▲廈門大學(xué)校長、張榮教授分享《Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體光電子器件的幾個科學(xué)問題》大會報(bào)告

報(bào)告首先基于國家重大戰(zhàn)略需求和重要性，介紹了寬禁帶半導(dǎo)體材料的性能優(yōu)勢和寬禁帶半導(dǎo)體光電子器件功能與應(yīng)用。張榮教授指出，光電子技術(shù)是服務(wù)于國防建設(shè)、社會發(fā)展、國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，是信息、能源、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域的核心支撐，保障“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略的實(shí)施。寬禁帶半導(dǎo)體全面支撐光電子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
 

▲廈門大學(xué)校長、張榮教授
 

基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的性能優(yōu)勢，因其能帶結(jié)構(gòu)隨固溶體組成變化，可以實(shí)現(xiàn)材料能帶結(jié)構(gòu)的“剪裁”。進(jìn)而，可以從材料、器件、芯片等核心技術(shù)支撐光健康、光生物、設(shè)施農(nóng)業(yè)、公共衛(wèi)生安全、太陽能電站、多場景顯示、光通信、物聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)監(jiān)測、深海深空探測等領(lǐng)域不同場景和應(yīng)用需求。張榮教授認(rèn)為，未來寬禁帶半導(dǎo)體將朝著高速率、高靈敏度、高效率、多譜段的方向發(fā)展。能量密度區(qū)間及物理特征有所區(qū)分，決定了器件的物理行為，也將催生出不同場景應(yīng)用。

 

此外，關(guān)于Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體光電子器件的內(nèi)涵與核心問題，張榮教授從其構(gòu)成與技術(shù)特點(diǎn)，信息光電子技術(shù)的內(nèi)涵與核心問題，典型信息光電子器件應(yīng)用，能量光電子技術(shù)的內(nèi)涵與核心問題，典型能量光電子器件應(yīng)用多個方面展開分享。并就其構(gòu)成與技術(shù)特點(diǎn)提出兩核心個問題，即以光子為信息載體的信息光電子技術(shù)，低光能量密度實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高速率的信號探測與輸出，如何實(shí)現(xiàn)微弱信號的獲取和處理？另外，以光子為能量載體的能量光電子技術(shù)，通過高光能量密度的能量輸出達(dá)到高效率，如何實(shí)現(xiàn)更高能量的輸出和處理？

 

LED在不同工作區(qū)間的物理特征及應(yīng)用，不同能量密度場調(diào)控器件內(nèi)的物理行為，適用于不同應(yīng)用場景。面向低光能量密度信號的探測和傳輸， 需要高靈敏度的探測技術(shù)和高調(diào)制帶寬通信技術(shù)，針對微弱甚至極微弱信號的高增益放大，高頻率響應(yīng)、RC時間常數(shù)小。他指出，高靈敏度是決定信息光電子器件性能的核心要素。高靈敏度探測器件的技術(shù)路線是人工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--“場” 調(diào)控。并介紹了AlGaN SAM型雪崩光電二極管場調(diào)控設(shè)計(jì)，AlGaN雪崩光電二極管極化場調(diào)控，“場”調(diào)控觸發(fā)大規(guī)模雪崩倍增，實(shí)現(xiàn)了低光能量密度信號的高靈敏探測。
 

 

關(guān)于異質(zhì)結(jié)能帶工程在AlGaN雪崩器件中的應(yīng)用，采用AlGaN異質(zhì)結(jié)倍增層替代傳統(tǒng)的同質(zhì)結(jié)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“態(tài)”調(diào)控，可增加倍增區(qū)的平均離化系數(shù)，減少電子發(fā)動倍增過程產(chǎn)生的過剩噪聲。

 

他表示，能量光電子技術(shù)的核心問題是提高能量轉(zhuǎn)換效率。高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑--“場” 調(diào)控與“態(tài)”調(diào)控。能量光電子技術(shù)以“場”和“態(tài)”的調(diào)控為核心，多粒子間的能量場耦合實(shí)現(xiàn)低損耗的能量轉(zhuǎn)換。強(qiáng)量子限域結(jié)構(gòu)的“態(tài)”調(diào)控實(shí)現(xiàn)高效率光能量輸出。以III族氮化物半導(dǎo)體為核心的LED技術(shù)已成為固態(tài)照明技術(shù)的主流，以照明技術(shù)的能效發(fā)展為例，從最初的< 2lm/W的低能效，通過能量光電子調(diào)控機(jī)制的不斷創(chuàng)新和能量間轉(zhuǎn)換效率的突破式發(fā)展，到現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)LED照明芯片>300lm/W。

報(bào)告中，還分享了關(guān)于氮化鎵基單芯片白光LED多粒子共振能量轉(zhuǎn)移研究，非/半極性面加強(qiáng)能量態(tài)密度的調(diào)控，發(fā)展半極性面氮化鎵基長波長LED器件，高能量密度的光激射機(jī)理 ，基于新型元激發(fā)的低閾值激光器，高能量密度下的若干物理現(xiàn)象，AlN/GaN超晶格中的激子極化激元等科學(xué)問題前沿研究。

 

最后，張榮教授在總結(jié)與展望時指出，寬禁帶半導(dǎo)體光電子器件支撐光電子的可持續(xù)發(fā)展，依技術(shù)內(nèi)涵劃分為信息光電子技術(shù)和能量光電子技術(shù)。信息光電子技術(shù)是面向低能量密度光信號，高靈敏度探測和高調(diào)制帶寬助推高速率、高靈敏度、低功耗信息化技術(shù)的發(fā)展。能量光電子技術(shù)是發(fā)展更高能量間轉(zhuǎn)換效率的半導(dǎo)體照明及激光等技術(shù)，高能量密度下有望催生新物理現(xiàn)象。