CN108258090A - 一种led外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED外延结构及其制备方法，LED外延结构包括：衬底；位于衬底上的第一类型外延层；位于第一类型外延层上的调节层，调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，其中，N为大于等于3的整数；位于调节层上的量子阱结构层；位于量子阱结构层上的第二类型外延层。因在第一类型外延层和量子阱结构层之间加入了调节层，调节层的第一势阱层中含In的组分和/或第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，能改善外延层的晶体质量和应力状态，有效改善大电流下载流子泄露的问题，提升LED的亮度。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光领域，特别是涉及一种LED外延结构及其制备方法。
背景技术
随着科技进步和新型能源发展，发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)的应用越来越广泛，诸如商业照明、舞台灯、汽车头灯或袖珍投影机等高端大功率高亮度LED的应用。在高端大功率LED的应用中，LED需要在大电流下工作，而LED的发光效率却会随着电流的上升而减弱，影响LED的亮度。
因此，为了解决上述问题，有必要提供一种LED外延结构及其制备方法，来提升大电流下LED的亮度。
发明内容
本发明针对LED的发光效率会随着电流上升而减弱的现象，提供一种LED外延结构及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LED外延结构，包括：
衬底；
第一类型外延层，位于所述衬底上；
调节层，位于所述第一类型外延层上，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化；
量子阱结构层，位于所述调节层上，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；
第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上；其中，
N为大于等于3的整数。
进一步的，在所述LED外延结构中，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化。
较佳的，在所述LED外延结构中，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势阱层中含In的组分呈先递减后递增的变化。
较佳的，在所述LED外延结构中，所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化。
较佳的，在所述LED外延结构中，所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致。
较佳的，在所述LED外延结构中，所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1-yN，其中In的组分x在0～25％之间，Al的组分y在0～40％之间。
进一步的，在所述LED外延结构中，所述第一势阱层的厚度在1.0nm～3.0nm之间，所述第一势垒层的厚度在2.0nm～4.0nm之间。
进一步的，所述LED外延结构还包括一成核层，所述成核层位于所述衬底和所述第一类型外延层之间。
进一步的，在所述LED外延结构中，所述第一类型外延层包括位于所述衬底上且自下至上层叠的未掺杂氮化物层和N型氮化物层。
进一步的，在所述LED外延结构中，所述第二类型外延层包括位于所述量子阱结构层上且自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型氮化物层。
进一步的，在所述LED外延结构中，所述衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、氮化铝衬底、硅衬底或碳化硅衬底。
根据本发明的另一面，本发明还提供一种LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长第一类型外延层；
在所述第一类型外延层上生长调节层，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，其中，N为大于等于3的整数；
在所述调节层上生长量子阱结构层，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；
在所述量子阱结构层上生长第二类型外延层。
进一步的，在所述的制备方法中，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化。
较佳的，在所述的制备方法中，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势阱层中含In的组分呈先递减后递增的变化。
较佳的，在所述的制备方法中，所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化。
较佳的，在所述的制备方法中，所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致。
较佳的，在所述的制备方法中，所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1- yN，其中In的组分x在0～25％之间，Al的组分y在0～40％之间。
进一步的，在所述的制备方法中，所述第一势阱层的厚度在1.0nm～3.0nm之间，所述第一势垒层的厚度在2.0nm～4.0nm之间。
进一步的，在所述的制备方法中，所述调节层的生长温度在700摄氏度～900摄氏度之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的第一类型外延层；位于所述第一类型外延层上的调节层，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，其中，N为大于等于3的整数；位于所述调节层上的量子阱结构层，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；位于所述量子阱结构层上的第二类型外延层。因在所述第一类型外延层和所述量子阱结构层之间加入了调节层，所述调节层的第一势阱层中含In的组分和/或第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，材料组分的变化相应的改变外延层的晶格常数，不同晶格常数的外延层堆叠会产生相应的应力，则所述调节层可以改善后续量子阱结构层和第二类外延层的晶体质量和应力状态，同时，也可以作为电子迁移的缓冲层，能有效改善大电流下载流子泄露的问题，从而提高LED在大电流下的发光效率，提升LED的亮度。
进一步的，在所述LED外延结构的调节层中，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势阱层中含In的组分呈先递减后递增的变化；所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化；以及所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致。这样，所述调节层中所述第一势阱层中含In的组分和所述第一势垒层中含Al的组分呈有规律的变化，能够使层叠结构的调节层达到最大最好的改变后续外延层应力状态的效果，从而最大程度上改善大电流下载流子泄露的问题，进一步提高LED的发光效率，提升LED的亮度。
附图说明
图1为本发明一种LED外延结构的制备方法的流程图；
图2至图6为本发明实施例1中一种LED外延结构的制备方法的各工艺步骤中外延结构的示意图；
图7为本发明实施例2中一种LED外延结构的制备方法中对应的部分外延结构的示意图；
图8为本发明实施例3中一种LED外延结构的制备方法中对应的部分外延结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合流程图和示意图对本发明的一种LED外延结构及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供一种LED外延结构，包括：
衬底；
第一类型外延层，位于所述衬底上；
调节层，位于所述第一类型外延层上，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化；
量子阱结构层，位于所述调节层上，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；
第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上；其中，
N为大于等于3的整数。
相应的，本发明还提供了一种LED外延结构的制备方法，如图1所示：所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1、提供一衬底；
步骤S2、在所述衬底上生长第一类型外延层；
步骤S3、在所述第一类型外延层上生长调节层，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，其中，N为大于等于3的整数；
步骤S4、在所述调节层上生长量子阱结构层，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；
步骤S5、在所述量子阱结构层上生长第二类型外延层。
本发明在所述第一类型外延层和所述量子阱结构层之间加入了调节层，所述调节层的第一势阱层中含In的组分和/或第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，材料组分的变化相应的改变外延层的晶格常数，不同晶格常数的外延层堆叠会产生相应的应力，则所述调节层可以改善后续量子阱结构层和第二类外延层的晶体质量和应力状态，同时，也可以作为电子迁移的缓冲层，能有效改善大电流下载流子泄露的问题，从而提高LED在大电流下的发光效率，提升LED的亮度。
以下列举所述一种LED外延结构及其制备方法的实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
实施例1：
请参阅图1，首先，执行步骤S1，提供一衬底10，如图2所示。所述衬底10可以为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、氮化铝衬底、硅衬底或碳化硅衬底等，本实施例的衬底10优选为蓝宝石衬底。
然后，如图1所示，执行步骤S2，在衬底10上生长第一类型外延层12，如图3所示。外延生长方法可以选用MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法、CVD(化学气相沉积)方法、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)方法、MBE(分子束外延)方法或HVPE(氢化物气相外延)方法等，本实施例中，外延生长方法可以优选MOCVD方法，在此并不做限定。在实际外延生长过程中，为了改善LED外延生长的晶体质量，在所述第一类型外延层12和所述衬底10之间还会形成以提高晶格匹配度的成核层11，所述成核层11的材料可以是GaN、AlGaN和InAlGaN中的至少一种，具体不做限制，所述成核层11的生长温度可以在500摄氏度～900摄氏度之间，反应腔的压力可以在100Torr～600Torr之间，所述成核层11的厚度约为10nm～40nm。
较佳的，本实施例中，所述第一类型外延层12包括生长在所述成核层11上且自下至上层叠的未掺杂氮化物层120和N型氮化物层121，所述未掺杂氮化物层120能够减少由于衬底10和N型氮化物层121之间的晶格常数差导致的晶格失配度，而且所述未掺杂氮化物层120能够增强形成在该层上的半导体层的结晶性能。优选的，所述未掺杂氮化物层120的材质可以为GaN、AlGaN和InAlGaN中的至少一种，所述未掺杂氮化物层120的生长温度可以在900摄氏度～1200摄氏度之间,反应腔的压力可以在100Torr～600Torr之间，所述未掺杂氮化物层120的厚度为2.0um～4.0um；所述N型氮化物层121的材质也可以为GaN、AlGaN和InAlGaN中的至少一种，所述N型氮化物层121的生长温度可以在1000摄氏度～1200摄氏度之间，反应腔的压力可以在100Torr～400Torr之间，所述N型氮化物层121的厚度为2.0um～4.0um，所述N型氮化物层121的Si掺杂浓度为1.5e19cm-3～3e19cm-3。
接着，如图1所示，执行步骤S3，在所述第一类型外延层12上生长调节层13，如图4所示。所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，N为大于等于3的整数，所述调节层13的生长温度可以控制在700摄氏度～900摄氏度之间，如800摄氏度或850摄氏度等，所述第一势阱层的厚度为1.0nm～3.0nm，所述第一势垒层的厚度为2.0nm～4.0nm。所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1-yN，其中In的组分x在0～25％之间，Al的组分y在0～40％之间。
较佳的，本实施例中，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，所述第一势垒层中含Al的组分不变。并且，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化。详细的，本实施例中，以所述调节层13由5个周期层叠InxGa1-xN层和AlyGa1-yN层组成，其中，5个周期中的AlyGa1-yN层131含Al的组分y保持不变，如y可取10％、20％或30％等；而5个周期中的InxGa1-xN层含In的组分x呈先递增后递减的变化(即所述第一势阱层中含In的组分为一个呈抛物线型的周期渐变式变化)，如5个周期中InxGa1-xN层含In的组分x依次为1％、12％、24％、12％、1％，即所述调节层13的第一个周期中InxGa1-xN层130含In的组分x为1％；第二个周期中InxGa1-xN层130′含In的组分x为12％；第三个周期中InxGa1-xN层含In的组分x为24％；第四个周期中InxGa1-xN层的In的组分x为12％；第五个周期中InxGa1-xN层含In的组分x为1％。
接下来，如图1所示，执行步骤S4，在所述调节层13上生长量子阱结构层14，如图5所示，所述量子阱结构层14包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层。所述量子阱结构层14可以由6～12组周期层叠的第二势阱层和第二势垒层组成。所述第二势阱层的厚度为2.0nm～4.0nm，所述第二势垒层的厚度为4.0nm～7.0nm，所述量子阱结构层14的生长温度在700摄氏度～900摄氏度之间，所述第二势阱层的材质可以是包含In元素的InGaN、InAlGaN等三元或四元材料，其中，In的组分可以在0～30％之间；所述第二势垒层可以但不限于AlGaN层，其中，Al的组分可以在0～20％之间。
最后，如图1所示，执行步骤S5，在所述量子阱结构层14上生长第二类型外延层15，相应地得到LED外延结构，如图6所示。本实施例中，所述第二类型外延层15包括但不限于生长在所述量子阱结构层14上且自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型氮化物层。具体的，P型电子阻挡层的作用是阻挡量子阱内的电子进入P型区，以增大电子在量子阱区与空穴的复合效率，即可以提高量子阱的内量子效率。所述P型电子阻挡层为P型AlGaN、P型InAlGaN和P型AlGaN/GaN中的至少一种，所述P型电子阻挡层可以为超晶格结构，所述P型电子阻挡层的厚度为30nm～70nm，Mg掺杂浓度为2e19cm-3～1.5e20cm-3。P型氮化物层的厚度为40nm～80nm，所述P型氮化物层的Mg掺杂浓度为5e19cm-3～1.5e21cm-3。
通过上述制备方法得到的LED外延结构包括：衬底10；位于所述衬底10上的成核层11；位于所述成核层11上的第一类型外延层12，所述第一类型外延层12包括未掺杂氮化物层120和N型氮化物层121；位于所述第一类型外延层12上的调节层13，所述调节13层包括5个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第5个周期，所述第一势阱层中含In的组分为一个呈抛物线型的周期渐变式变化，所述第一势垒层中含Al的组分保持不变；位于所述调节层13上的量子阱结构层14；以及位于所述量子阱结构层14上的第二类型外延层15，所述第二类型外延层15包括位于在所述量子阱结构层14上且自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型氮化物层。显然，所述LED外延结构并不限于通过上述制备方法得到。
当然，本实施例中，仅仅列举了所述第一势阱层中含In的组分x呈先等差递增后等差递减的变化，即所述第一势阱层中含In的组分为一个呈抛物线型的周期渐变式变化，本领域普通技术人员在上述基础上，还可以对所述第一势阱层中含In的组分x作出其他的设置，如：在N个周期中，所述第一势阱层中含In的组分x为两个以上呈抛物线型的周期渐变式变化；另外，所述周期渐变式变化还可以包括所述含In的组分x呈先非等差递增后非等差递减的变化；以及包括所述含In的组分x呈先递减后递增的变化，在此不做赘述。
本实施例中，因在所述调节层13的第一势阱层中含In的组分呈一定的规律变化，则所述调节层13中的第一势阱层可以起到调节后续外延层的晶体质量和应力状态，同时，所述调节层13能作为电子迁移的缓冲层，能有效改善大电流下载流子泄露的问题，从而提高LED在大电流下的发光效率，提升LED的亮度。
实施例2：
请参阅图7，其中与图2-图6相同的参考标号表示与第一实施方式相同的结构。所述第二实施例的制备方法与所述第一实施例的制备方法基本相同，其区别在于：在步骤S3中，如图7所示，所述调节层13′包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，N为大于等于3的整数，所述调节层13′的生长温度可以控制在700摄氏度～900摄氏度之间，如800摄氏度或850摄氏度等；所述第一势阱层的厚度为1.0nm～3.0nm，所述第一势垒层的厚度为2.0nm～4.0nm。所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1-yN，其中In的组分x在0～25％之间，Al组分的y在0～40％之间。
较佳的，本实施例中，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分不变，所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化。并且，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化，所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化。详细的，本实施例中，以所述调节层13′由5个周期层叠InxGa1-xN层和AlyGa1-yN层组成，5个周期中的InxGa1-xN层130含In的组分x保持不变，如x可取10％、15％或20％等；而5个周期中的AlyGa1-yN层含Al的组分y呈先递减后递增的变化(即所述第一势垒层中含Al的组分为一个呈抛物线型的周期渐变式变化)，如5个周期中AlyGa1-yN层含Al的组分y依次为36％、18％、1％、18％、36％，即所述调节层13′的第一个周期中AlyGa1-yN层131含Al的组分y为36％；第二个周期中AlyGa1-yN层131′含Al的组分y为18％；第三个周期中AlyGa1-yN层含Al的组分y为1％；第四个周期中AlyGa1-yN层含Al的组分y为18％；第五个周期中AlyGa1-yN层含Al的组分y为36％。
其他步骤的制备方法可参阅实施例1的描述，在此不做赘述。显然，本实施例中，也仅仅列举了所述第一势垒层中含Al的组分y呈先等差递减后等差递增的变化，即所述第一势垒层中含Al的组分为一个呈抛物线型的周期渐变式变化，本领域普通技术人员在上述基础上，还可以对所述第一势垒层中含Al的组分y作出其他的设置，如：在N个周期中，所述第一势垒层中含Al的组分y为两个以上呈抛物线型的周期渐变式变化；另外，所述周期渐变式变化还可以包括所述Al的组分y呈先非等差递减后非等差递增的变化；以及包括所述含Al的组分y呈先递增后递减的变化，在此不一一举例说明。
本实施例中，因所述调节层13′的第一势垒层中含Al的组分呈一定的规律变化，则所述调节层13′中的第一势垒层可以起到调节后续外延层的晶体质量和应力状态，同时，所述调节层13′能作为电子迁移的缓冲层，能有效改善大电流下载流子泄露的问题，从而提高LED在大电流下的发光效率，提升LED的亮度。
实施例3：
请参阅图8，其中与图2-图6相同的参考标号表示与第一实施方式相同的结构。所述第三实施例的制备方法与所述第一实施例的制备方法基本相同，其区别在于：在步骤S3中，如图8所示，所述调节层13〞包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，N为大于等于3的整数，所述调节层13〞的生长温度可以控制在700摄氏度～900摄氏度之间，如800摄氏度或850摄氏度等；所述第一势阱层的厚度为1.0nm～3.0nm，所述第一势垒层的厚度为2.0nm～4.0nm。所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1-yN，其中In组分x在0～25％之间，Al组分y在0～40％之间。
较佳的，本实施例中，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，且所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，所述渐变式变化包括至少一个抛物线型的周期渐变式变化，且所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致，所述渐变方式包括渐变趋势和渐变的周期数，如本实施例中列举所述周期渐变式变化为所述第一势阱层中含In的组分和所述第一势垒层中含Al的组分均呈先递增后递减的变化(即所述第一势阱层中含In的组分和所述第一势垒层中含Al的组分分别为一个呈抛物线型的周期渐变式变化)，且所述第一势阱层中含In的组分和所述第一势垒层中含Al的组分的变化周期一致。如以所述调节层13〞由5个周期层叠InxGa1-xN层和AlyGa1-yN层组成，5个周期中InxGa1-xN层含In的组分x依次为1％、12％、24％、12％、1％；5个周期中AlyGa1-yN层含Al的组分y依次为1％、18％、36％、18％、1％，即所述调节层13〞的第一个周期中InxGa1-xN层130含In的组分x为1％，AlyGa1-yN层131〞含Al的组分y为1％；第二个周期中InxGa1-xN层130′含In的组分x为12％，AlyGa1-yN层131′含Al的组分y为18％；第三个周期中InxGa1-xN层含In的组分x为24％，AlyGa1-yN层含Al的组分y为36％；第四个周期中InxGa1-xN层含In的组分x为12％，AlyGa1-yN层含Al的组分y为18％；第五个周期中InxGa1-xN层含In的组分x为1％，AlyGa1-yN层含Al的组分y为1％。
其他步骤的制备方法可参阅实施例1的描述，在此不做赘述。显然，本实施例中，仅仅列举了所述第一势阱层中含In的组分x呈先等差递增后等差递减的变化，且所述第一势垒层中含Al的组分y也呈先等差递增后等差递减的变化，即所述第一势阱层中含In的组分x和所述第一势垒层中含Al的组分y分别为一个呈抛物线型的周期渐变式变化，本领域普通技术人员在上述基础上，还可以对其作出其他的设置，如：在N个周期中，所述第一势阱层中含In的组分x和所述第一势垒层中含Al的组分y分别为两个以上呈抛物线型的周期渐变式变化；另外，所述周期渐变式变化还可以包括所述含In的组分x呈先非等差递增后非等差递减的变化，且所述含Al的组分y也呈先非等差递增后非等差递减；以及所述含In的组分x呈先递减后递增的变化，且所述含Al的组分y也呈先递减后递增的变化等；此外，所述第一势阱层中含In的组分x的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分y的渐变方式也可以为不一致，在此不一一举例说明。
本实施例中，因所述调节层13〞的第一势阱层中含In的组分和第一势垒层中含Al的组分均呈一定的规律变化，则所述调节层13〞可以起到调节后续外延层的晶体质量和应力状态，同时，所述调节层能作为电子迁移的缓冲层，能有效改善大电流下载流子泄露的问题，从而提高LED在大电流下的发光效率，提升LED的亮度。
综上，本发明所述的LED外延结构包括：衬底；位于所述衬底上的第一类型外延层；位于所述第一类型外延层上的调节层，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，其中，N为大于等于3的整数；位于所述调节层上的量子阱结构层，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；位于所述量子阱结构层上的第二类型外延层。因在所述第一类型外延层和所述量子阱结构层之间加入了调节层，所述调节层的第一势阱层中含In的组分和/或第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，材料组分的变化相应的改变外延层的晶格常数，不同晶格常数的外延层堆叠会产生相应的应力，则所述调节层可以改善后续量子阱结构层和第二类外延层的晶体质量和应力状态，同时，也可以作为电子迁移的缓冲层，能有效改善大电流下载流子泄露的问题，从而提高LED在大电流下的发光效率，提升LED的亮度。
进一步的，在所述LED外延结构的调节层中，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势阱层中含In的组分呈先递减后递增的变化；所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化；以及所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致。这样，所述调节层中所述第一势阱层中含In的组分和所述第一势垒层中含Al的组分呈有规律的变化，能够使层叠结构的调节层达到最大最好的改变后续外延层应力状态的效果，从而最大程度上改善大电流下载流子泄露的问题，进一步提高LED的发光效率，提升LED的亮度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (19)
1.一种LED外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
第一类型外延层，位于所述衬底上；
调节层，位于所述第一类型外延层上，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化；
量子阱结构层，位于所述调节层上，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；
第二类型外延层，位于所述量子阱结构层上；其中，
N为大于等于3的整数。
2.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化。
3.如权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势阱层中含In的组分呈先递减后递增的变化。
4.如权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化。
5.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致。
6.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1-yN，其中In的组分x在0～25％之间，Al的组分y在0～40％之间。
7.如权利要求6所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一势阱层的厚度在1.0nm～3.0nm之间，所述第一势垒层的厚度在2.0nm～4.0nm之间。
8.如权利要求1至7任意一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构还包括一成核层，所述成核层位于所述衬底和所述第一类型外延层之间。
9.如权利要求1至7任意一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一类型外延层包括位于所述衬底上且自下至上层叠的未掺杂氮化物层和N型氮化物层。
10.如权利要求1至7任意一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二类型外延层包括位于所述量子阱结构层上且自下至上层叠的P型电子阻挡层和P型氮化物层。
11.如权利要求1至7任意一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、氮化铝衬底、硅衬底或碳化硅衬底。
12.一种LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长第一类型外延层；
在所述第一类型外延层上生长调节层，所述调节层包括N个周期层叠的第一势阱层和第一势垒层，从第一个周期至第N个周期，所述第一势阱层中含In的组分呈渐变式变化，和/或所述第一势垒层中含Al的组分呈渐变式变化，其中，N为大于等于3的整数；
在所述调节层上生长量子阱结构层，所述量子阱结构层包括周期层叠的第二势阱层和第二势垒层；
在所述量子阱结构层上生长第二类型外延层。
13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述渐变式变化包括至少一个呈抛物线型的周期渐变式变化。
14.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述周期渐变式变化包括所述第一势阱层中含In的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势阱层中含In的组分呈先递减后递增的变化。
15.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述周期渐变式变化包括所述第一势垒层中含Al的组分呈先递增后递减的变化，或所述第一势垒层中含Al的组分呈先递减后递增的变化。
16.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述第一势阱层中含In的组分的渐变方式和所述第一势垒层中含Al的组分的渐变方式一致。
17.如权利要求13至16任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一势阱层为InxGa1-xN，第一势垒层为AlyGa1-yN，其中In的组分x在0～25％之间，Al的组分y在0～40％之间。
18.如权利要求12至16任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一势阱层的厚度在1.0nm～3.0nm之间，所述第一势垒层的厚度在2.0nm～4.0nm之间。
19.如权利要求12至16任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述调节层的生长温度在700摄氏度～900摄氏度之间。
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