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张国义:LED研发之路 十年磨一剑

2011-11-23 作者:LEDth 来源:新世纪LED网 浏览量: 网友评论: 0

摘要: 张国义与半导体照明产业间的缘分还得从一种神奇的物质“氮化镓”材料说起。氮化镓单晶体,人们目前为止还没有发现有天然GaN晶体材料存在,它必须在实验室才能获得,作为一种直接带隙材料,与AlN, InN共同构成组分三角形,可以合成三元系的InGaN,AiGaN,和四元系的AlInGaN材料,可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光器,并可扩展到白光,将替代人类沿用至今的照明系统。

  张国义,长期从事半导体物理与器件物理,半导体光电子学,MOCVD生长技术的研究。其最为人所熟知的身份是北京大学物理学院教授,如今他还是东莞中镓半导体科技有限公司总经理,上海蓝光科技有限公司(原上海北大蓝光科技有限公司)首席科学家。他爱专研,爱挑战,凭着一股执着劲,在教学科研路上,积极推动着科研成果产业化。“上海蓝光”与“东莞中镓”就是在他的积极推动下成功孵化并成长壮大。将科研成果产业化,产生经济和社会价值,对他而言也是将人生价值得到更大发挥的一种体现。

  “我几乎没什么业余时间,教学、科研、产业化三方面都做好不容易,必须牺牲一些自己的时间才能有所兼顾,很多时候也会碰到压力,但我有一个特点就是坚持,我负责开发的两款主流产品几乎都是十年磨一剑,直到认为可以成果产业化的时候才跟企业合作。”张国义感慨到他的生活状况时如是说。自1990年,北京大学向张国义抛出橄榄枝之后,面临人生中一次重大选择的张国义毅然放弃了出国的机会,来到北京大学从事教学科研工作。时光荏苒,21个年头已过去,张国义也在北京大学这个平台上收获了在科研与产业化的硕果,在其研究的领域获得了令人瞩目的成就。

  点燃中国氮化物蓝光LED火苗

  张国义与半导体照明产业间的缘分还得从一种神奇的物质“氮化镓”材料说起。氮化镓单晶体,人们目前为止还没有发现有天然GaN晶体材料存在,它必须在实验室才能获得,作为一种直接带隙材料,与AlN, InN共同构成组分三角形,可以合成三元系的InGaN,AiGaN,和四元系的AlInGaN材料,可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光器,并可扩展到白光,将替代人类沿用至今的照明系统。人类从20世纪30年代已发现氮化物半导体具有这个性质,但长期以来由于氮化镓单晶制备特别困难,研发一直也未取得突破。

  国内一些科研机构也对氮化镓材料的研发给予了持续的关注与投入。中科院长春物理所早在20世纪70年代末,就用气相外延的方法生长过氮化镓,但未取得成功。直到20世纪80年代末,日本利用MOCVD设备及两步生长法,获得了P型材料,攻破了半导体照明材料的核心技术PN结,开启了氮化镓应用在照明方面的大门。北大经过调研后,预感到氮化镓材料到了突破的时候,于是在1990年,张国义的课题组就开始在这个注定将改变照明历史的氮化物材料的研究,成为国内较早进入这一研究领域的研究团队。而此时,国际上氮化镓蓝光LED也没有研制成功。

  课题启动之初,由于经费不足而困难重重。“在‘九五’期间,我们申请过863等项目的支持,尽管氮化镓未来前景很好,由于技术太前沿,全世界氮化物发光二级管都没有做出来,在这种背景下并没有得到支持。”张国义说。1994年,日本日亚公司用氮化镓材料做出蓝光LED发光管的样品。那年4月,张国义作为中国代表参加在日本举办的MOCVD国际会议,日本的一位教授送给了他两只在当时售价还很昂贵的氮化镓蓝光LED。消息传回国内立刻引起了国内科技界的重视,张国义的课题组也因此在1994年得到了国家自然科学基金资助。

  “然而这个事真正做起来还是非常难的,在蓝宝石上面采用两步生长法真正的获得一个PN结在那个时候也不容易。氮化镓材料的n-型背景载流子浓度很高,一做就做到10的20次方以上,如果要做成P型首先要把这些都补偿掉,多余的才能变成P型。直到1995年我们才真正获得PN结材料。”张国义感慨道,课题组的研究成果当年也发表在APL和《中国应用物理快报》上,成为国内第一个发表关于PN结氮化镓发光管的文章,以后陆续研制出InGaN/GaN的双异质结蓝光LED,多量子阱蓝光LED。

  张国义课题组的研究点燃了我国氮化物蓝光LED的火苗,国内也掀起了一股研究氮化物半导体的高潮,参与研发研究机构也逐渐多起来,直接推动了我国氮化物蓝光LED及相关产业的发展。

  推进科研成果产业化 成立北大蓝光

  1999年,经过近十年的研究,张国义对氮化镓蓝光LED的工艺有了更为清楚的了解,开始酝酿产业化。“科研成果只有产业化,才能显示其经济效益和社会效益,发挥出其真正的价值。”张国义说,氮化镓蓝光材料本身也具有重大的经济技术价值和市场前景,它的发展将对半导体LED产业和一大批相关产业有十分重要的带动作用。

  当时,张国义的研究成果得到了一个美国公司的青睐。“那个美国公司要请整个团队先到国外进行产业化试验,待能够大批量生产的时候再转移到国内。”相对完美的方案及优厚条件,让一心想将技术推向市场的张国义感到心动,他再次面临着选择。“后来为了不让技术及人才流失,此条路径并未得到北京大学的支持,于是他们开始寻求国内的合作对象。”张国义表示。

  1999年底,北大开始与黑龙江大正集团谈判准备一起合资成立一个LED芯片生产公司。随后,张江创投和张江高科也加入到投资者队伍里。在几方多次谈判下,共同成立 “上海北大蓝光科技有限公司”。北大蓝光也成为我国首家专营氮化物高亮度发光材料和器件的公司,填补了我国这一领域的空白。

  “2000年开始筹建建厂,基础建设基本上都是北大帮助其做,尽管存在很多困难,但2001年北大蓝光相关的进口设备就开始安装了。到2002年3月,北大蓝光的蓝光LED开始进行小批量的生产。到2003年,北大蓝光在管理、规模、人才引进上都比较成熟了,我们才回到北大。”张国义说,“后来蓝光经过增资扩股,根据国务院的规定要求才把‘北大’从公司名称中去掉了。”

  “如今,上海蓝光经过十多年的发展,上海本部资产已有几个亿,随后彩虹集团的加盟,为上海蓝光的发展,提供了更为迅速的发展机会,而且在合肥投资新建了二十多个亿的彩虹蓝光生产线,规模和技术都有了很大提升。至今北大与蓝光依然从研发到生产保持着密切的联系。”张国义表示。

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