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江风益高光效黄光led为半导体照明带来新高速带钙氧化物二氧化碳工艺水晶节日礼品

时间:2022年07月27日

江风益:高光效黄光led为半导体照明带来新活力

今年5月,在南昌参观了江风益教授领衔的国家硅基led工程技术研究中心。当江教授带着我们走到习近平总书记亲自为他颁奖的照片前时,显得非常激动。2016年1月8日,他牵头完成的硅基氮化镓蓝光led项目获得2015年度国家技术发明一等奖,习总书记在人民大会堂为他颁奖;不到1个月的2月3日,习总书记视察他建立的led实验室。2019年11月22日,他从中国科学院白春礼院长手中接过中国科学院院士证书;三天后的11月25日,他获得国际半导体照明联盟授予的“全球半导体照明突出贡献奖”。

所有这一切都是对他30年辛勤付出的回报。在谈到未来时,江风益院士更是满怀信心:“可见光led光效还有进一步提升的空间,我国led和led照明从业者应该有更远大的理想。”

与“发光”结缘 立志发展新技术路线

1987年,江风益到中国科学院长春物理研究手控盒或微机软件不能驱动机台运行时所(现光机物理所)攻读硕士学位,从那时起,他就和“发光”结下了一生情缘。毕业后,他回到家乡江西,在红土地上踏上了他的led研究征程。

led——发光二极管,是一种节能环保的冷光源,具有发光效率高、寿命长、体积小、可靠性高、响应速度快和应用范围广的特点。长期以来,国际上的led照明芯片技术路线,由日本为主发展起来的蓝宝石衬底led和美国为主发展起来的碳化硅衬底led所主导。

江风益想发展一条新的技术路线,避开与这两条技术路线正面竞争。在硅上制备高光效gan基led曾经是学术界梦寐以求的目标。由于硅和gan巨大的晶格失配和热失配导致的外延膜龟裂、晶体质量差,衬底不透明导致的发光效率低等问题,让当时业界普遍认为,在硅上制备高光效gan基led是不可能的。江风益对他的团队说:“我们要把不可能变螺纹丝套成可能,创造led照明芯片第三条技术路线。”2003年年底,追踪蓝宝石衬底led技术已有7年的江风益团队,把目光对准了硅基氮化镓led技术。

推动硅基氮化镓蓝光led产业化

自2003年起,江教授就开始专注于硅基氮化镓led研究。从此,他和团队把实验楼当成了家。熟悉他的人都知道,他在楼里搞了个小食堂,办公室里摆了张床,经常一个星期不出房。从设计到实验,从实验到用弹簧或橡皮筋将引申计绑在试样上中试,从中试到小规模量产……数千缓慢加大压力次实验,贯穿了无数个昼夜。

功夫不负有心人。2004年他在国际上率先研制成功高光效硅衬底蓝光led,2006年与王敏博士一道创办了晶能光电公司推动硅衬底蓝光led产业化。2007年推出了国际上首只商用硅衬底蓝光led,2009年推出了国际上首只硅衬底大功率蓝光led。硅衬底薄膜型led芯片因其出光方向性优势,在闪光灯、强光手电、路灯、矿灯等领域获得了比较广泛的应用。2015年,高光效硅衬底蓝光led成果获得2015年度中国国家技术发明奖中唯一的一等奖。

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高光效黄光led将有更大作为

长期以来,led在黄绿光波段,特别是黄光波段,发光效率一直非常低,这一现象也被称作为“green gap”,国际上几十年来未有明显突破。在高光效硅衬底蓝光led获得成功后,江风益将新的目标瞄准高光效黄光led这一世界性难题。“长期富蓝光照射对人体生理是有一定危害的。因此,随着近年来技术的改善,黄光led发光效率逐渐提升,采用纯led发光的时代正在到来,在部分市场正逐渐替代现有的主流技术。”在提到高光效黄光led的开发时江风益表示。他带领团队设计制造了专用mocvd装备,利用硅衬底带来的张应力,引入新准备层,提出了新理念,解决了铟镓氮黄光量子阱材料生长温度低、压应力过大、易相分离等难题,于2016年成功地将黄光led的光功率效率(简称光效)从之前国际上最高不到10%提升到21%~30%(130~180lm/w,20~2a/cm2),成果被国际半导体照明联盟评为2016—2017年全球半导体照明年度大事。

“可见黄光led光效还有进一步提升的空间,我国在led和led照明领域应该有更大的作为。”江风益在接受《中国电子报》采访时表示。近3年来,他们的团队在光效的提高上开展了大量工作,并取得有目共睹的成绩。目前硅基氮化镓绿光(5石家庄20nm)、黄光(565nm)、橙光(585nm)led在20a/cm2电流密度下光效分别达到46.1%(202lm/w)、26.7%(164lm/w)、15%(75lm/w);在2a/cm2电流密度下,绿光(528nm)、黄光(575nm)、橙光(590nm)led光效分鞋乳别高达61.9%(312lm/w)、41.4%(239lm/w)、18.8%(81lm/w)。他们组合高光效黄光、红光led,成功开发了超低色温、无荧光粉、无蓝光的金黄光led照明光源。该光源用于路灯、街灯等市政照明,色调与传统的高压钠灯接近,兼容夜间照明低色温氛围,减少了高色温led灯带来的光污染;其高穿透性有助于提升道路行车安全系数,特别是在雨、雾、霾的环境中大大提高了道路的照明质量,已在国内十多个城市应用。“金黄光源用于家居照明,避免了富蓝光led短波长光危害的风险,未来市场前景广阔。”江风益表示。

此外,可见光通信、智慧情景照明等领域也是led大显身手的舞台。为此,江风益团队利用高效硅基氮化镓蓝、青、绿、黄光led以及铜螺丝转移至硅基板上的铝镓铟磷红光led,实现了无荧光粉多基色白光led照明光源,具有响应速度快、多信道、光谱可调等优点。

2019年7月,诺贝尔物理学奖得主、美国ucsb教授中村修二在半导体照明大会上公开称赞:“南昌大学发明了发光效率世界最高的黄光led,技术水平国际领先,这是中国人的一项非常大的发明,它有非常大的价值。”2019年11月25日,经中村修二教授推荐,江风益获得国际半导体照明联盟授予的“全球半导体照明突出贡献奖”。

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