0 引言
近年来，LED 已经开始逐步取代白炽灯、荧光灯、汞灯等低能效高污染的发光材料，在照明、固化、杀菌消毒等诸多领域实现了全面主导。近些年来LED 发光效率提升迅速，尽管如此，优化外延结构，得到更高效、更高亮度的LED 芯片，依然是目前行业开发的主要方向。 在提升LED 发光效率的方法中，对EBL 层的研究是其中较多且效果较明显的一个方向。EBL 层的作用是利用其较高的势垒，限制电子向p 型层泄露，从而降低因电子泄露引起的非辐射复合，保证发光效率。目前对EBL 层的研究有超晶格结构，复合EB 结构[1]等，通过引入新型结构，提升该电子限制层的效果，从而提升发光效率。本文根据量子限域电子溢出理论及极化场引起的能带弯曲理论，通过引入组分和禁带宽度渐变的EBL 层结构，在不影响空穴注入的情况下，提升该层的电子限制能力，从而提升产品发光效率。 1 方案
1.1 设计与过程
实验所使用样品通过MOCVD 法制作，C 面的蓝宝石衬底上首先生长AlN 成核层，然后生长GaN 体材料；之后生长2μm 左右的n-GaN 结构、8个周期的InGaN/GaN 多量子阱结构和150nm 左右的p-GaN 复合层，组成了外延片的基本结构，制作波长在390nm-400nm 波段的紫外LED 外延片。
为了提高限制电子泄露的能力，本文实验在量子阱结构和P-GaN 之间插入p-AlGaN-EBL 层，并通过对该层生长工艺的
优化提升外延片的发光效率。本文探讨两个方向的工艺对比：
第一项设计两组实验对比，有EBL 层产品样品一组（甲组）和无EBL 层产品样品一组（乙组），对比该EBL 层对产品性能的影响。
第二项设计三组对比实验，分别为使用常规的EBL 层（平组）、Al 组分上升的EBL 层（升组）、Al 组分下降的EBL 层（降组）。其中平组样品EBL 层Al 组分恒定为10%；升组样品EBL 层的Al 组分为渐变的，生长完量子阱垒之后生长EBL 层，初始Al 组分为5%（以下该位置简称垒界面），之后Al 组分逐渐升高，到生长结束时Al 组分升高到15%（以下该位置简称P 型界面）；降组样品与之相反，EBL 层开始生长时Al 组分为15%，之后逐渐降低，到生长结束时Al 组分降低到5%。
外延片产品通过芯片加工，经过蒸镀ITO、刻蚀n 型台面，蒸镀金属电极、研磨抛光、划裂片等工艺，制作得到尺寸为200µm*300µm 的芯片，并使用维明LED617对芯片进行光电性能测试。正向电压Vf、峰值波长WLP 和发光功率IV 均为常规20mA 恒流测试条件下测试获得，反向电压Vz 为反向5mA 恒流下测试获得，芯片ESD 性能使用维明ESD400设备进行测试。
1.2 样品测试数据
所有样品峰值波长WLP 均为396nm ；亮度IV ：甲组27.34V，乙组24.96V，平组27.34V，升组26.56V，降组28.88V；正向电压Vf 值：甲组3.14V，乙组3.10V，平组3.14V，升组3.19V，降组3.22V ；反向电压Vz ：甲组40V，乙组38V，平组40V，升组39V，降组39V ；ESD （1000V）均为92%左右。
第一项系列实验中，甲组样品亮度IV 明显高于没有EBL
Aluminum composition gradient
电子分布如式[2-3]：
()/1
f E E kT
f E e −=+ （1）加热搅拌反应釜
电子在导带和价带的浓度如式（2）： ()()()c N E E f E dE ρ=∫ （2）
其中()c E ρ是导带的态密度。
依据公式（2），电子在量子阱层的分布如图1所示。
图1 电子在量子阱中的分布图
由图1可以看出，很大比例的电子通过量子限域被限制在量子阱中，另有一定比例的电子则会溢出。EBL 层的作用便是利用更高的势垒高度，阻挡更大比例的电子。
2.2 EBL 层特性及Al 掺杂工艺的作用
引入EBL 层到量子阱与p 型层中间，通过导带底高势垒将更多比例的电子阻挡在量子阱区域，但同时在价带顶同样有EBL 层的一个势垒，同样该势垒也会限制空穴向量子阱区域的注入，Al 组分越高，该层对电子和空穴的阻挡作用也越高。同时Al 组分的增加，还会对外延片结晶质量和反应室环境造成影响[4]。
因此EBL 层Al 组分并非可以无限制提升的一个参数。极性材料异质结必然会存在极化电场，极化电场会引起
图2 极化电场下量子阱垒和EBL 层的能带弯曲
EBL 层由于极化导致的能带弯曲，呈现出图2中所示的形状，垒界面导带底和价带顶均高于P 型界面
位置，因此阻挡电子泄露，EBL 层主要作用区域在垒界面位置，而对空穴的阻挡，主要作用区域在P 型界面。
从图3中可以看出，相对于普通EBL 结构的平组样品（图中实线），降组样品（图中散点线）的外延结构，即EBL 层Al 组分递减的结构，垒界面导带底升高，从而强化了限制电子的能力。而P 型界面则出现势垒高度降低，更有利于空穴注入有源区。同时该组样品结构中，垒界面位置价带顶下降，是向着
不利于空穴注入的方向移动，但因极化导致的能带弯曲，该区域对P-GaN 层空穴注入的阻挡作用低于P 型界面，Al 掺锚杆测力计
杂增加引起的价带顶下降并不足以将这种阻挡作用提升到与P 型界面同样的效果。
图3 系列二实验三组不同结构能带图
而升组样品（图中虚线）恰恰与之相反，降低了EBL 层与量子阱垒交界处的导带底的势垒高度，同时升高了EBL 层和P-GaN 层交界处的价带顶势垒高度，导致限制电子泄露的能力下降，同时空穴阻挡的作用增强，最终该批样品亮度降低较为明显。
2.3 Al 组分掺杂量和掺杂工艺对外延质量的影响
对两个系列实验六组样品分别作AFM 表面质量测试分析，甲组表面粗糙度0.675nm，乙组0.689nm，平组0.675nm，升组0.65nm，降组0.5nm。分析认为使用Al 组分递减的工艺，
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4.3 重复使用技术设想
火箭主发动机工作条件恶劣，实现重要发动机组件重复多次使用存在诸多关键技术的挑战，基础性的研究短期内不能够服务于实际应用。主要提出三个方面的火箭发动机重复使用技术设想：（1）特种新型火箭发动机的应用：某些关键性的推力量级较小的助推器单元可采用太阳能、电能、光子束火箭发
[2]黄春平.航天强国_可回收的火箭发动机必不可少[N].
中国航天报，2014-08-02(001).[3]王芳，程洪玮，彭博.“猎鹰9”运载火箭海上平台成功回收
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感,2017,38(03):1-12.[5]王芳，程洪玮，彭博.“猎鹰9”运载火箭海上平台成功回收
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在EBL 层与P-GaN 层界面处，晶格失配降低，提升了P-GaN 层的外延质量，从而提升了外延片发光效率。
微型汽油机3 结果与讨论
本文根据量子限域电子溢出理论及极化场引起的能带弯曲理论，讨论了通过引入EBL 层提升LED 发光效率的原理，并通过设计生长不同Al 掺杂方式的EBL 层，到了一种既能提升电子限制能力，又有助于空穴注入的Al 掺杂方式，大幅提升了LED 发光效率。
等离子发动机参考文献
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