CN114023857B - 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，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、腐蚀截止层、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从下至上依次包括第一型窗口层和第一型限制层，所述第一型窗口层的材质为AlGaAs，并且为Al组分渐变的结构层，所述第一型窗口层的厚度为1.5μm～8μm。本发明通过形成Al组分渐变的第一型窗口层可以提高LED芯片的出光效率、降低LED芯片的工作电压以及提高LED芯片的高温老化稳定性。
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
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，具有结构简单、重量轻、无污染等优点，已广泛应用于数码，显示，照明及植物工程等多个领域，被称为环保、节能的绿色照明光源，蕴藏了巨大的商机。其中，红外发光二极管是一种重要的发光二极管，广泛应用于远程遥控，车辆传感，闭路电视等领域，红外发光二极管的外延结构则是用于制备红外发光二极管的基础结构。
长期高温大电流下的老化会导致LED芯片结温过高，由于各外延结构层之间存在着些许的晶格失配，从而在各层之间的界面上形成大量的诸如位错等结构缺陷。在较高温度时，这些缺陷会快速增殖、繁衍，直至侵入发光区，形成大量的非辐射复合中心，严重降低发光二极管的注入效率与发光效率。
发明内容
本发明提供了LED外延结构及其制备方法，以提高LED芯片的出光效率，降低LED芯片的工作电压，以及提高LED芯片的高温老化稳定性。
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，所述LED外延结构包括从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、腐蚀截止层、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从下至上依次包括第一型窗口层和第一型限制层，所述第一型窗口层的材质为AlGaAs，并且为Al组分渐变的结构层，所述第一型窗口层的厚度为1.5μm～8μm。
可选的，所述第一型窗口层包括第一结构层组成的单层结构或多周期结构，周期数k的范围为2至30。
可选的，所述第一结构层为AlxGa1-xAs，且x的范围为0.05≤x≤0.30。
可选的，所述第一型窗口层包括第一结构层和第二结构层组成的两层结构或第一结构层和第二结构层交替堆叠组成的多周期结构，周期数k的范围为2至30。
可选的，所述第一结构层为AlaGa1-aAs，所述第二结构层为AlmGa1-mAs，且0.05≤m≤0.30；0.05≤a≤0.30。
可选的，所述第一型窗口层中Al组分的渐变方式包括线性渐变、非线性渐变、阶梯式变化方式中的一种或任意组合。
可选的，所述线性渐变中Al组分的渐变方式为从所述第一型窗口层指向所述第一型限制层方向从大到小线性渐变或从小到大线性渐变。
可选的，同一周期中，所述第一结构层与所述第二结构层中Al组分a和Al组分m中的最大值和最小值的差值大于0.15。
可选的，所述第一型窗口层中掺杂Si，且Si的掺杂浓度为0.7E18～5E18 cm-3。
可选的，所述第一型半导体层还包括第一型欧姆接触层，且所述第一型欧姆接触层位于所述腐蚀截止层与所述第一型窗口层之间。
可选的，所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
可选的，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
可选的，所述衬底包括GaAs衬底或Si衬底。
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；
在所述衬底上依次生长底部缓冲层、腐蚀截止层和第一型半导体层，其中，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型窗口层和第一型限制层，所述第一型窗口层的材质为AlGaAs，并且为Al组分渐变的结构层，所述第一型窗口层的厚度为1.5μm～8μm；
在所述第一型半导体层上依次生长有源层以及第二型半导体层。
可选的，所述第一型窗口层包括第一结构层组成的单层结构或多周期结构，周期数k的范围为2至30。
可选的，所述第一结构层为AlxGa1-xAs，且x的范围为0.05≤x≤0.30。
可选的，所述第一型窗口层包括第一结构层和第二结构层组成的两层结构或第一结构层和第二结构层交替堆叠组成的多周期结构，周期数k的范围为2至30。
可选的，所述第一结构层为AlaGa1-aAs，所述第二结构层为AlmGa1-mAs，且0.05≤m≤0.30；0.05≤a≤0.30。
可选的，所述第一型窗口层中Al组分的渐变方式包括线性渐变、非线性渐变、阶梯式变化方式中的一种或任意组合。
可选的，所述线性渐变中Al组分的渐变方式为从所述第一型窗口层指向所述第一型限制层方向从大到小线性渐变或从小到大线性渐变。
可选的，同一周期中，所述第一结构层与所述第二结构层中Al组分a和Al组分m中的最大值和最小值的差值大于0.15。
可选的，所述第一型窗口层中掺杂Si，且Si的掺杂浓度为0.7E18～5E18 cm-3。
可选的，所述第一型半导体层还包括第一型欧姆接触层，且所述第一型欧姆接触层位于所述腐蚀截止层与所述第一型窗口层之间。
可选的，所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
可选的，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
可选的，所述衬底包括GaAs衬底或Si衬底。
可选的，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：
本发明采用Al组份渐变的第一型窗口层，而Al组分的改变使该层结构形成渐变折射率结构，可以减少LED外延结构的内反射损耗，增大LED外延结构出射光的出射角，使得光能够更多的耦合出去，提高LED芯片的出光效率，进而提高LED芯片的发光效率；同时由于Al组分渐变，可以有效的降低LED芯片的工作电压，使LED芯片的性能得到提升。
进一步的，长期高温大电流下的老化会导致LED芯片结温过高，由于各外延结构层之间存在着些许的晶格失配，从而在各层之间的界面上形成大量的诸如位错等结构缺陷。在较高温度时，这些缺陷会快速增殖、繁衍，直至侵入发光区，形成大量的非辐射复合中心，严重降低发光二极管的注入效率与发光效率。本发明采用Al组分渐变的第一型窗口层，可以有效地缓解外延结构在高温老化下的应力，减少缺陷的衍生，有效的提高LED芯片在高温下老化的稳定性。
进一步的，第一型窗口层的厚度为1.5μm～8μm。若第一型窗口层的厚度过薄，不利于粗化，会导致LED芯片亮度偏低；若第一型窗口层的厚度太厚，会导致LED芯片电压过高且吸光亮度低(光效低)，因此适宜的厚度可以保证良好的电流扩展效果和粗化效果，达到高的光电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的LED外延结构的结构示意图；
图2是本发明实施例二的第一型窗口层的结构示意图；
图3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，
101-衬底，102-底部缓冲层，103-腐蚀截止层，201-第一型欧姆接触层，202-第一型窗口层，203-第一型限制层，204-有源层，205-第二型限制层，206-第二型窗口层，207-第二型欧姆接触层，2021-第一结构层，2022-第二结构层。
具体实施方式
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。
实施例一
图1是本实施例的LED外延结构的结构示意图。参阅图1，所述LED外延结构从下至上依次包括：位于衬底101上底部缓冲层102、腐蚀截止层103、第一型半导体层、有源层204以及第二型半导体层，其中，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型窗口层202和第一型限制层203，且所述第一型窗口层202为Al组分渐变的结构层。
所述第一型半导体层还包括第一型欧姆接触层201，且所述第一型欧姆接触层201位于所述腐蚀截止层103与所述第一型窗口层202之间。
所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二型限制层205、第二型窗口层206以及第二型欧姆接触层207。
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型窗口层以及N型限制层。所述P型半导体层包括依次堆叠的P型限制层、P型窗口层以及P型欧姆接触层。
参阅图3，所述LED外延结构的制备方法具体包括以下步骤：
步骤S1：提供一衬底101；
步骤S2：在所述衬底101上依次生长底部缓冲层102、腐蚀截止层103和第一型半导体层，其中，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型窗口层202和第一型限制层203，且所述第一型窗口层202为Al组分渐变的结构层；
步骤S3：在所述第一型半导体层上依次生长有源层204以及第二型半导体层。
所述LED外延结构的制备工艺为金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)工艺、分子束外延(MBE)工艺或超高真空化学气相沉积(UHVCVD)中的任意一种，优选为MOCVD工艺。以下具体实施例中以MOCVD工艺为例进行说明。
在步骤S1中，所述衬底101优选为GaAs(砷化镓)衬底，也可以为Si(硅)衬底，但不限于此。
在步骤S2中，在所述衬底101上生长底部缓冲层102。所述底部缓冲层102，最大限度的消除衬底101的表面缺陷对LED外延结构的影响，减少LED外延结构出现缺陷和位错，并为下一步生长提供了平整的界面。所述底部缓冲层102的材料优选为GaAs，但不限于此。所述底部缓冲层102中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)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102的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长100nm～300nm厚度的底部缓冲层102。优选地，生长150nm厚度的底部缓冲层102。
在生长所述底部缓冲层102之后，在所述底部缓冲层102上生长腐蚀截止层103。所述腐蚀截止层103的材质优选为GaAs，但不限于此。所述腐蚀截止层103中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)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103的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长100nm～300nm厚度的腐蚀截止层103。优选地，生长150nm厚度的腐蚀截止层103。
在生长所述腐蚀截止层103之后，在所述腐蚀截止层103上生长第一型半导体层。所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型窗口层202和第一型限制层203，且所述第一型窗口层202为Al组分渐变的结构层。所述第一型半导体层还可以包括第一型欧姆接触层201，且所述第一型欧姆接触层201位于所述腐蚀截止层103与所述第一型窗口层202之间。
因此，在生长所述腐蚀截止层103之后，在所述腐蚀截止层103上生长所述第一型欧姆接触层201。所述第一型欧姆接触层201的材质可以为InGaAs或GaAs，优选为GaAs，但不限于此。所述n型欧姆接触层201中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)中的一种，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201的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长20nm～150nm厚度的第一型欧姆接触层201。优选地，生长50nm厚度的第一型欧姆接触层201。
生长所述第一型欧姆接触层201之后，在所述第一型欧姆接触层201上生长所述第一型窗口层202。所述第一型窗口层202主要的作用是第一型电流扩展、出光以及表面粗化。因为该层主要为了电流扩展以及表面粗化，而Al组分渐变使其更容易粗化，可减少光在LED外延结构内部的多次反射，使光线从内部折射出来，因此，所述第一型窗口层202的Al组分渐变可以提高出光效率。
而且由于所述第一型窗口层202中的Al组分渐变，不同的Al组分的材料对应的折射率也不同，而Al组分大的材料，带隙大，其折射率小，因此，所述Al组分渐变的第一型窗口层202为渐变折射率结构，可以减少LED外延结构的内反射损耗，增大LED芯片出射光的出射角，能极大程度的将光耦合出去，提高LED芯片的出光效率。
所述第一型窗口层202的Al组分渐变改善了电流扩展，使电流更容易扩展出去，不会聚集在电极下方，同时Al组分渐变也可以使其势垒降低，因此，所述第一型窗口层202可以降低LED芯片的工作电压。
另外，长期高温大电流下的老化会导致LED芯片结温过高，由于外延结构各层之间存在着些许的晶格失配，从而在各层之间的界面上形成大量的诸如位错等结构缺陷。在较高温度时，这些缺陷会快速增殖、繁衍，直至侵入发光区(有源层)，形成大量的非辐射复合中心，严重降低发光二极管的注入效率与发光效率。第一型窗口层202采用Al组分渐变的方式可以有效地缓解外延结构在高温老化下的应力，减少缺陷的衍生，有效的提高LED芯片高温下老化的稳定性。
所述第一型窗口层202包括第一结构层2021组成的单层结构或多周期结构，周期数k的范围为2至30。参阅图1，所述第一型窗口层202包括单层结构的第一结构层2021，所述第一结构层2021的材质为AlxGa1-xAs，且x的范围为0.05≤x≤0.30。在其他实施例中，所述第一型窗口层202也可以包括多层第一结构层2021组成的多周期结构，例如周期数k等于5时是5层第一结构层2021组成的多周期结构。所述第一型窗口层202中的Al组分渐变的方式包括线性渐变、非线性渐变、阶梯式变化方式中的一种或任意组合。具体的，线性渐变包括从所述第一型窗口层202向所述第一型限制层203方向，从低Al组分线性渐变至高Al组分或从低Al组分线性渐变至高Al组分；非线性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，或者为抛物线式渐变等；阶梯式变化为阶梯式的突变变化，例如从0.1直接跳变到0.2，再跳变到0.3等。在一个优选的实施例中，Al组分x由下向上(从所述第一型窗口层202向所述第一型限制层203)从0.15到0.25线性渐变递增。
所述第一型窗口层202中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)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，且Si的掺杂浓度为0.7E18～5E18 cm-3。所述第一型窗口层202的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长1.5μm～8μm厚度的第一型窗口层202。优选地，生长7000nm厚度的第一型窗口层202。若第一型窗口层202的厚度过薄，不利于粗化，会导致LED芯片亮度偏低；若第一型窗口层202的厚度太厚，会导致LED芯片电压过高且吸光亮度低(光效低)，因此适宜的厚度可以保证良好的电流扩展效果和粗化效果，达到高的光电效率。
在生长所述第一型窗口层202之后，在所述第一型窗口层202上生长所述第一型限制层203。所述第一型限制层203的材质优选为AlGaAs，但不限于此。所述第一型限制层203中掺杂第一型掺杂剂，例如N型掺杂剂，可以为硅(Si)、碲(Te)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203的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长200nm～1000nm厚度的第一型限制层203。优选地，生长500nm厚度的第一型限制层203。
在步骤S3中，在生长所述第一型限制层203之后，在所述第一型限制层203上生长有源层204。所述有源层204优选为多量子阱结构，即所述有源层204优选为量子阱和量子垒组成的周期性结构，且所述有源层204的周期数优选为6～30对。所述有源层204的材质优选为InGaAs/AlGaAs，但不限于此。所述有源层204的厚度为50nm～2000nm，优选为900nm。
所述有源层204的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长6～30个周期的有源层204。例如，生长12个周期的有源层204。
在生长所述有源层204之后，在所述有源层204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：第二型限制层205、第二型窗口层206和第二型欧姆接触层207。
因此，在生长所述有源层204之后，在所述有源层204上生长第二型限制层205。所述第二型限制层205用于提供空穴。而且所述第一型限制层203和所述第二型限制层205作为限制层主要有两个作用，一方面是限制少数载流子不溢出有源层204，提高复合发光效率；另一方面是作为一个重要的窗口，使有源层204发出的光子极容易通过限制层，来提高LED芯片的发光效率。
所述第二型限制层205的材质优选为AlGaAs，但不限于此。所述第二型限制层205中掺杂第二型掺杂剂，例如P型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)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205的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长200nm～1500nm厚度的第二型限制层205。优选地，生长600nm厚度的第二型限制层205。
在生长所述第二型限制层205之后，在所述第二型限制层205上生长第二型窗口层206。所述第二型窗口层206的材质优选为AlGaAs，但不限于此。所述第二型窗口层206中掺杂第二型掺杂剂，例如P型掺杂剂，可以为镁(Mg)、锌(Zn)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206的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长200nm～3000nm厚度的第二型窗口层206。优选地，生长1200nm厚度的第二型窗口层206。
在生长所述第二型窗口层206之后，在所述第二型窗口层206上生长所述第二型欧姆接触层207。所述第二型欧姆接触层207用于与金属电极形成欧姆接触。所述第二型欧姆接触层207的材质优选为GaP，但不限于此。所述第二型欧姆接触层207中可以掺杂碳(C)。
所述第二型欧姆接触层207的生长优选为在MOCVD生长炉的反应室内生长20nm～100nm厚度的第二型欧姆接触层207。优选地，生长50nm厚度的第二型欧姆接触层207。
实施例二
图2是本实施例的第一型窗口层的结构示意图。本实施例与实施例一的区别仅在于所述第一型窗口层202的结构不同，结构相同的部分在此不再赘述。
具体而言，所述LED外延结构中的第一型窗口层202包括第一结构层2021和第二结构层2022组成的两层结构或第一结构层2021和第二结构层2022交替堆叠组成的多周期结构，周期数k的范围为2至30，优选为20～30。如图2所示，所述第一型窗口层202包括第一结构层2021和第二结构层2022组成的两层结构。所述第一结构层2021的材质为AlaGa1-aAs，所述第二结构层2022的材质为AlmGa1-mAs，即所述第一型窗口层202的材质为AlaGa1-aAs/AlmGa1-mAs。其中，0.05≤m≤0.30；0.05≤a≤0.30。在其他实施例中，所述第一型窗口层202也可以包括多层第一结构层2021和第二结构层2022组成的多周期结构，例如周期数k等于10时是10组第一结构层2021和第二结构层2022交替堆叠组成的多周期结构，即所述第一型窗口层202的材质为(AlaGa1-aAs/AlmGa1-mAs)10。并且，同一周期中，Al组分a和Al组分m中的最大值和最小值的差值大于0.15，以确保所述第一型窗口层202对粗化溶液具有较好的腐蚀限制效果。
在生长所述第一型欧姆接触层201之后，在所述第一型欧姆接触层201上，先生长所述第一结构层2021，再生长所述第二结构层2022，即完成一个周期的第一型窗口层202的生长；继续交替生长所述第一结构层2021和所述第二结构层2022即完成多周期结构的第一型窗口层202的生长。所述第一型窗口层202中的Al组分渐变的方式包括线性渐变、非线性渐变、阶梯式变化方式中的一种或任意组合。具体的，线性渐变包括从所述第一型窗口层202向所述第一型限制层203方向，从低Al组分线性渐变至高Al组分或从低Al组分线性渐变至高Al组分；非线性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，或者为抛物线式渐变等；阶梯式变化为阶梯式的突变变化，例如从0.1直接跳变到0.2，再跳变到0.3等。在一个优选的实施例中，所述第一结构层2021中的Al组分a由下向上(从所述第一型窗口层202向所述第一型限制层203)从从0.15到0.25线性渐变递增，所述第二结构层2022中的Al组分m由下向上(从所述第一型窗口层202向所述第一型限制层203)从从0.25到0.15线性渐变递减。
所述第一型窗口层202的总厚度为1.5μm～8μm。优选地，所述第一型窗口层202层的厚度为7000nm。若第一型窗口层202的厚度过薄，不利于粗化，会导致LED芯片亮度偏低；若第一型窗口层202的厚度太厚，会导致LED芯片电压过高且吸光亮度低(光效低)，因此适宜的厚度可以保证良好的电流扩展效果和粗化效果，达到高的光电效率。
本发明采用Al组份渐变的第一型窗口层，而Al组分的改变使该层结构形成渐变折射率结构，可以减少LED外延结构的内反射损耗，增大LED外延结构出射光的出射角，使得光能够更多的耦合出去，提高LED芯片的出光效率，进而提高LED芯片的发光效率；同时由于Al组分渐变，可以有效的降低LED芯片的工作电压，使LED芯片的性能得到提升。
进一步的，本发明采用Al组分渐变的第一型窗口层，可以有效地缓解外延结构在高温老化下的应力，减少缺陷的衍生，有效的提高LED芯片在高温下老化的稳定性。
此外，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。
Claims (19)
1.一种LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构包括从下至上依次包括：位于衬底上的底部缓冲层、腐蚀截止层、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从下至上依次包括第一型窗口层和第一型限制层，所述第一型窗口层的材质为AlGaAs，所述第一型窗口层包括第一结构层组成的单层结构或多周期结构，周期数k的范围为2至30，所述第一结构层为AlxGa1-xAs，且x的范围为0.05≤x≤0.30；或者，所述第一型窗口层包括第一结构层和第二结构层组成的两层结构或第一结构层和第二结构层交替堆叠组成的多周期结构，周期数k的范围为2至30，所述第一结构层为AlaGa1-aAs，所述第二结构层为AlmGa1-mAs，且0.05≤m≤0.30，0.05≤a≤0.30，所述第一型窗口层为Al组分渐变的结构层，所述第一型窗口层的厚度为1.5μm～8μm。
2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一型窗口层中Al组分的渐变方式包括线性渐变、非线性渐变、阶梯式变化方式中的一种或任意组合。
3.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述线性渐变中Al组分的渐变方式为从所述第一型窗口层指向所述第一型限制层方向从大到小线性渐变或从小到大线性渐变。
4.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，同一周期中，所述第一结构层与所述第二结构层中Al组分a和Al组分m中的最大值和最小值的差值大于0.15。
5.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一型窗口层中掺杂Si，且Si的掺杂浓度为0.7E18～5E18cm-3。
6.根据权利要求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第一型欧姆接触层，且所述第一型欧姆接触层位于所述腐蚀截止层与所述第一型窗口层之间。
7.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第二型半导体层从下至上依次包括：第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
8.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
9.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述衬底包括GaAs衬底或Si衬底。
10.一种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；
在所述衬底上依次生长底部缓冲层、腐蚀截止层和第一型半导体层，其中，所述第一型半导体层从下至上依次包括第一型窗口层和第一型限制层，所述第一型窗口层的材质为AlGaAs，所述第一型窗口层包括第一结构层组成的单层结构或多周期结构，周期数k的范围为2至30，所述第一结构层为AlxGa1-xAs，且x的范围为0.05≤x≤0.30；或者，所述第一型窗口层包括第一结构层和第二结构层组成的两层结构或第一结构层和第二结构层交替堆叠组成的多周期结构，周期数k的范围为2至30，所述第一结构层为AlaGa1-aAs，所述第二结构层为AlmGa1-mAs，且0.05≤m≤0.30，0.05≤a≤0.30，所述第一型窗口层为Al组分渐变的结构层，所述第一型窗口层的厚度为1.5μm～8μm；
在所述第一型半导体层上依次生长有源层以及第二型半导体层。
11.根据权利要求10所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一型窗口层中Al组分的渐变方式包括线性渐变、非线性渐变、阶梯式变化方式中的一种或任意组合。
12.根据权利要求11所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述线性渐变中Al组分的渐变方式为从所述第一型窗口层指向所述第一型限制层方向从大到小线性渐变或从小到大线性渐变。
13.根据权利要求10所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，同一周期中，所述第一结构层与所述第二结构层中Al组分a和Al组分m中的最大值和最小值的差值大于0.15。
14.根据权利要求10所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一型窗口层中掺杂Si，且Si的掺杂浓度为0.7E18～5E18cm-3。
15.根据权利要求10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第一型欧姆接触层，且所述第一型欧姆接触层位于所述腐蚀截止层与所述第一型窗口层之间。
16.根据权利要求10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从下至上依次包括：第二型限制层、第二型窗口层以及第二型欧姆接触层。
17.根据权利要求10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为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
18.根据权利要求10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衬底或Si衬底。
19.根据权利要求10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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