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甘子钊:氮化镓基LED研究的实践与探索

导读: 中国半导体照明产业发展特别快。在这种情况下,要注意吸取历史教训。历史上包括改革开放以后,我们很多新兴产业并不是启动的太晚,但因为没有联合起来,最后落后了,例如光纤通讯。

  中国半导体照明产业发展特别快。在这种情况下,要注意吸取历史教训。历史上包括改革开放以后,我们很多新兴产业并不是启动的太晚,但因为没有联合起来,最后落后了,例如光纤通讯。希望在大家的共同努力下,这个实验室的建立能真正的发挥作用,争取吸取失败的教训,做大半导体照明。我希望大家带着责任感来做,争取在核心技术上有所突破。”在2011年8月召开的半导体照明联合创新国家重点实验室(筹)工作汇报会上,甘子钊院士对半导体照明产业的未来发展提出了殷切的期望。

  上世纪90年代初,时任北大物理系主任的甘子钊,带领研发团队开始了氮化镓基蓝光LED的研发工作,取得了重要成果,并参与了早期的产业化。而从研究方向的选定到参与生产实践,这一路走来充满艰辛,在开展氮化镓基LED研究的同时也见证着中国半导体照明“从无到有,从大到小”的发展历程。

甘子钊:氮化镓基LED研究的实践与探索

一种氮化钾基LED的示意图(图文无关)

  岁月流逝,尽管已不在科研一线,但甘子钊院士一直心系产业,关注产业发展。时至今日,半导体照明已经取得了重大发展,但在甘子钊院士看来,现在还不是“居安”的时候,产业发展仍然面临着重重困难和挑战,需要业界保持理性和警惕。

  “被动”中开始的研究

  “抱着尝试的心态,我们开始了氮化发光二极管的研发工作。可以说,北大物理系在这方面工作的开展,开始是有些被动的。”甘子钊院士回忆说。

  北大物理系在半导体领域的研究有很长的历史,其发展历程显示,1956年,根据国家科学发展规划的需要,集中北京大学、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(世界著名物理学家、中国固体和半导体物理学奠基人之一)、谢希德教授(著名物理学家、教育家,我国半导体物理学的开拓者之一)的主持下,创办了我国第一个半导体专业。创办后三年内培养出的两百余名学生成为我国新兴半导体事业的第一批骨干,对我国从无到有的建立和发展半导体科学技术工业体系起到了重要作用。

  上世纪90年代初,北大物理系思考半导体的研究方向,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始建设,得到了一些科研经费。“当时经费还很少,我们决定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究,购买的是中科院长春物理所自主研发的MOCVD设备。”对于当时的情况,甘子钊院士记忆犹新,伴随着这台设备的到来,参与设备研制的张国义(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,设备到达之后,研究方向依然悬而未决,“最初原本打算做砷化镓方面的研究,但当时系里无论是设备水平还是经费实力都很难与中科院半导体和物理所相比,他们在砷化镓方面的研究实力更强大,所以我们不太适合再做这方面的研究”,甘子钊院士表示,这也意味着需要继续寻找合适的方向。

  从当时的国际背景来看,20世纪80年代末90年代初,日本的中村修二已开始了其蓝色发光二极管的研究,其成果也被报道,其中,1992年其试制出双异质结结构的GaN发光二极管,并证实发光情况,同年实现双异质结结构GaN发光二极管的高亮度化。

  了解到中村修二的一些研究成果,系里一些同志找到了甘子钊院士,“有同志来找我,说这是个方向或许可以尝试一下,这个同志还特地复印了报道的材料给我。”虽然从一些资料来看,氮化镓的样品并不好,位错密度也高,但发光效率却不错,这位同志的建议引起了甘子钊院士的注意,他找到具体负责的同志商量,同时也征询了张国义的意见,抱着尝试的心态,北大物理系开始了氮化镓基蓝光发光二极管的研发工作。“可以说,北大物理系在这方面工作的开展,开始是有些被动的”,回想起这段开始的经历,甘子钊院士笑着说。

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