甘子釗：氮化鎵基LED研究的實(shí)踐與探索

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展特別快。在這種情況下，要注意吸取歷史教訓(xùn)。歷史上包括改革開放以后，我們很多新興產(chǎn)業(yè)并不是啟動(dòng)的太晚，但因?yàn)闆]有聯(lián)合起來，最后落后了，例如光纖通訊。希望在大家的共同努力下，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的建立能真正的發(fā)揮作用，爭(zhēng)取吸取失敗的教訓(xùn)，做大半導(dǎo)體照明。我希望大家?guī)е?zé)任感來做，爭(zhēng)取在核心技術(shù)上有所突破。”在2011年8月召開的半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌）工作匯報(bào)會(huì)上，甘子釗院士對(duì)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展提出了殷切的期望。

上世紀(jì)90年代初，時(shí)任北大物理系主任的甘子釗，帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開始了氮化鎵基藍(lán)光LED的研發(fā)工作，取得了重要成果，并參與了早期的產(chǎn)業(yè)化。而從研究方向的選定到參與生產(chǎn)實(shí)踐，這一路走來充滿艱辛，在開展氮化鎵基LED研究的同時(shí)也見證著中國(guó)半導(dǎo)體照明“從無到有，從大到小”的發(fā)展歷程。

一種氮化鉀基LED的示意圖（圖文無關(guān)）

歲月流逝，盡管已不在科研一線，但甘子釗院士一直心系產(chǎn)業(yè)，關(guān)注產(chǎn)業(yè)發(fā)展。時(shí)至今日，半導(dǎo)體照明已經(jīng)取得了重大發(fā)展，但在甘子釗院士看來，現(xiàn)在還不是“居安”的時(shí)候，產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然面臨著重重困難和挑戰(zhàn)，需要業(yè)界保持理性和警惕。

“被動(dòng)”中開始的研究

“抱著嘗試的心態(tài)，我們開始了氮化發(fā)光二極管的研發(fā)工作?？梢哉f，北大物理系在這方面工作的開展，開始是有些被動(dòng)的。”甘子釗院士回憶說。

北大物理系在半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究有很長(zhǎng)的歷史，其發(fā)展歷程顯示，1956年，根據(jù)國(guó)家科學(xué)發(fā)展規(guī)劃的需要，集中北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、廈門大學(xué)、吉林大學(xué)五校師生到北大物理系，在黃昆（世界著名物理學(xué)家、中國(guó)固體和半導(dǎo)體物理學(xué)奠基人之一）、謝希德教授（著名物理學(xué)家、教育家，我國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)的開拓者之一）的主持下，創(chuàng)辦了我國(guó)第一個(gè)半導(dǎo)體專業(yè)。創(chuàng)辦后三年內(nèi)培養(yǎng)出的兩百余名學(xué)生成為我國(guó)新興半導(dǎo)體事業(yè)的第一批骨干，對(duì)我國(guó)從無到有的建立和發(fā)展半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)工業(yè)體系起到了重要作用。

上世紀(jì)90年代初，北大物理系思考半導(dǎo)體的研究方向，甘子釗院士時(shí)任系主任，那時(shí)依托北京大學(xué)的人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開始建設(shè)，得到了一些科研經(jīng)費(fèi)。“當(dāng)時(shí)經(jīng)費(fèi)還很少，我們決定從經(jīng)費(fèi)中拿出部分資金買臺(tái)MOCVD設(shè)備做些化合物半導(dǎo)體的研究，購(gòu)買的是中科院長(zhǎng)春物理所自主研發(fā)的MOCVD設(shè)備。”對(duì)于當(dāng)時(shí)的情況，甘子釗院士記憶猶新，伴隨著這臺(tái)設(shè)備的到來，參與設(shè)備研制的張國(guó)義（現(xiàn)任北京大學(xué)物理學(xué)院教授）也來到北大物理系攻讀博士后學(xué)位。

不過，設(shè)備到達(dá)之后，研究方向依然懸而未決，“最初原本打算做砷化鎵方面的研究，但當(dāng)時(shí)系里無論是設(shè)備水平還是經(jīng)費(fèi)實(shí)力都很難與中科院半導(dǎo)體和物理所相比，他們?cè)谏榛壏矫娴难芯繉?shí)力更強(qiáng)大，所以我們不太適合再做這方面的研究”，甘子釗院士表示，這也意味著需要繼續(xù)尋找合適的方向。

從當(dāng)時(shí)的國(guó)際背景來看，20世紀(jì)80年代末90年代初，日本的中村修二已開始了其藍(lán)色發(fā)光二極管的研究，其成果也被報(bào)道，其中，1992年其試制出雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的GaN發(fā)光二極管，并證實(shí)發(fā)光情況，同年實(shí)現(xiàn)雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)GaN發(fā)光二極管的高亮度化。

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釗院士，“有同志來找我，說這是個(gè)方向或許可以嘗試一下，這個(gè)同志還特地復(fù)印了報(bào)道的材料給我?！彪m然從一些資料來看，氮化鎵的樣品并不好，位錯(cuò)密度也高，但發(fā)光效率卻不錯(cuò)，這位同志的建議引起了甘子釗院士的注意，他找到具體負(fù)責(zé)的同志商量，同時(shí)也征詢了張國(guó)義的意見，抱著嘗試的心態(tài)，北大物理系開始了氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管的研發(fā)工作。“可以說，北大物理系在這方面工作的開展，開始是有些被動(dòng)的”，回想起這段開始的經(jīng)歷，甘子釗院士笑著說。