底110、一緩衝層116、一第一半導體層120、一活性層130、一第二半導體層140、保護層150、一金屬陶瓷層160、一第一電極124以及一第二電極144。所述緩衝層116、所述第一半導體層120、所述活性層130、所述第二半導體層140、保護層150及所述金屬陶瓷層160依次層疊設置於所述基底110的一外延生長表面112，且所述緩衝層116與所述基底110相鄰設置。所述第一電極124與所述第一半導體層120電連接。所述第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
本實施例提供的發光二極體20與本發明第一實施例提供的發光二極體10的結構相似，其區別在於，本實施例提供的發光二極體20進一步包括一保護層150。所述保護層150設置於所述金屬陶瓷層160與第二半導體層140之間。
所述保護層150與所述第二半導體層140遠離基底110的表面和金屬陶瓷層160靠近基底110的表面直接接觸。所述保護層150的作用為保護金屬電漿產生層160產生的金屬電漿不被轉換成熱。由於金屬電漿的等效折射率為一複數，其包括一實部和一虛部。當金屬電漿的虛部較大時，金屬電漿較容易轉化成熱。通過選用低折射率材料作為保護層150，可使金屬電漿的等效折射率的實部和虛部同時減少，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。優選地，所述保護層
150的材料的折射率的範圍為1.2至1.5。優選地，所述保護層150的材料的折射率的範圍為1.3至1.4。優選地，所述保護層150的材料的折射率的範圍為1.4至1.5。所述保護層150的材料可為二氧化矽、氟化鎂(MgF2)或氟化鋰(LiF)。本實施例中，所述保護層150的材料為二氧化矽，折射率為1.5。
所述保護層150的厚度依據實際應用選擇。所述保護層150的厚度範圍為5奈米到40奈米。優選地，所述保護層150的厚度範圍為5奈米到10奈米。優選地，所述保護層150的厚度範圍為10奈米到20奈米。優選地，所述保護層150的厚度範圍為20奈米到30奈米。優選地，所述保護層150的厚度範圍為30奈米到40奈米。通過選擇合適厚度的所述保護層150，可使金屬陶瓷層160和活性層130之間的距離較近，金屬陶瓷層160和活性層130之間的相互作用較強，使活性層130產生較多的光子。本實施例中所述保護層150的厚度為20奈米。
上述第三實施例提供的發光二極體20的有益效果為：金屬陶瓷層160與第二半導體層140之間均設置有保護層150，通過選用低折射率材料作為保護層150，可使金屬電漿的等效折射率的實部和虛部同時減少，從而使金屬電漿的熱損耗減少，並且傳播的路程更遠，進而提高發光二極體20的出光率。
請參閱圖5，本發明第四實施例提供第三實施例的所述橫向結構的發光二極體20的製備方法，其包括以下步驟：步驟S10：提供一基底110，該基底110具有一外延生長面112；步驟S20：在基底110的外延生長面112依次外延生長一緩衝層116
、一第一半導體層120、一活性層130以及一第二半導體層140；步驟S50：形成一保護層150於所述第二半導體層140遠離基底110的表面；步驟S30：形成一金屬陶瓷層160於所述保護層150遠離基底110的表面；步驟S40：製備一第一電極124與所述第一半導體層120電連接，製備一第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
本發明第四實施例提供的發光二極體20的製備方法與本發明第二實施例提供的發光二極體10的製備方法相似，其區別在於，進一步包括一形成一保護層150於所述第二半導體層140遠離基底110的表面的步驟S50，且該步驟S50在步驟S20之後在步驟S30之前進行。
所述製備保護層150的方法依據保護層150具體材料而定，具體地可為電子束蒸發、磁控濺射或化學氣相沈積等方法。本實施例中，所述保護層150的材料係二氧化矽。本實施例中，採用化學氣相沈積的方法在所述第二半導體層140上沈積一層二氧化矽薄膜。該二氧化矽薄膜用作保護層150。該保護層150的厚度為30奈米。
請參閱圖6，本發明第五實施例提供又一種橫向結構的發光二極體30，其包括：一基底110、一第一半導體層120、一活性層130、一第二半導體層140、保護層150、一金屬陶瓷層160、一第一電極124以及一第二電極144。所述第一半導體層120、所述活性層130、所述第二半導體層140、保護層150及所述金屬陶瓷層160
依次層疊設置於所述基底110的一外延生長表面112，且所述第一半導體層120與所述基底110相鄰設置。所述第一電極124與所述第一半導體層120電連接。所述第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
本實施例提供的發光二極體30與本發明第三實施例提供的發光二極體20的結構相似，其區別在於，本實施例提供的發光二極體30不包括緩衝層116，此時所述第一半導體層120直接設置在基底110的外延生長面112。
請參閱圖7，本發明第六實施例提供還一種橫向結構的發光二極體40，其包括：一基底110、一緩衝層116、一第一半導體層120、一活性層130、一第二半導體層140、保護層150、一金屬陶瓷層160、一第一電極124以及一第二電極144。所述緩衝層116、所述第一半導體層120、所述活性層130、所述第二半導體層140、保護層150及所述金屬陶瓷層160依次層疊設置於所述基底110的一外延生長表面112，且所述緩衝層116與所述基底110相鄰設置。所述第一電極124與所述第一半導體層120電連接。所述第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
本實施例提供的發光二極體40與本發明第三實施例提供的發光二極體20的結構相似，其區別在於，本實施例提供的發光二極體40進一步包括複數三維奈米結構。本實施例中，複數三維奈米結構形成於所述第二半導體層140遠離基底110的表面，設置於第二半導體層140之上的保護層150以及金屬陶瓷層160也隨著形成於第二半導體層140遠離基底110的表面的三維奈米結構的起伏而起伏。
可以理解地，所述三維奈米結構還可形成於所述基底110的靠近活性層130、基底110遠離活性層130的表面、緩衝層116的遠離基底110的表面、所述第一半導體層120的遠離基底110的表面、活性層130遠離基底110的表面、第二半導體層140的遠離基底110的表面、保護層150的遠離基底110的表面或者金屬陶瓷層160的遠離基底110的表面，此時形成於三維奈米結構之上的各層也隨著三維奈米結構的起伏而起伏，進而三維奈米結構之上的各層的靠近基底110的表面和遠離基底110的表面均形成有三維奈米結構。
所述設置於第二半導體層140遠離基底110表面的複數三維奈米結構並排延伸形成圖案化的表面，每個三維奈米結構沿其延伸方向上的橫截面為M形。請參閱圖8，為了便於描述，將該第二半導體層140區分為一本體部份140a及一由該本體部份140a向遠離該本體部份140a方向延伸的一凸起部份140b，所述本體部份140a與該凸起部份140b通過一“介面”整體分開，所述介面形成所述本體部份140a的表面。可以理解，所述“介面”係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140的靠近基底110的表面。所述三維奈米結構143為一凸起結構，所述凸起結構為從所述第二半導體層140的本體部份140a向遠離所述本體部份140a的方向突出的凸起實體。所述三維奈米結構143與所述第二半導體層140的本體部份140a為一體成型結構，即所述三維奈米結構143與所述第二半導體層140的本體部份140a之間無間隔的形成一體結構。在平行於所述基底110表面的水平面內，所述複數三維奈米結構143的延伸方向相同，且在所述三維奈米結構143的延伸的方向上，所述三維奈米結構143的橫截面為一M形。換個角度說，所述複數三維奈米結構143為形成於本體部份140a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143可在第二半導體層140的本體部份140a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140a的表面。所述“並排”係指所述相鄰的兩個三維奈米結構143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(不包括0的點)至200奈米。請一併參閱圖9，在本實施例中，所述三維奈米結構143為一條形凸起結構，所述複數三維奈米結構143在第二半導體層140的本體部份140a上以陣列形式分佈，形成所述第二半導體層140的遠離基底110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140a。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140的本體部份140a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140的本體部份140a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143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143為一M形三維奈米結構143。所述三維奈米結構143包括一第一凸棱1132及一第二凸棱1134，所述第一凸棱1132與第二凸棱1134並排延伸，相鄰的第一凸棱1132與第二凸棱1134之間具有一第一凹槽1136，相鄰的三維奈米結構143之間形成第二凹槽1138，所述第一凹槽1136的深度小於第二凹槽1138的深度。所述第一凸棱1132及第二凸棱1134的橫截面分別為錐形，所述第一凸棱1132與第二
凸棱1134形成一雙峰凸棱結構。所述第一凸棱1132與第二凸棱1134的高度可為150奈米至200奈米。所述第一凹槽1136的深度可為30奈米至120奈米，所述第二凹槽1138的深度可為100奈米至200奈米。本實施例中，所述第一凹槽1136的深度為80奈米，所述第二凹槽1138的深度為180奈米。可以理解地，所述第二半導體層140的厚度應該大於三維奈米結構143的凸棱高度以及凹槽的深度。本實施例中，為了適應該三維奈米結構143的凸棱和凹槽的尺寸，所述第二半導體層140的厚度為210奈米。所述緩衝層116的厚度為20奈米，第一半導體層120的厚度為1260奈米，活性層130的厚度為10奈米，第二半導體層140的厚度為210奈米，因此，四者之和為1500奈米。可以理解地，當所述三維奈米結構143形成於發光二極體40中的任一層的表面時，可通過調整三維奈米結構143的層的厚度或調整三維奈米結構143的尺寸，使形成有三維奈米結構143的層與所述三維奈米結構143的尺寸相配合。為了清楚地說明該問題，我們定義一第一三維奈米結構，該第一三維奈米結構係指由所述基底110指向所述金屬陶瓷層160的方向上，出現的第一個由複數三維奈米結構組成的一平面結構，該平面結構即定義為第一三維奈米結構。第一三維奈米結構係蝕刻而形成，第一三維奈米結構係通過蝕刻發光二極體40中的某一層而形成，之後的各層直接在第一三維奈米結構之上生長，不需蝕刻，各層生長結束自然隨著第一三維奈米結構的起伏而起伏，從而各層具有三維奈米結構。故，形成有第一三維奈米結構的層的厚度應該大於三維奈米結構的凸棱和凹槽的厚度，從而使該層不被蝕刻形成通孔，然直接生長於三維奈米結構之上的各層的厚度不受限制。所述第一三維奈米結構還可形成於所述基底110的靠近
活性層130、基底110遠離活性層130的表面、所述第一半導體層120的遠離基底110的表面、活性層130遠離基底110的表面、第二半導體層140的遠離基底110的表面、保護層150的遠離基底110的表面或者金屬陶瓷層160的遠離基底110的表面。
具體的，以所述保護層150和所述第二半導體層140的接觸面為例說明形成於相接觸的兩個表面上的三維奈米結構的位置關係：所述保護層150與所述第二半導體層140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保護層150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140中所述凸起實體的三維奈米結構143相嚙合，進而形成一W形的凹進空間。所述“嚙合”係指，所述保護層150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143中的第一凸棱1132及第二凸棱1134相配合；所述凸棱與所述三維奈米結構143中的第一凹槽1136及第二凹槽1138相配合，從而所述保護層150與所述第二半導體層140具有三維奈米結構143的表面無間隙的複合。因此，所述保護層150遠離基底110的表面、所述保護層150靠近基底110的表面、金屬陶瓷層160的靠近基底110的表面以及所述金屬陶瓷層160的遠離基底110的表面均為複數三維奈米結構並排延伸形成的圖案化的表面。所述保護層150靠近基底110的表面和金屬陶瓷層160的靠近基底110的表面上的每個三維奈米結構沿其延伸方向上的橫截面為W形。所述保護層150和金屬陶瓷層160的遠離基底110的表面上的每個三維奈米結構沿其延伸方向上的橫截面為M形。
當所述半導體結構10不包括所述保護層150時，所述金屬陶瓷層
160直接形成於第二半導體層140遠離基底110的表面。此時，所述金屬陶瓷層160靠近基底110的表面同第二半導體層140遠離基底110的表面相嚙合。所述金屬陶瓷層160靠近基底110的表面也形成有複數三維奈米結構，所述金屬陶瓷層160遠離基底110的表面也形成有複數三維奈米結構。故，無論係否存在所述保護層150，所述金屬陶瓷層160靠近基底110的表面均形成有複數三維奈米結構。
進一步地，由於所述保護層150和金屬陶瓷層160的厚度較薄，因此，保護層150、金屬陶瓷層160不易將形成於所述第二半導體層140遠離基底110表面的三維奈米結構143填平。
本實施例提供的發光二極體40的有益效果係：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40的出光效率；第二，所述三維奈米結構使得金屬陶瓷層160靠近基底110的表面和遠離基底110的表面也形成有三維奈米結構，該金屬陶瓷層160表面的原有的隨機的粗糙被放大為規則的起伏，該起伏的深淺為20奈米至30奈米，使得金屬陶瓷層160表面產生更多的散射，從而使得金屬陶瓷層160中產生的金屬電漿可以更容易地從金屬陶瓷層160中釋放出來，從而提高了所述發光二極體40的發光效率；第三，通過在所述活性層130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130與第一半導體層120及第二半導體層140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40的發光效率，製備方法簡單，效率高；以及第四，當所述三維奈米
結構設置於基底110的遠離活性層的表面時，可有助於活性層130中產生的大角度光更好地出射。
本發明第七實施例提供第六實施例的所述橫向結構的發光二極體40的製備方法，其包括以下步驟：步驟S10：提供一基底110，該基底110具有一外延生長面112；步驟S20：在基底110的外延生長面112依次外延生長一緩衝層116、一第一半導體層120、一活性層130以及一第二半導體層140；步驟S60：形成複數三維奈米結構143於所述第二半導體層140遠離基底110的表面；步驟S50：形成一保護層150於所述第二半導體層140遠離基底110的表面；步驟S30：形成一金屬陶瓷層160於所述保護層150遠離基底110的表面；步驟S40：製備一第一電極124與所述第一半導體層120電連接，製備一第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
本發明第七實施例提供的發光二極體40的製備方法與本發明第四實施例提供的發光二極體20的製備方法相似，其區別在於，進一步包括形成三維奈米結構於所述第二半導體層140遠離基底110的表面的步驟S60，且該步驟S60在步驟S20之後在步驟S50之前進行。所述步驟S60中所述形成複數三維奈米結構於所述第二半導體層140的遠離基底110的表面的方法包括以下步驟：步驟S601，在所述第二半導體層140的表面設置一光罩層；
步驟S602，奈米壓印並蝕刻所述光罩層，使所述光罩層圖形化；步驟S603，蝕刻所述第二半導體層140，使所述第二半導體層140的表面圖形化，形成複數三維奈米結構預製體；步驟S604，去除所述光罩層，形成所述複數三維奈米結構。
在步驟S601中，所述光罩層可為一單層結構或複合層結構。本實施例中，所述光罩層為一複合層結構，所述複合層結構包括一第一光罩層及一第二光罩層，所述第一光罩層及第二光罩層依次層疊設置於所述第二半導體層140表面，所述第一光罩層的材料為ZEP520A，第二光罩層的材料為HSQ(hydrogen silsesquioxane)。
在步驟S602中，通過奈米壓印及蝕刻所述光罩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1136。
步驟(b)，將範本具有奈米圖形的表面與所述第二光罩層貼合，並在常溫下擠壓所述範本與第二半導體層140後，脫模。
步驟(c)，通過蝕刻去除所述凹槽底部的第二光罩層，露出第一光罩層。
步驟(d)，去除與所述第二光罩層的凹槽對應位置處的部份第一光罩層，露出第二半導體層140，形成圖形化的所述光罩層。所述“圖形化”係指所述光罩層在第二半導體層140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140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140的表面。
在步驟S603中，蝕刻所述第二半導體層140，使所述第二半導體層140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140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140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，與光罩層中溝槽部份第二半導體層140被氣體所蝕刻去除，從而在第二半導體層140的表面形成一凹槽。
本實施例中，所述第二半導體層140的蝕刻主要包括以下步驟：
步驟一，所述蝕刻氣體對未被光罩層覆蓋的第二半導體層140表面進行蝕刻，在第二半導體層140表面形成複數凹槽，所述凹槽的深度基本相同。
步驟二，在所述電漿的轟擊作用下，所述光罩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140的
蝕刻速率逐漸減小，從而在第二半導體層140表面形成所述第一凹槽1136，在未發生閉合的兩個凸起結構之間，形成第二凹槽1138，且形成的所述第二凹槽1138的深度大於所述第一凹槽1136的深度。
在第一步驟中，所述蝕刻氣體對未被光罩層覆蓋的第二半導體層140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140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光罩層中所述凸起結構的頂端(即遠離第二半導體層140表面的一端)進行蝕刻。並且，由於所述光罩層遠離第二半導體層140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。
在第二步驟中，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140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140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140進行蝕刻，從而在第二半導體層140的表面形成所述第一凹槽1136。同時，在未發生閉合的兩個凸起結構之間，所述蝕刻氣體可以繼續對所述第二半導體層140進行蝕刻，進而形成第二凹槽1138，因此該位置處第二凹槽1138的深度，大於所述第一凹槽1136的深度，從而形成所述三維奈米結構預製體。
在步驟S604中，所述光罩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，溶解所述光罩層等方法去除，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。
可以理解地，所述三維奈米結構還可形成於第一半導體層120的遠離基底110的表面、第一半導體層120的靠近基底110的表面、活性層130遠離基底110的表面、第二半導體層140遠離基底110的表面、第一電極124的靠近基底110的表面、第一電極124遠離基底110的表面、保護層150遠離基底110的表面或者金屬陶瓷層160遠離基底110的表面。
本發明第七實施例提供的所述發光二極體40的製備方法具有以下優點：其一，本發明通過奈米壓印及蝕刻的方法在所述第二半導體層140表面設置複數三維奈米結構形成一三維奈米結構陣列，其可在室溫下進行壓印，且範本無須預先處理，使得該方法工藝簡單，成本低；其二，對所述第二半導體層140進行蝕刻並使所述光罩層中的凸起結構兩兩閉合，可方便的製備大面積週期性的M形三維奈米結構，形成一大面積的三維奈米結構陣列，從而提
高了所述發光二極體40的產率；其三，通過在第二半導體層140表面形成複數三維奈米結構，從而使得所述活性層130與該第二半導體層140接觸的表面形成一圖形化的表面，進而增加了所述活性層130與所述第二半導體層140的接觸面積，提高了所所述光子的耦合效率，從而提高了所述發光二極體40的發光效率。
請參閱圖10，本發明第八實施例提供還一種橫向結構的發光二極體50，其包括：一基底110、一緩衝層116、一第一半導體層120、一活性層130、一第二半導體層140、一保護層150、一金屬陶瓷層160、一反射元件170、一第一電極124以及一第二電極144。所述緩衝層116、所述第一半導體層120、所述活性層130、所述第二半導體層140、保護層150、所述金屬陶瓷層160及所述反射元件170依次層疊設置於所述基底110的一外延生長表面112，且所述緩衝層116與所述基底110相鄰設置。所述第一電極124與所述第一半導體層120電連接。所述第二電極144與所述第二半導體層140電連接。
本實施例提供的發光二極體50與本發明第三實施例提供的發光二極體20的結構相似，其區別在於，本實施例提供的發光二極體50進一步包括具有一反射元件170設置於金屬陶瓷層160的遠離活性層130的表面。
該反射元件170可使由金屬陶瓷層160出射的光線被反射至基底110，進而從基底110的表面出射。反射元件170可為一反射層。所述反射層170與所述金屬陶瓷層160相互接觸設置。所述反射元件170由一連續的具有面狀結構的金屬材料層構成。該金屬材料可為鋁、金、銅及銀中的一種或上述任意組合的合金。該反射元
件170的厚度不限，以盡可能多的反射由金屬陶瓷層160出射的光為優。優選地，該反射元件170的厚度大於20微米。本實施例中該反射元件170的材料為銀，厚度為20奈米。所述反射元件170可通過真空蒸鍍或磁控濺射等方法形成。此時，所述第一電極124與所述第二電極144也由光反射材料構成。
所述反射元件170還可為設置於金屬陶瓷層160的表面的複數微結構。所述微結構為凹槽或凸起。所述微結構的形狀為V形、圓柱形、半圓球形、金字塔形以及削去尖端部份的金字塔形中的一種或幾種。該微結構在所述金屬陶瓷層160的表面均勻分佈。進一步地，所述反射元件170還可包括一反射材料，該反射材料設置於所述微結構表面。所述反射材料為鋁、金、銅及銀中的一種或上述任意組合的合金。所述反射材料可通過真空蒸鍍或磁控濺射等方法形成於所述微結構表面。
所述反射元件170設置於所述金屬陶瓷層160的表面，可使活性層130中產生的光全部由基底110的表面出射。
本實施例提供的發光二極體50具有以下有益效果：所述反射元件170可使來自活性層130的光被反射至基底110處，從而使光線集中從基底110表面出射，因此，發光二極體50在基底110表面的出光效果較好。
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‧‧‧發光二極體
110‧‧‧基底
112‧‧‧外延生長面
116‧‧‧緩衝層
120‧‧‧第一半導體層
124‧‧‧第一電極
130‧‧‧活性層
140‧‧‧第二半導體層
144‧‧‧第二電極
160‧‧‧金屬陶瓷層
Claims (17)
- 一種發光二極體，其包括：一基底、一第一半導體層、一活性層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極，所述第一半導體層、活性層以及第二半導體層依次層疊設置於所述基底的一表面，且所述第一半導體層靠近基底設置，所述第一電極與所述第一半導體層電連接，所述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金屬陶瓷層設置於所述第二半導體層遠離基底的表面並與該表面接觸，所述金屬陶瓷層用以產生金屬電漿。
- 如請求項第1項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷層的折射率為一複數，且該複數的虛部大於或者小於零，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個負數。
- 如請求項第1項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷層為金屬材料和電介質材料構成的複合材料層。
- 如請求項第3項所述的發光二極體，其中，所述金屬材料為金、銀、鋁、銅、金銀合金、金鋁合金或銀鋁合金。
- 如請求項第3項所述的發光二極體，其中，所述電介質材料包括二氧化矽、矽以及陶瓷材料中的一種。
- 如請求項第3項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷層中所述電介質材料所占的質量百分比小於等於40%。
- 如請求項第3項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷層的成分包括二氧化矽和銀。
- 如請求項第7項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷層中所述二氧化矽所占的質量百分比為20%。
- 如請求項第1項所述的發光二極體，其中，所述金屬陶瓷層的厚度為大於等於50奈米。
- 如請求項第1項所述的發光二極體，其中，所述第二半導體層的厚度為5奈米至20奈米。
- 如請求項第1項所述的發光二極體，其中，進一步包括一保護層設置於所述金屬陶瓷層與所述第二半導體層之間。
- 如請求項第1項所述的發光二極體，其中，進一步包括複數三維奈米結構設置於所述第一半導體層、活性層、第二半導體層或金屬陶瓷層的遠離基底的表面。
- 如請求項第12項所述的發光二極體，其中，所述複數三維奈米結構並排延伸，每一所述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。
- 如請求項第12項所述的發光二極體，其中，每個三維奈米結構沿其延伸方向上的橫截面為M形。
- 如請求項第11項所述的發光二極體，其中，所述保護層的材料為二氧化矽、氟化鎂或氟化鋰。
- 如請求項第11項所述的發光二極體，其中，所述保護層的厚度為5奈米至40奈米。
- 如請求項第11項所述的發光二極體，其中，所述保護層的折射率的範圍為1.2至1.5。
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