本发明涉及一种led外延结构及其生长方法，属于外延生长结构技术领域。
背景技术：
gan材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在高亮度蓝色发光二极管、蓝色半导体激光器以及抗辐射、高频、高温、高压等电子电力器件中有着广泛的实际应用和巨大的市场前景。发光二极管具有体积小、效率高和寿命长的优点，在全色显示、背光源、信号灯等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。
照明市场和背光市场对led芯片的高亮度、强光效提出新的要求，而在外延生长和芯片工艺制程中如何提高led的内量子效率和外量子效率成为各家争相研究的热点。有效电流注入、最大化的电子空穴复合，是led量子效率的关键。因此，在外延生长和芯片工艺中，都会想办法把电极下面最密集的电流向周围尽可能的均匀扩展，以使得有效光区域范围扩大，电流阻挡层的概念也由此得来。但是，传统的gan基发光二极管的电子数量和迁移率远大于空穴，导致在多量子阱发光层复合完成后仍有大量剩余电子，这些电子容易溢出于p型与空穴结合，产生非辐射复合，降低注入多量子阱发光层的空穴数量，导致发光效率和强度下降，以及efficiencydroop的产生。为了降低电子溢出至p型，一般在生长完低温p型gan层(即lp层，一般p型gan分三层，第一层为lp层)之后生长一层algan电流阻挡层，但由于该电流阻挡层设置于lp层之后，电子溢出仍然难以避免。
众所周知mg是p型掺杂的重要元素，由于mg的钝化效应，用mocvd技术生长p型gan时，受主mg原子在生长过程中被h(氢原子)严重钝化，从而导致未经处理的gan：mg电阻率高达10ω·m，所以必须在生长后对mg进行激活，才能得到可应用于器件的p型gan。现有技术提高mg原子在氮化镓中的激活效率的方法是：高温生长p-gan，然后再氮气气氛下退火，虽然利用快速热退火法可以成功获得p型gan，但是得到的空穴浓度仍然较低，典型值为2x1017cm-3，比理论掺杂浓度低2-3个数量级。
传统的电流阻挡层是由algan单层结构构成，且该结构位于p型gan层的第二层，即lp层之后、hp层之前(即高温p型gan层)，该结构生长的外延结构中p型gan层共三层：第一lp层、第二电流阻挡层、第三hp层，如图2所示，这种结构设置使电子容易溢出量子阱有源区而到达lp层与空穴结合产生非辐射复合，浪费电子数量，降低晶体发光强度；同时因空穴一次移动距离较短，这种结构设置使hp层产生的空穴向lp层移动能力降低，降低晶体发光效率；除此之外由algan单层结构形成的电流阻挡层使晶体的晶格失配大，容易造成外延片断裂。
因此，如何提高mqw中的空穴浓度以及避免电子从mqw层中溢出，成为led外延生长技术的关键。
中国专利文献cn105514226a公开的《一种具有电流阻挡层的发光二极管及其制作方法》中，采用直接在外延结构上外延生长无掺杂的aln材料作为电流阻挡层，以达到有效增强发光二极管p型电流扩展的效果。但由于该层是设置于p型gan层之上生长，无法阻挡mqw中电子溢出问题，同时对增加空穴向mqw中移动数量不明显，无法从根本上解决mqw中的空穴浓度问题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种led外延结构，通过对电流阻挡层的结构以及生长位置进行设计变更，该结构能有效避免电子溢出至p型，有利于空穴的扩展、显著提高空穴浓度，提升外延晶体发光效率并且晶格失配小，成功解决现有技术中电流阻挡层(设置在p型中间)阻挡电子溢出效果差、限制空穴的扩展能力而造成的外延片发光效率低的难题。
本发明还提供了上述led外延结构的生长方法；
术语解释：
1、mqw层，量子阱有源区；
2、lp层，低温p型gan层；
3、hp层，高温p型gan层；
4、cp2mg，二茂镁。
本发明的技术方案为：
一种led外延结构，由下至上依次包括衬底、缓冲层、n型gan层、mqw层、p型gan层，所述p型gan层由下至上依次包括lp层及hp层，所述mqw层与所述lp层之间设有电流阻挡层。
本发明中将电流阻挡层设置在mqw层与lp层之间，即将位置提前至mqw层之后，这样就能避免n区的电子溢出mqw层，阻挡电子的效果更好，本发明中的结构设置使lp层与hp层紧挨着，缩短了空穴的移动距离，保证了空穴的数量，提高空穴浓度；使电子与空穴在mqw中的复合效果最好，提高晶体的发光效率。
根据本发明优选的，所述电流阻挡层是由alingan势垒层和ingan势阱层周期性交替重叠构成。
传统的电流阻挡层是由algan单层结构构成，本发明采用alingan势垒层和ingan势阱层周期性交替重叠构成，原因在于mqw层主要是由ingan和gan组成，如果采用algan单层结构做电流阻挡层，因algan层中缺少in元素，势必会使晶体的晶格失配大，通俗讲，即mqw层与电流阻挡层的元素不匹配，如果采用alingan势垒层和ingan势阱层周期性交替重叠结构，可大幅提高晶格匹配度，即mqw层与电流阻挡层的元素重复率高，同理，algan单层的电流阻挡层与lp层的晶格失配大，alingan势垒层和ingan势阱层周期性交替重叠结构与lp层晶格匹配度高。
提升外延晶体发光效率并且晶格失配小，提高晶体质量。
根据本发明优选的，所述电流阻挡层的周期为5-10。
根据本发明优选的，单个周期中，所述alingan势垒层和所述ingan势阱层的厚度比是2:1-3:1。
根据本发明优选的，所述电流阻挡层的厚度为0.03-0.06μm；所述alingan势垒层的厚度为0.005-0.006μm；所述ingan势阱层的厚度为0.002-0.003μm。
电流阻挡层的周期数设置、alingan势垒层和ingan势阱层的厚度比限定、各层厚度的设置是相互联系和配合的，既能使al元素的含量起到阻挡电子效果最佳，同时又能与mqw层和lp层的晶格匹配度达到最佳。
根据本发明优选的，所述n型gan层的厚度为3-4μm，所述p型gan层的厚度为0.16-0.24μm，所述mqw层是由ingan势阱层和gan势垒层周期性交替叠加构成。
根据本发明优选的，所述mqw层的周期为8-15，所述mqw层的厚度为0.1-0.3μm，所述ingan势阱层的厚度为0.002-0.02μm，所述gan势垒层的厚度为0.005-0.025μm。
上述led外延结构的生长方法，包括采用mocvd方法在衬底上生长外延层，步骤包括如下：
(1)在所述衬底上依次生长所述缓冲层、n型gan层及mqw层；
(2)在所述mqw层上生长所述电流阻挡层，具体包括：
调节温度至800-900℃，向压力为300-800mbar的反应室内通入30000-50000sccm的nh3、20-30sccmtmga源、150-200sccm的tmal和1500-2000sccm的tmin，时间持续50-100秒，生长所述电流阻挡层，所述tmal中，al的掺杂浓度是1e+17-1e+18atom/cm3，所述tmin中，in的掺杂浓度为1e+18-1e+19atom/cm3；
(3)在所述电流阻挡层上生长所述p型gan层：先生长lp层、再生长hp层。
根据本发明优选的，所述步骤(1)，包括如下：
①调节反应室温度为900-1050℃，在所述衬底上生长厚度为1.5-3μm的所述缓冲层；
②调节反应室温度为1000-1250℃，在所述缓冲层上生长厚度为3-4μm的所述n型gan层；
③保持反应室温度，在所述n型gan层上生长所述mqw层。
根据本发明优选的，所述步骤(3)，包括如下：
④调节反应室温度为600-700℃，维持压力不变，通入55000-65000sccm的nh3、25-50sccm的tmga源和2000-3000sccm的cp2mg源，mg的掺杂浓度为1e+19-1e+20atom/cm3，形成厚度为0.1-0.15μm的低温p型gan层，即lp层；
⑤调节反应室温度为900-1050℃，通入30000-60000sccm的nh3、30-50sccm的tmga、1000-1500sccm的cp2mg，mg的掺杂浓度为1e+18-1e+17atom/cm3，生长厚度为0.06-0.09μm的高温p型gan层，即hp层。
本发明的有益效果为：
本发明将电流阻挡层由传统的algan单层结构设计成由周期性alingan/ingan组成的超晶格结构，同时将该结构的电流阻挡层设置于mqw层之后、lp层之前生长，通过这种结构设计以及生长位置的变更，可有效避免电子溢出至p型区，避免电子与p型区的空穴结合从而产生非辐射复合降低发光强度的现象；有利于空穴的扩展、可以显著提高空穴浓度，使外延晶体发光效率提升8.5％左右；晶格失配小，显著提高晶体质量。
附图说明
图1是本发明所述led外延结构的示意图。
图2是传统的led外延结构的示意图。
图3是传统的led外延结构中量子阱内电子与空穴流向和数量情况示意图。
图4是本发明所述led外延结构中量子阱内电子与空穴流向和数量情况示意图。
图5是本发明所述电流阻挡层的结构示意图。
图6是采用本发明外延结构与传统的led外延结构的亮度对比趋势图。
1、衬底，2、缓冲层，3、n型gan层，4、mqw层，5、电流阻挡层，6、p型gan层，7、lp层，8、hp层，9、传统电流阻挡层；10、电子；11、空穴；12、alingan势垒层；13、ingan势阱层。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种led外延结构，如图1所示，由下至上依次包括衬底1、缓冲层2、n型gan层3、mqw层4、p型gan层6，p型gan层6由下至上依次包括lp层7及hp层8，所述mqw层4与所述lp层7之间设有电流阻挡层5。与图2传统的led外延结构相比，本实施例将电流阻挡层5的生长位置进行变更，由传统的设置的lp层7与hp层8之间生长变更为mqw层4与lp层7之间生长。
图2传统的led外延结构中，电流阻挡层9是由algan单层结构而成。电流阻挡层5是由alingan势垒层12和ingan势阱层13周期性交替重叠构成，如图5所示，电流阻挡层5的周期为7。电流阻挡层5的厚度为0.05μm；alingan势垒层12的厚度为0.006μm；ingan势阱层13的厚度为0.003μm。
图3是图2传统的led外延结构中量子阱内电子10与空穴11流向和数量情况。图4是本实施例外延结构中量子阱内电子10与空穴11流向和数量情况。与图3相比，图4中mqw层4中的空穴11数量远多于图3中mqw层4中的空穴11数量。
定义采用本实施例外延结构为样品1，图2传统的led外延结构为样品2，对这两种样品进行光电参数测量。图6是样品1与样品2的亮度对比趋势图，可以明显看出，样品1的亮度比样品2高出8.5％左右。
实施例2
根据实施例1所述的一种led外延结构，其区别在于，电流阻挡层5的周期为5。电流阻挡层5的厚度为0.03μm；alingan势垒层12的厚度为0.005μm；ingan势阱层13的厚度为0.002μm。
实施例3
根据实施例1所述的一种led外延结构，其区别在于，电流阻挡层5的周期为10。电流阻挡层5的厚度为0.06μm；alingan势垒层12的厚度为0.006μm；ingan势阱层13的厚度为0.003μm。
实施例4
实施例1-3所述的led外延结构的生长方法，包括采用mocvd方法在衬底1上生长外延层，包括步骤如下：
(1)将衬底1放进mocvd设备的反应室中，反应腔的压力为80-180mbar，温度为1100-1300℃，使用氢气作为载气进行衬底1表面处理，该过程持续时间为10-15分钟；
(2)在衬底1上依次生长缓冲层2、n型gan层3及mqw层4；包括如下：
①将反应腔压力降至50-100mbar、温度降至900-1050℃，在衬底1上生长厚度为1.5-3μm的缓冲层2；
②将反应腔压力增加至300-800mbar、温度增加至1000-1250℃，在缓冲层2上生长厚度为3μm-4μm的n型gan层3；
③将温度降至600-850℃，通入1200-1500sccm的tmin源和25-40sccm的tmga源，周期性生长ingan/gan多量子阱有源区层，即mqw层4，ingan/gan的周期数为8-15，mqw层4的厚度为0.1μm-0.3μm，ingan势阱层厚度为0.002-0.02μm，gan势垒层的厚度为0.005-0.025μm，in的掺杂浓度为1e+19-3e+20atom/cm3。
(3)在mqw层4上生长电流阻挡层5，具体包括：
调节温度至800-900℃，向压力为300-800mbar的反应室内通入30000-50000sccm的nh3、20-30sccmtmga源、150-200sccm的tmal和1500-2000sccm的tmin，时间持续50-100秒，生长电流阻挡层5，mal中，al的掺杂浓度是1e+17-1e+18atom/cm3，tmin中，in的掺杂浓度为1e+18-1e+19atom/cm3；
(4)在电流阻挡层5上生长p型gan层6：先生长lp层7、再生长hp层8。包括如下：
④调节反应室温度为600-700℃，维持压力不变，通入55000-65000sccm的nh3、25-50sccm的tmga源和2000-3000sccm的cp2mg源，mg的掺杂浓度为1e+19-1e+20atom/cm3，形成厚度为0.1-0.15μm的低温p型gan层，即lp层7；
⑤调节反应室温度为900-1050℃，通入30000-60000sccm的nh3、30-50sccm的tmga、1000-1500sccm的cp2mg，mg的掺杂浓度为1e+18-1e+17atom/cm3，生长厚度为0.06-0.09μm的高温p型gan层，即hp层8。