CN113823717A - Led外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED外延结构及其制备方法，其中所述LED外延结构，从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层、第一阻挡层以及第一型空间层；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层、第二阻挡层以及第二型限制层，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层为Al组分渐变的结构层。本发明通过在第一型限制层和第一型空间层之间插入Al组分渐变的第一阻挡层，在第二型空间层和第二型限制层之间插入Al组分渐变的第二阻挡层，可以提高LED的内量子效率，进而提高其发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种LED外延结构及其制备方法。
背景技术
目前设施园艺的栽培形式以日光温室和塑料大棚为主，设施内的光照只有设施外的70％左右，在阴雨雪雾等恶劣天气条件下，设施内光照严重不足，严重制约着设施作物的生长发育与产量品质的提高。人工补光是保证弱光寡照条件下设施园艺优质高产的重要技术手段。然而，传统的补光灯，存在能耗高、光效低、光谱与植物光合作用需求相差较远的缺陷，很难保证设施作物的高效生产的需求。
LED光源具有节能、环保等特点，且其光谱组成、光照强度灵活可控，因此，LED光源作为一种新型节能环保产品越来越受到人们的关注，其应用领域也越来越广泛，其中，植物补光方面是一个新的研究领域。
而在LED光源应用在植物补光时，LED光源的发光效率对植物补光至关重要，因此，有必要提供一种LED外延结构来进一步提高LED光源的发光效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED外延结构及其制备方法，以提高LED外延结构的内量子效率，进而提高其发光效率。
为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明提供了一种LED外延结构，从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层、第一阻挡层以及第一型空间层；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层、第二阻挡层以及第二型限制层，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层为Al组分渐变的结构层。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质包括AlGaAs。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质中的Al组分为0.2～0.5。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一阻挡层的厚度为50nm～200nm。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第二阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐降低。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第二阻挡层的厚度为50nm～200nm。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第一型半导体层还包括依次堆叠的第一型欧姆接触层、第一型缓冲层以及第一型窗口层，所述第一型限制层位于所述第一型窗口层上。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述第二型半导体层还包括依次堆叠的第二型缓冲层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层，所述第二型缓冲层位于所述第二型限制层上。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述外延结构还包括腐蚀截止层，且所述腐蚀截止层位于所述底部缓冲层与所述第一型半导体层之间。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述衬底包括GaAs衬底、Si衬底、蓝宝石衬底中的一种。
可选的，在所述的LED外延结构中，所述有源层的发光波长为700nm～760nm。
为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明还提供了一种LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上生长底部缓冲层；
在所述底部缓冲层上依次生长第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层、第一阻挡层以及第一型空间层；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层、第二阻挡层以及第二型限制层，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层为Al组分渐变的结构层。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质包括AlGaAs。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质中的Al组分为0.2～0.5。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一阻挡层的厚度为50nm～200nm。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第二阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第二阻挡层的厚度为50nm～200nm。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第一型半导体层还包括依次堆叠的第一型欧姆接触层、第一型缓冲层以及第一型窗口层，所述第一型限制层位于所述第一型窗口层上。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述第二型半导体层还包括依次堆叠的第二型缓冲层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层，所述第二型缓冲层位于所述第二型限制层上。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，在生长第一型半导体层的步骤之前，所述制备方法还包括：在所述底部缓冲层上生长腐蚀截止层。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述衬底包括GaAs衬底、Si衬底、蓝宝石衬底中的一种。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述有源层的发光波长为700nm～760nm。
可选的，在所述的LED外延结构的制备方法中，所述外延结构的制备工艺为MOCVD工艺、分子束外延工艺、HVPE工艺、等离子体辅助化学气相沉积以及溅射法中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明通过在第一型限制层和第一型空间层之间插入组分渐变的第一阻挡层，在第二型空间层和第二型限制层之间插入组分渐变的第二阻挡层，分别将电子和空穴约束在有源层内，可以提高LED外延结构的内量子效率，进而提高其发光效率。而且本发明的LED外延结构中的有源层的发光波长为700nm～760nm，此波长光源可控制植物从发芽到营养生长再到开花的整个过程，可以保证植物高效生产的需求。
附图说明
图1是本发明一实施例的LED外延结构的结构示意图；
图2是本发明一实施例的LED外延结构的制备方法的流程图；
图1～2中，
10-衬底，20-LED外延结构，201-底部缓冲层，202-腐蚀截止层，203-第一型欧姆接触层，204-第一型缓冲层，205-第一型窗口层，206-第一型限制层，207-第一阻挡层，208-第一型空间层，209-有源层，210-第二型空间层，211-第二阻挡层，212-第二型限制层，213-第二型缓冲层，214-第二型窗口层，215-第二型欧姆接触层。
具体实施方式
光对植物的生长发育具有特殊重要的地位，它影响着植物几乎所有的生长阶段。通常植物的生长发育会依赖太阳光，但蔬菜、花卉等其他经济作物的工厂化生产、组织培养及试管苗的繁殖等还需人造光源进行补充光照，以促进光合作用的进行。
LED光源用于园艺照明，最高可促进植物生长速度提升40％或灵活控制花期。由于单颗LED芯片相互独立，可在温室中轻松操控照明。LED光源为冷光源，不会在照明方向散发热量，不会使植物受损，可贴近植物叶片表面照射，减少了照射距离，提高了生物光效，适合于顶部照明、内部照明和多层培植等。
而在LED光源中，深蓝光和超红光可提供光合作用所需的光谱，远红光可控制植物从发芽到营养生长再到开花的整个过程。700nm～760nm的远红光照明对植物的最主要影响之一就是避荫作用，其次也可控制开花的周期，而不需要依赖于季节的影响，这对于观赏性花卉有着重要价值。
而为了保证植物高效生产的需求，有必要提供一种LED外延结构来进一步提高LED光源的发光效率。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED外延结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明书，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。
在对按照本发明的实施方式进行说明之前，事先对下述内容进行说明。首先，在本说明书中，仅标记为“GaInP”时，表示Ga、In的总和与P的化学组成比为1：1，Ga与In的比率不固定的任意的化合物。仅标记为“AlGaInP”时，表示Al、Ga、In的总和与P的化学组成比为1：1，Al、Ga与In的比率不固定的任意的化合物。另外，仅标记为“AlInP”时，表示Al、In的总和与P的化学组成比为1：1，Al与In的比率不固定的任意的化合物。
参阅图1，所述LED外延结构20从下至上依次包括：位于衬底10上的底部缓冲层201、第一型半导体层、有源层209以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层206、第一阻挡层207以及第一型空间层208；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层210、第二阻挡层211以及第二型限制层212，所述第一阻挡层207和所述第二阻挡层211为Al组分渐变的结构层。
所述第一阻挡层207和所述第二阻挡层211中的Al组分渐变，其中，所述第一阻挡层207渐变的方式优选为沿着所述衬底10指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加；所述第二阻挡层211渐变的方式优选为沿着所述衬底10指向所述第一型半导体层的方向逐渐降低。本实施例通过在第一型限制层和第一型空间层之间插入组分渐变的第一阻挡层，在第二型空间层和第二型限制层之间插入组分渐变的第二阻挡层，将电子和空穴限制在有源层内，可以提高内量子效率，进而提高发光效率。
所述第一型半导体层还包括依次堆叠的第一型欧姆接触层203、第一型缓冲层204以及第一型窗口层205，所述第一型限制层206位于所述第一型窗口层205上。
所述第二型半导体层还包括依次堆叠的第二型缓冲层213、第二型窗口层214以及第二型欧姆接触层215，所述第二型缓冲层213位于所述第二型限制层212上。
所述LED外延结构20还包括腐蚀截止层202，且所述腐蚀截止层202位于所述底部缓冲层201与所述第一型半导体层之间。
所述第一型半导体层与所述第二型半导体层的极性相反，例如，所述第一型半导体层为N型半导体层，则对应的所述第二型半导体层为P型半导体层。相应的，所述N型半导体层包括依次堆叠的N型欧姆接触层、N型缓冲层、N型窗口层、N型限制层、第一阻挡层以及N型空间层。所述P型半导体层包括依次堆叠的P型空间层、第二阻挡层、P型限制层、P型缓冲层、P型窗口层以及P型欧姆接触层。
参阅图2，所述LED外延结构20的制备方法具体包括以下步骤：
步骤S1：提供一衬底10；
步骤S2：在所述衬底10上生长底部缓冲层201；
步骤S3：在所述底部缓冲层201上依次生长第一型半导体层、有源层209以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层206、第一阻挡层207以及第一型空间层208；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层210、第二阻挡层211以及第二型限制层212，所述第一阻挡层207和所述第二阻挡层211为Al组分渐变的结构层。
所述LED外延结构20的制备工艺为MOCVD工艺、分子束外延工艺、HVPE工艺、等离子体辅助化学气相沉积以及溅射法等中的任意一种，优选为MOCVD工艺。
在步骤S1中，所述衬底10优选为GaAs(砷化镓)衬底，但不限于此，例如所述衬底10还可以为Si、蓝宝石等，在此不再详述。
在步骤S2中，在所述衬底10上生长底部缓冲层201。所述底部缓冲层201用于缓冲所述衬底10与所述LED外延结构20之间的晶格失配，减少LED外延结构20出现缺陷和位错，并为下一步生长提供了清洁的界面。所述底部缓冲层201的材料优选为GaAs，但不限于此。所述底部缓冲层201中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。所述底部缓冲层201的厚度优选为100nm～300nm。例如，在所述衬底10上生长200nm厚度的所述底部缓冲层201。
所述LED外延结构20还包括腐蚀截止层202，且所述腐蚀截止层202位于所述底部缓冲层201与所述第一型半导体层之间。因此，在步骤S3之前，所述制备方法还包括：在所述底部缓冲层201上生长所述腐蚀截止层202。
所述腐蚀截止层202的材质优选为GaInP，但不限于此。所述腐蚀截止层202中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
所述腐蚀截止层202的厚度优选为100nm～400nm。例如，在所述底部缓冲层201上生长200nm厚度的所述腐蚀截止层202。
在步骤S3中，在生长所述腐蚀截止层202之后，在所述腐蚀截止层202上生长第一型半导体层。所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层206、第一阻挡层207以及第一型空间层208。
所述第一型半导体层还包括依次堆叠的第一型欧姆接触层203、第一型缓冲层204以及第一型窗口层205，所述第一型限制层206位于所述第一型窗口层205上。
因此，在生长所述腐蚀截止层202之后，在所述腐蚀截止层202上生长所述第一型欧姆接触层203。所述第一型欧姆接触层203的材质优选为GaAs，但不限于此。所述第一型欧姆接触层203中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
所述第一型欧姆接触层203的厚度优选为50nm～300nm。例如，在所述腐蚀截止层202上生长50nm厚度的所述第一型欧姆接触层203。
在生长所述第一型欧姆接触层203之后，在所述第一型欧姆接触层203上生长所述第一型缓冲层204。所述第一型缓冲层204的材质优选为GaInP，但不限于此。所述第一型缓冲层204中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
所述第一型缓冲层204的厚度优选为10nm～100nm。例如，在所述第一型欧姆接触层203上生长10nm厚度的所述第一型缓冲层204。
在生长所述第一型缓冲层204之后，在所述第一型缓冲层204上生长所述第一型窗口层205，即第一型电流扩展层。所述第一型窗口层205主要的作用是电流扩展、出光以及表面粗化。所述第一型窗口层205的材质优选为AlGaInP，但不限于此。所述第一型窗口层205中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
所述第一型窗口层205的厚度优选为2800nm～4000nm。例如，在所述第一型缓冲层204上生长2800nm厚度的所述第一型窗口层205。
在生长所述第一型窗口层205之后，在所述第一型窗口层205上生长所述第一型限制层206。所述第一型限制层206用于提供电子并限制光场分布。所述第一型限制层206的材质优选为AlInP，但不限于此。所述第一型限制层206中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硫(S)、氧(O)、钛(Ti)、锆(Zr)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第一型掺杂剂优选为Si。
所述第一型限制层206的厚度优选为300nm～400nm。例如，在所述第一型窗口层205上生长300nm厚度的所述第一型限制层206。
在生长所述第一型限制层206之后，在所述第一型限制层206上生长第一阻挡层207。所述第一阻挡层207的材质优选为AlGaAs，且Al组分的范围优选为0.2～0.5。所述第一阻挡层207中的Al组分渐变，且渐变的方式优选为沿着所述衬底10指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加，即由低Al组分渐变至高Al组分，可以通过改变气流量实现所述Al组分的变化。例如，所述第一阻挡层207的材质中的Al组分由0.2升高至0.5。所述第一阻挡层207的Al组分渐变优选为线性的连续渐变，当然也可以为非连续渐变，例如：先渐变然后平稳，或者为先渐变然后平稳再渐变的方式等，但并不限于此，即只要整体趋势满足从低Al组分至高Al组分即可。
所述第一阻挡层207的厚度优选为50nm～200nm。例如，在所述第一型限制层206上生长200nm厚度的所述第一阻挡层207。
所述第一阻挡层207为非掺杂层，即所述第一阻挡层207中不掺杂任何元素。所述第一阻挡层207可以阻挡空穴或者电子逸出至所述第一型限制层206中，即将空穴或者电子限制在所述有源层209内，以提高发光亮度和内量子效率，例如，若所述第一半导体层为N型半导体层，则位于所述第一半导体层中大量的电子通过所述第一阻挡层207后，由于所述第一阻挡层207存在较高的势垒，电子通过后无法逸出，同时，从P型半导体运动过来的空穴无法通过所述第一阻挡层207，增加了所述有源区209中电子与空穴复合的几率。而且所述第一阻挡层207还可以防止所述第一型限制层206中的掺杂杂质进入所述有源层209中。除此之外，所述第一阻挡层207采用Al组分渐变，且由低Al组分渐变至高Al组分，即沿着所述衬底10指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加，能够更好的释放晶格失配应力和热应力，进而提高外延结构的晶体质量。
在生长所述第一阻挡层207之后，在所述第一阻挡层207上生长所述第一型空间层208。所述第一型空间层208的材质优选为AlGaAs，但不限于此。所述第一型空间层208的材质中的Al组分含量的范围优选为0.05～0.4，例如所述第一型空间层208的材质中的Al组分含量为0.2。所述第一型空间层208为非掺杂层，即所述第一型空间层208中不掺杂任何元素。
所述第一型空间层208的厚度优选为100nm～300nm。例如，在所述第一阻挡层207上生长100nm厚度的所述第一型空间层208。
在生长所述第一型空间层208之后，在所述第一型空间层208上生长所述有源层209。所述有源层209主要用作发光层。所述有源层209优选为多量子阱结构，即所述有源层209优选为量子阱层和量子垒层组成的周期性结构，且所述有源层209的周期数优选为2～30。例如，所述有源层209的周期数为12。所述量子阱层和量子垒层的材质优选为AlGaAs，但不限于此。进一步的，所述量子阱层的材质优选为AlxGa1-xAs，其中0.05≤x≤0.4，所述量子垒层的材质优选为AlyGa1-yAs，其中0.05≤y≤0.4。优选的，所述量子阱层的材质中的Al组分不同于所述量子垒层，例如，所述量子阱层的材质优选为Al0.05Ga0.95As，所述量子垒层的材质优选为Al0.4Ga0.6As。本实施例中的有源层209的组成材料为Al组分可调的AlGaAs，其与GaAs晶格失配小，而且载流子迁移率高，可以生长高晶体质量的外延结构，并且生长较少的对数就可以获得高的发光亮度，节约生长时间和成本。
所述有源层209的厚度优选为200nm～400nm。例如，在所述第一型空间层208上生长200nm厚度的有源层209。所述有源层209中电子和空穴辐射复合时所发出的光子的波长范围为700nm～760nm，即所述有源层209的发光波长为700nm～760nm。700nm～760nm波长的远红光对植物的最主要影响之一就是避荫作用，其次也可控制开花的周期，而不需要仅依赖于季节的影响，这对于观赏性花卉有着重要价值。而且700nm～760nm波长光源可控制植物从发芽到营养生长再到开花的整个过程，可以克服光谱与植物光合作用需求相差较远的缺陷，保证植物高效生产的需求。
在生长所述有源层209之后，在所述有源层209上生长第二型半导体层。所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二型空间层210、第二阻挡层211、第二型限制层212、第二型缓冲层213、第二型窗口层214和第二型欧姆接触层215。
因此，在生长所述有源层209之后，在所述有源层209上生长所述第二型空间层210。所述第二型空间层210的材质优选与所述第一型空间层208的材质相同，即所述第二型空间层210的材质也优选为AlGaAs，但不限于此。所述第二型空间层210为非掺杂层，即所述第二型空间层210中不掺杂任何元素。
所述第二型空间层210的厚度优选为100nm～300nm。例如，在所述有源层209上生长100nm厚度的所述第二型空间层210。
在生长所述第二型空间层210之后，在所述第二型空间层210上生长所述第二阻挡层211。所述第二阻挡层211的材质优选为AlGaAs，且Al组分的范围优选为0.2～0.5。所述第二阻挡层211中的Al组分渐变，且渐变的方式优选为沿着所述衬底10指向所述第一型半导体层的方向逐渐降低，即由高Al组分渐变至低Al组分，可以通过改变气流量实现所述Al组分的变化。例如，所述第二阻挡层211的材质中的Al组分由0.5降低至0.2。所述第二阻挡层211的Al组分渐变优选为线性的连续渐变，当然也可以为非连续渐变，例如：先渐变然后平稳，或者为先渐变然后平稳再渐变的方式等，但并不限于此，即只要整体趋势满足从高Al组分至低Al组分即可。
所述第二阻挡层211的厚度优选为50nm～200nm。例如，在第二型空间层210上生长200nm厚度的所述第二阻挡层211。
所述第二阻挡层211为非掺杂层，即所述第二阻挡层211中不掺杂任何元素。所述第二阻挡层211可以阻挡电子或空穴逸出至所述第二型限制层212中，即将电子或空穴限制在所述有源层209内，以提高发光亮度和内量子效率，例如，若所述第二半导体层为P型半导体层，则位于所述第二半导体层中大量的空穴通过所述第二阻挡层211后，由于所述第二阻挡层211存在较高的势垒，空穴通过后无法逸出，同时，从N型半导体运动过来的电子无法通过所述第一阻挡层207，增加了所述有源区209中电子与空穴复合的几率。而且所述第二阻挡层211还可以防止所述第二型限制层212中的掺杂杂质进入所述有源层209中。除此之外，所述第二阻挡层211采用Al组分渐变，且由高Al组分渐变至低Al组分，即沿着所述衬底10指向所述第一型半导体层的方向逐渐降低，能够更好的释放晶格失配应力和热应力，进而提高外延结构的晶体质量。
所述第一阻挡层207和所述第二阻挡层211可以限制电子和空穴在所述有源层209内复合发光。位于所述有源层209的电子和空穴，要逃离所述有源层209时，会首先落入由不同Al组分引起带高变化(即导带底的能级或价带顶的能级变化)的阻挡层形成的一个类似“陷阱”的结构中，即所述第一阻挡层207和所述第二阻挡层211的存在使得电子和空穴很难从所述有源层209逃离出去，可以提高内量子效率，进而提高发光效率。
在生长所述第二阻挡层211之后，在所述第二阻挡层211上生长所述第二型限制层212。所述第二型限制层212用于提供空穴。而且所述第一型限制层206和所述第二型限制层212作为限制层主要有两个作用，一方面是限制载流子不溢出所述有源层209，提高复合发光效率；另一方面是作为一个重要的窗口，使所述有源层209发出的光子极容易通过限制层，来提高LED的发光效率。
所述第二型限制层212的材质优选为AlInP，但不限于此。所述第二型限制层212中掺杂第二型掺杂剂，例如p型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、铍(Be)、锰(Mn)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第二型掺杂剂优选为Mg。
所述第二型限制层212的厚度优选为100nm～400nm。例如，在所述第二阻挡层211上生长100nm厚度的所述第二型限制层212。
在生长所述第二型限制层212之后，在所述第二型限制层212上生长所述第二型缓冲层213。所述第二型缓冲层213的材质优选为AlGaInP，但不限于此。所述第二型限制层212中掺杂第二型掺杂剂，例如p型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、铍(Be)、锰(Mn)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第二型掺杂剂优选为Mg。
所述第二型缓冲层213的厚度优选为10nm～100nm。例如，在第二型限制层212上生长10nm厚度的所述第二型缓冲层213。
在生长所述第二型缓冲层213之后，在所述第二型缓冲层213上生长所述第二型窗口层214。所述第二型窗口层214的材质优选为GaP，但不限于此。所述第二型窗口层214中掺杂第二型掺杂剂，例如p型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、铍(Be)、锰(Mn)中的至少一种，但不限于此。进一步地，所述第二型掺杂剂优选为Mg。
所述第二型窗口层214的厚度小于900nm。例如，在所述第二型缓冲层213上生长500nm厚度的所述第二型窗口层214。
在生长所述第二型窗口层214之后，在所述第二型窗口层214上生长所述第二型欧姆接触层215。所述第二型欧姆接触层215用于与金属电极形成欧姆接触。所述第二型欧姆接触层215的材质优选为GaP，但不限于此。所述第二型欧姆接触层215中可以掺杂C(碳)。
所述第二型欧姆接触层215的厚度优选为100nm～500nm。例如，在所述第二型窗口层214上生长150nm厚度的所述第二型欧姆接触层215。
本发明提供的LED外延结构20主要适用于倒装结构的LED，可以应用于植物补光领域，即LED可以用于园艺照明。本实施例中的LED外延结构20的发光波长为700nm～760nm，700nm～760nm远红光对植物的最主要影响之一就是避荫作用，其次也可控制开花的周期，而不需要仅依赖于季节的影响，这对于观赏性花卉有着重要价值。
相对于现有的700nm～760nm的植物照明LED外延生长技术方案，本发明在第一型限制层和第一型空间层之间插入组分渐变的第一阻挡层，在第二型空间层和第二型限制层之间插入组分渐变的第二阻挡层，将电子和空穴限制在有源层内，可以提高内量子效率，进而提高发光效率。
其次，本发明有源层组成材料为AlGaAs，与GaAs晶格失配小、载流子迁移率高，可以生长高的晶体质量的外延结构，并且生长较少的对数就可以获得高的发光亮度，节约生长时间和成本。
而且第一欧姆接触层和第一型窗口层之间以及第二限制层和第二型窗口层之间生长有很薄的缓冲层，减少生长过程中的晶格失配，以获得高晶体质量的外延结构。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材质、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个步骤”引述意味着对一个或多个步骤的引述，并且可能包括次级步骤。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (25)
1.一种LED外延结构，其特征在于，从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层、第一阻挡层以及第一型空间层；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层、第二阻挡层以及第二型限制层，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层为Al组分渐变的结构层。
2.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质包括AlGaAs。
3.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质中的Al组分为0.2～0.5。
4.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加。
5.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为50nm～200nm。
6.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐减少。
7.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度为50nm～200nm。
8.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一型半导体层还包括依次堆叠的第一型欧姆接触层、第一型缓冲层以及第一型窗口层，所述第一型限制层位于所述第一型窗口层上。
9.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二型半导体层还包括依次堆叠的第二型缓冲层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层，所述第二型缓冲层位于所述第二型限制层上。
10.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述外延结构还包括腐蚀截止层，且所述腐蚀截止层位于所述底部缓冲层与所述第一型半导体层之间。
11.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述衬底包括GaAs衬底、Si衬底以及蓝宝石衬底中的一种。
12.如权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述有源层的发光波长为700nm～760nm。
13.一种LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上生长底部缓冲层；
在所述底部缓冲层上依次生长第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层包括依次堆叠的第一型限制层、第一阻挡层以及第一型空间层；所述第二型半导体层包括依次堆叠的第二型空间层、第二阻挡层以及第二型限制层，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层为Al组分渐变的结构层。
14.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质包括AlGaAs。
15.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一阻挡层和第二阻挡层的材质中的Al组分为0.2～0.5。
16.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐增加。
17.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度为50nm～200nm。
18.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第二阻挡层的Al组分渐变的方式为：沿着所述衬底指向所述第一型半导体层的方向逐渐降低。
19.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度为50nm～200nm。
20.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一型半导体层还包括依次堆叠的第一型欧姆接触层、第一型缓冲层以及第一型窗口层，所述第一型限制层位于所述第一型窗口层上。
21.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第二型半导体层还包括依次堆叠的第二型缓冲层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层，所述第二型缓冲层位于所述第二型限制层上。
22.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，在生长第一型半导体层的步骤之前，所述制备方法还包括：在所述底部缓冲层上生长腐蚀截止层。
23.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述衬底包括GaAs衬底、Si衬底以及蓝宝石衬底中的一种。
24.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述有源层的发光波长为700nm～760nm。
25.如权利要求13所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述外延结构的制备工艺为MOCVD工艺、分子束外延工艺、HVPE工艺、等离子体辅助化学气相沉积以及溅射法中的任意一种。
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