本发明属于gan基led外延生长工艺技术领域，尤其涉及一种蓝光led外延结构及制备方法。
背景技术：
led芯片行业竞争日益激烈，led的各项性能也进步很快。各个led厂家都加大led外延和芯片的研发投入，积极更新现有工艺技术，主要提高led芯片的光效和抗静电能力。led的工艺技术水平直接影响各厂家的市场占有率和盈利能力。蓝光led芯片的基础是gan基外延片。在gan基外延片上制作n金属电极和p金属电极获得led芯片。因此具有高质量高光效的led外延片是高光效高抗电能力led芯片的关键基础。
目前市场上蓝光led外延结构主要包括低温buffer缓冲层、3d低温粗化层、u型gan晶格恢复层、n型gan电子有源层、ingan/gan超晶格发光层、p型algan电子阻挡层、p型gan空穴有源层。其中ingan/gan超晶格发光层即mqw层的势阱即量子阱和势垒的厚度比例，晶格应力失配和晶体质量等对蓝光led的发光性能有重要影响。经过优化的ingan/gan超晶格发光层，可以获得低电压、低漏电、高亮度的蓝光led。ingan/gan超晶格发光层包括量子阱ingan和势垒gan,两者交替生长，周期数6至15个不等。量子阱材料为ingan，其中in组分对温度和h2气非常敏感。若量子阱生长温度过高in组分会富集产生不均匀分布，同时in组分含量也会减少，导致led发光波长偏短。通h2气条件下可以获得较好的表面光滑，晶体质量好的gan材料。但是如果量子阱生长过程中流入h2气，in组分很难进入gan，无法生长出ingan材料。如前面所述，量子阱只能在没有h2气和较低温条件下生长，由于量子阱ingan和势垒gan,两者交替生长，势垒的生长的温度不能太高，否则量子阱会受到影响。高质量的势垒gan层也是led发光性能的关键因素。
技术实现要素：
本发明针对上述生长出高质量的势垒gan层所面临的诸多因素的限制，提出一种新型的势垒gan层的生长方式。利用h2对gan或ingan材料形貌和质量的影响，将势垒层gan材料分成n段不同n2/h2比例的生长条件，获得高质量的势垒gan材料。
本发明的技术方案：
一种蓝光led外延结构，包括蓝宝石衬底以及其上依次生长的algan低温缓冲层、3d低温gan粗化层、u型gan晶格恢复层、n型gan电子有源层、ingan/gan超晶格发光层、p型algan电子阻挡层和p型gan空穴有源层；
所述的蓝宝石衬底上生长有algan低温缓冲层，algan低温缓冲层上生长3d低温gan粗化层，3d低温gan粗化层上生长有高温不掺si的gan层即u型gan晶格恢复层，在u型gan晶格恢复层上生长有高温掺si的n型gan即n型电子有源层，n型电子有源层上生长ingan/gan超晶格发光层，ingan/gan超晶格发光层上生长p型algan电子阻挡层，p型algan电子阻挡层上生长p型gan空穴有源层p；
所述的蓝宝石衬底组分为al2o3；
所述的algan低温缓冲层的厚度为20-30nm；
所述的3d低温gan粗化层的厚度为0.2-0.5μm；
所述的u型gan晶格恢复层为非掺杂gan，其厚度为1.5-3.5μm；
所述的n型gan电子有源层，其厚度为2-4.5μm，n型gan电子有源层中si的掺杂浓度为5×1018-2×1020/cm-3；
所述的ingan/gan超晶格发光层包含势阱层和势垒层，势阱层为ingan材料，厚度为2-4nm，势垒层为gan材料，厚度为8-15nm，周期为6-15；
所述的p型algan电子阻挡层，厚度为20-60nm；掺有al和mg组份；
p型gan空穴有源层，厚度为15-45nm，其中mg的掺杂浓度为1×1017-2×1021/cm-3。
所述的新型led势垒层生方式主要改变生长条件为温度和h2/n2比例。h2流量的增加用于提高势垒gan层晶体质量和较好的光滑表面；虽然生长温度的升高同样有利用于提高势垒gan层晶体质量，但是提高的gan势垒层的生长温度会影响到ingan势阱层中的in组份分布从而导致发光效率下降；由于ingan/gan超晶格发光层是ingan势阱和gan势垒交替生长的结构，ingan势阱层必须在低温无h2的条件下生长，所以在ingan势阱上面生长的gan势垒层不能采用通入较多h2和升较多温度的生长方式。本发明新型的gan势垒层采用阶梯分段式生长方式，将靠近ingan势阱层的部分gan势垒层采取不通h2的条件生长，之后的gan势垒层通h2量逐步增加，温度逐步降低，在减少对ingan势阱层的影响前提下，获得了高质量的gan势垒层，从而获得低电压、低漏电、高亮度的蓝光led外延片。
本发明的有益效果：本发明的制备方法，采用金属有机物化学气相沉积(mocvd)法，在蓝宝石或碳化硅衬底上按现有技术依次低温buffer缓冲层、3d低温粗化层、u型gan晶格恢复层、n型gan电子有源层、ingan/gan超晶格发光层、p型algan电子阻挡层、p型gan空穴有源层；采用势垒gan层分成n段b1...bn阶梯分段式生长方式,其中b1最接近量子阱ingan，之后依次是b2、b3.....bn,(其中n的范围2-15)，不同分段流入不同比例的n2/h2。与现有技术的ganled相比，具有更高晶体质量的势垒gan材料，缺陷数量低，在高质量的gan势垒层上可以获得更换的ingan势阱材料，也就是获得更理想ingan/gan超晶格发光层，因此获得了低漏电高亮度的led外延材料。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例一：
使用mocvd按照以下步骤生长：
(1)将蓝宝石衬底1放入mocvd设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1100℃，处理5分钟；
(2)在蓝宝石衬底1上生长低温buffer缓冲层生长温度550℃，厚度25nm；
(3)在上述低温缓冲层2上生长3d低温粗化层3即3d，生长温度950℃，厚度0.3μm；
(4)在上述3d低温粗化层3上生长有高温不掺si的gan层即u型gan晶格恢复层，生长温度为1080℃，生长厚度2.5μm；
(5)u型gan晶格恢复层4上生长高温掺si的n型gan即电子有源层，生长温度为1100℃，掺si浓度为1*e+19，厚度为4um；
(6)n型gan5上生长，ingan/gan超晶格发光层，包含势阱层和势垒层，周期数为15，其中势阱层为ingan材料生长温度为770度，厚度为3.5nm，势垒层为gan材料，势垒gan层分成4段b1、b2、b3和b4，每段3nm共计12nm，每段生长条件分别为：
b1:温度：830℃+30℃，n2气量：90l/min，h2量：0l/min；
b2:温度：830℃+25℃，n2气量：60l/min，h2量：30l/min；
b3:温度：830℃+20℃，n2气量：45l/min，h2量：45l/min；
b4:温度：830℃+15℃，n2气量：0l/min，h2量：90l/min；
(7)在ingan/gan超晶格发光层上生长p型algan电子阻挡层，生长温度950℃，mg掺杂浓度为5×1015/cm-3，厚度为40nm；
(8)在p型algan层7上生长高温高浓度的p型gan，生长温度980℃，mg掺杂浓度为5×1020/cm-3,厚度为20nm；
与传统结构相比，使用本方法的gan基led外延片制作出来的led，具有更高的发光效率，更低漏电流，较高的抗静电能力。
实施例二：
使用mocvd按照以下步骤生长：
(1)将蓝宝石衬底1放入mocvd设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1100℃，处理5分钟；
(2)在蓝宝石衬底1上生长低温buffer缓冲层生长温度550℃，厚度25nm；
(3)在上述低温缓冲层2上生长3d低温粗化层3即3d，生长温度950℃，厚度0.3μm；
(4)在上述3d低温粗化层3上生长有高温不掺si的gan层即u型gan晶格恢复层，生长温度为1080℃，生长厚度2.5μm；
(5)u型gan晶格恢复层4上生长高温掺si的n型gan即电子有源层，生长温度为1100℃，掺si浓度为1*e+19，厚度为4um；
(6)n型gan5上生长，ingan/gan超晶格发光层，包含势阱层和势垒层，周期数为15，其中势阱层为ingan材料生长温度为770℃，厚度为3.5nm，势垒层为gan材料，势垒gan层分成6段b1、b2、b3、b4、b5和b6，每段2nm，共计12nm，每段生长条件分别为：
b1:温度：820℃+45℃，n2气量：100l/min，h2量：0l/min；
b2:温度：820℃+40℃，n2气量：80l/min，h2量：20l/min；
b3:温度：820℃+35℃，n2气量：60l/min，h2量：40l/min；
b4:温度：820℃+30℃，n2气量：40l/min，h2量：60l/min；
b5:温度：820℃+25℃，n2气量：20l/min，h2量：80l/min；
b6:温度：820℃+20℃，n2气量：0l/min，h2量：100l/min；
(7)在ingan/gan超晶格发光层上生长p型algan电子阻挡层，生长温度950℃，mg掺杂浓度为5×1015/cm-3，厚度为40nm；
(8)在p型algan层7上生长高温高浓度的p型gan，生长温度980℃，mg掺杂浓度为5×1020/cm-3，厚度为20nm。