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甘子钊:氮化镓基LED研讨的实践与探究
来源:http://www.tennissh.cn 责任编辑:尊龙用现金娱乐一下 更新日期:2018-08-14 03:53

  甘子钊:氮化镓基LED研讨的实践与探究

  我国半导体照明工业展开特别快。在这种状况下,要留意汲取前史经验。前史上包含改革开放往后,咱们许多新式工业并不是发动的太晚,但因为没有联合起来,最终落后了,例如光纤通讯。期望在咱们的一起努力下,这个实验室的树立能真实的发挥作用,争夺汲取失利的经验,做大半导体照明。我期望咱们带着责任感来做,争夺在中心技能上有所打破。”在2011年8月举行的半导体照明联合立异国家重点实验室(筹)作业汇报会上,甘子钊院士对半导体照明工业的未来展开提出了深切的期望。

  

  上世纪90年代初,时任北大物理系主任的甘子钊,带领研制团队开端了氮化镓基蓝光LED的研制作业,获得了重要效果,并参加了前期的工业化。而从研讨方向的选定到参加出产实践,这一路走来充溢艰苦,在展开氮化镓基LED研讨的一起也见证着我国半导体照明“从无到有,从大到小”的展开进程。

  岁月流逝,尽管已不在科研一线,但甘子钊院士一向心系工业,注重工业展开。时至今日,半导体照明现已获得了严重展开,但在甘子钊院士看来,现在还不是“居安”的时分,工业展开仍然面对着重重困难和应战,需求业界坚持理性和警觉。

  “被迫”中开端的研讨

  “抱着测验的心态,咱们开端了氮化发光二极管的研制作业。能够说,北大物理系在这方面作业的展开,开端是有些被迫的。”甘子钊院士回忆说。

  北大物理系在半导体范畴的研讨有很长的前史,其展开进程显现,1956年,依据国家科学展开规划的需求,会集北京大学、复旦大学、南京大学、厦门大学、吉林大学五校师生到北大物理系,在黄昆(国际闻名物理学家、我国固体和半导体物理学奠基人之一)、谢希德教授(闻名物理学家、教育家,我国半导体物理学的开拓者之一)的掌管下,兴办了我国第一个半导体专业。兴办后三年内培养出的两百余论理学生成为我国新式半导体作业的第一批主干,对我国从无到有的树立和展开半导体科学技能工业体系起到了重要作用。

  上世纪90年代初,北大物理系考虑半导体的研讨方向,甘子钊院士时任系主任,那时依托北京大学的人工微结构和介观物理国家重点实验室开端建造,得到了一些科研经费。“其时经费还很少,咱们决议从经费中拿出部分资金买台MOCVD设备做些化合物半导体的研讨,购买的是中科院长春物理所自主研制的MOCVD设备。”关于其时的状况,甘子钊院士浮光掠影,伴跟着这台设备的到来,参加设备研制的张国义(现任北京大学物理学院教授)也来到北大物理系攻读博士后学位。

  不过,设备抵达之后,研讨方向仍然悬而未决,“开端本来打当作砷化镓方面的研讨,但其时系里无论是设备水平仍是经费实力都很难与中科院半导体和物理所比较,他们在砷化镓方面的研讨实力更强壮,所以咱们不太适宜再做这方面的研讨”,甘子钊院士表明,这也意味着需求持续寻觅适宜的方向。

  从其时的国际背景来看,20世纪80年代末90年代初,日本的中村修二已开端了其蓝色发光二极管的研讨,其效果也被报导,其间,1992年其试制出双异质结结构的GaN发光二极管,并证明发光状况,同年完成双异质结结构GaN发光二极管的高亮度化。

  了解到中村修二的一些研讨效果,系里一些同志找到了甘子钊院士,“有同志来找我,说这是个方向或许能够测验一下,这个同志还特别复印了报导的材料给我。”尽管从一些材料来看,氮化镓的样品并不好,位错密度也高,但发光功率却不错,这位同志的主张引起了甘子钊院士的留意,他找到详细担任的同志商议,一起也咨询了张国义的定见,抱着测验的心态,北大物理系开端了氮化镓基蓝光发光二极管的研制作业。“能够说,北大物理系在这方面作业的展开,开端是有些被迫的”,回想起这段开端的阅历,甘子钊院士笑着说。

  彼时国际上还没有白光,并且红光、黄绿光都已能够制备,仅仅缺少蓝光,而关于蓝光,国际上盛行的说法是选用二六族材料来制备,选用氮化镓制备蓝光是一种比较新的办法。在北大物理系开端氮化镓制备蓝光发光二极管的研讨后,国际上的文献报导也渐渐多了起来。“氮化镓的样品质量不如砷化镓,但发光功率却比较高,这是一个科学上的问题,其时做这个研讨,一开端跟出产并没有什么关系,仅仅作为根底问题进行研讨。”甘子钊院士说。

  初期工业化的测验

  “已然做了,就要做究竟,要有实践的效果,就像黄昆先生说过的,使用方面的技能,最怕的就是搞文章上的使用,千万不能搞纸面使用,不要逃避工艺问题,也不能仅仅写文章”,甘子钊院士说。

  尽管开端了氮化镓蓝光LED的研讨作业,但1996年曾经北大物理系并没有任何相关课题,在其时科研经费紧张的状况下,北大物理系在该研讨上投入了许多,一向到1996、1997年能够申请到基金。

  甘子钊院士表明,我国是一个大国,在我国展开这样的研讨,方针不能是写出几篇论文,要研讨就要仔细的搞好工艺,真实做出蓝光发光二极管。跟着时刻的推移,在这之后,白光LED的制备成为注重点。

  1998年左右,甘子钊院士给国家科委(1998年更名为“科学技能部”)写了封信,指出,现在国际上呈现白光的制备办法,十分有道理,我国是人口大国,这个问题国内需求考虑,能够测验去做。

  “因为我也是超导的首席科学家(注:国家超导专家委员会首席专家),为了避免这封信被分到跟超导有关的部分,我还特别在信的开端阐明,这封信说的不是超导。”谈到其时的这个小插曲,甘子钊院士笑了起来,而在他注重到氮化镓制备白光LED这个问题的一起,863的光电子课题组也开端注重该问题,1996年我国“九五”方案正式发动,就将“让我国LED工业展开起来”作为其间的一项重要使命,并首要选定在材料范畴建立一个严重项目,即后来的“半导体照明工程”严重项目。

  20世纪90年代末,北大物理系选用蓝光芯片加荧光粉的方法研制出了白光,尽管方法仍然比较粗陋(用毛笔沾着荧光粉涂改),但总算仍是看到了白光,研讨人员们都十分振奋。

  尔后,技能水平不断改进和前进,北大物理系也转变了思路,不是仅仅停留在科研层面,而是开端寻觅协作方,期望能够试点建造出产线进行出产,推向商场。

  在寻觅协作方的进程中,技能遭到了黑龙江省大正出资集团的注重,在几方屡次谈判下,最总算2000年,由黑龙江大正出资集团、北京大学、上海张江创业出资有限公司、上海张江高科股份有限公司等几家出资人一起出资7000万元建立了一家高新技能企业(其时名为“上海北大蓝光科技有限公司”,2004年更名为“上海蓝光科技有限公司”),从事氮化基LED外延片、芯片研制和工业化出产,北大蓝光成为我国首家专营氮化物高亮度发光材料和器材的公司。

  其时,北大方面指派了5位同志参加作业,其间甘子钊院士是声誉董事长,而张国义是技能担任人,尽管院校是以科研为主,但公司建立后的思维也十分清晰,就是不以科研为主,而是仔细抓出产。

  “北京大学是以技能股的方式参股,为此咱们还立下了一个‘军令状’,其时来看压力仍是很大的,我到现在还记得很清楚”,甘子钊院士笑着提起了其时立下的“军令状”,依照其时设备以及技能状况,北大方面需求完成一天可提供10万个管芯的才能,技能所占的股份才算建立,“其时想问题是比较实践的,咱们也在合同上签了字,到2004年,咱们完成了使命,通过了认可和公证”,而这也成为北大物理系前期参加LED工业化的阅历。

  在甘子钊院士看来,其时北大物理系选中氮化镓基LED的研讨方向,并获得效果,一方面是看中氮化镓基LED的展开可能,另一方面团队也是重要的一环。其研讨路途也相对正统,无论是研制作业的开端仍是与大正集团的协作都是通过校园同意,没有什么企业行为,其时参加该作业的同志,都仍旧还在北大。

  总结这段阅历,甘子钊院士表明,尽管开端了化合物半导体的研讨,但开端是研讨的思维居多,主意比较简单,仅仅从已有的条件下开端一点一点做。1998年往后知道到白光LED的可能,后来遭到更多注重,再到后来国家半导体照明工程发动,半导体照明的展开加快。

  展开工业需持续坚持理性

  “LED走运的赶上了好的展开潮流,较早的进入到了替换传统照明的阶段,但要意识到还有许多问题待处理,面对的国际竞争也很严酷,各界人士要镇定的考虑,沉住气,现在还不是‘居安’的时分,这一路走来不容易,必定要打好根底,渐渐走。”

  任何技能从根底研制走向大规划使用,都需求很长的进程,包含氮化镓白光LED,其展开也是一个科学问题,其间有些问题到现在也没有彻底处理。

  “半导体照明十分走运赶上了国际展开的潮流,往后的路途还很长,还会面对许多问题,需求职业界的人坚持镇定”,关于当时半导体照明工业的展开,甘子钊院士如是表明。从技能上来讲,我国的根底研讨仍然还需求加强,半导体照明展开水平与发达国家仍是有距离,特别高端技能和设备范畴还有距离。从使用的视点,半导体照明也面对很大的应战,“老百姓用的东西,性价比必定要过关,而这个性价比到达必定水平的进程是十分艰苦的”。

  半导体照明作为战略性新式工业,遭到了各方的注重,展开迅速,但因为工业展开速度与商场需求翻开速度的不一致,导致呈现了结构性工业产能过剩问题。从2011年下半年开端,整个职业面对很大的商场压力,本年以来商场状况转好,许多企业成绩转好。“总的来说,本年的状况会好转一些,但必定仍是要理性、镇定,汲取之前的经验,正确知道当时的展开局势,避免呈现恶性竞争,否则会变成灾祸。”甘子院士再三表达自己对工业展开的提示,通过此前一轮的出资投入,国内的MOCVD设备拥有量现已到达必定规划,假如再次呈现像此前一轮大规划的出资、扩产,结果将无法想象,对工业的冲击也是巨大的。

  “我的主张是往后要从两方面加强,一是技能方面,要加强根本问题的研讨,这儿的根本问题既包含根底性研讨、根底材料的堆集、根本工艺的研讨和堆集,也包含整个部队素质的前进。二是要充沛估量局势的严峻性,国内从上到下,都要有理性的知道,要知道到练好内功,打好根底,把部队安排好,是十分要害的作业。” 甘子钊院士表明,一些根底、前沿的研讨,政府作为整个社会利益的代表仍是应该多加支撑。

  从国际上来看,我国半导体照明技能研制起步略晚,尽管与韩国、日本、我国台湾地区的距离在不断拉近,但仍有很大的前进空间。美国等西方发达国家,此前关于半导体照明的注重程度并不是很高,特别是美国2008年经济危机后,就企图重返制造业。“美国在根底研讨方面有很好的堆集,假如在设备等方面有不同于当时道路的新打破,那么对国内半导体照明工业的冲击将是丧命的。”甘子钊院士指出。

  他是物理学家、我国科学院学部委员(院士),也是国家超导专家委员会首席专家,国家“973”方案项目首席科学家,还曾任北京大学教授、北京大学物理系主任及固体物理研讨所所长。从20世纪60年代初对半导体中地道效应做了较好的作业,处理了锗中地道进程的物理机理到70年代初在展开我国大能量气动激光上作出贡献再到80年代初展开了光在半导体中相干传达的理论,从事半导体物理、激光物理、固体理论研讨的甘子钊院士在我国科学展开的进程中贡献了自己的力气,而他也与我国半导体照明展开有着不解之缘,在20世纪90年代初期,开端了氮化镓基LED的研制作业。

  时光荏苒,当年踉跄中起步的半导体照明,现已进入蓬勃展开的新阶段,“工业展开要不跟风、不过热”,作为科学界的长辈,甘子钊院士一向在注重着这个年青的工业,好像一位循循善诱的师长,不时提示着工业要坚持理性的走下去。

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