今年5月，記者在南昌參觀了江風(fēng)益教授領(lǐng)銜的國家硅基LED工程技術(shù)研究中心。當(dāng)江教授帶著我們走到習(xí)近平總書記親自為他頒獎的照片前時，顯得非常激動。2016年1月8日，他牽頭完成的硅基氮化鎵藍(lán)光LED項目獲得2015年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎，習(xí)總書記在人民大會堂為他頒獎;不到1個月之后的2月3日，習(xí)總書記視察他建立的LED實(shí)驗室。2019年11月22日，他從中國科學(xué)院白春禮院長手中接過中國科學(xué)院院士證書;三天后的11月25日，他獲得國際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟授予的“全球半導(dǎo)體照明突出貢獻(xiàn)獎”。

 

 

 

　　所有這一切都是對他30年辛勤付出的回報。在談到未來時，江風(fēng)益院士更是滿懷信心：“可見光LED光效還有進(jìn)一步提升的空間，我國LED和LED照明從業(yè)者應(yīng)該有更遠(yuǎn)大的理想。”

 

　　與“發(fā)光”結(jié)緣立志發(fā)展新技術(shù)路線

 

　　1987年，江風(fēng)益到中國科學(xué)院長春物理研究所(現(xiàn)光機(jī)物理所)攻讀碩士學(xué)位，從那時起，他就和“發(fā)光”結(jié)下了一生情緣。畢業(yè)后，他回到家鄉(xiāng)江西，在紅土地上踏上了他的LED研究征程。

 

　　LED——發(fā)光二極管，是一種節(jié)能環(huán)保的冷光源，具有發(fā)光效率高、壽命長、體積小、可靠性高、響應(yīng)速度快和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。長期以來，國際上的LED照明芯片技術(shù)路線，由日本為主發(fā)展起來的藍(lán)寶石襯底LED和美國為主發(fā)展起來的碳化硅襯底LED所主導(dǎo)。

 

　　江風(fēng)益想發(fā)展一條新的技術(shù)路線，避開與這兩條技術(shù)路線正面競爭。在硅上制備高光效GaN基LED曾經(jīng)是學(xué)術(shù)界夢寐以求的目標(biāo)。由于硅和GaN巨大的晶格失配和熱失配導(dǎo)致的外延膜龜裂、晶體質(zhì)量差，襯底不透明導(dǎo)致的發(fā)光效率低等問題，讓當(dāng)時業(yè)界普遍認(rèn)為，在硅上制備高光效GaN基LED是不可能的。江風(fēng)益對他的團(tuán)隊說：“我們要把不可能變成可能，創(chuàng)造LED照明芯片第三條技術(shù)路線。”2003年年底，追蹤藍(lán)寶石襯底LED技術(shù)已有7年的江風(fēng)益團(tuán)隊，把目光對準(zhǔn)了硅基氮化鎵LED技術(shù)。

 

　　推動硅基氮化鎵藍(lán)光LED產(chǎn)業(yè)化

 

　　自2003年起，江教授就開始專注于硅基氮化鎵LED研究。從此，他和團(tuán)隊把實(shí)驗樓當(dāng)成了家。熟悉他的人都知道，他在樓里搞了個小食堂，辦公室里擺了張床，經(jīng)常一個星期不出房。從設(shè)計到實(shí)驗，從實(shí)驗到中試，從中試到小規(guī)模量產(chǎn)……數(shù)千次實(shí)驗，貫穿了無數(shù)個晝夜。

 

　　功夫不負(fù)有心人。2004年他在國際上率先研制成功高光效硅襯底藍(lán)光LED，2006年與王敏博士一道創(chuàng)辦了晶能光電公司推動硅襯底藍(lán)光LED產(chǎn)業(yè)化。2007年推出了國際上首只商用硅襯底藍(lán)光LED，2009年推出了國際上首只硅襯底大功率藍(lán)光LED。

 

　　硅襯底薄膜型LED芯片因其出光方向性優(yōu)勢，在手機(jī)閃光燈、強(qiáng)光手電、路燈、礦燈等領(lǐng)域獲得了比較廣泛的應(yīng)用。2015年，高光效硅襯底藍(lán)光LED成果獲得2015年度中國國家技術(shù)發(fā)明獎中唯一的一等獎。

 

　　高光效黃光LED將有更大作為

 

　　長期以來，LED在黃綠光波段，特別是黃光波段，發(fā)光效率一直非常低，這一現(xiàn)象也被稱作為“Green gap”，國際上幾十年來未有明顯突破。在高光效硅襯底藍(lán)光LED獲得成功后，江教授將新的目標(biāo)瞄準(zhǔn)高光效黃光LED這一世界性難題。“長期富藍(lán)光照射對人體生理是有一定危害的。因此，隨著近年來技術(shù)的改善，黃光LED發(fā)光效率逐漸提升，采用純LED發(fā)光的時代正在到來，在部分市場正逐漸替代現(xiàn)有的主流技術(shù)。”在提到高光效黃光LED的開發(fā)時江風(fēng)益表示。他帶領(lǐng)團(tuán)隊設(shè)計制造了專用MOCVD裝備，利用硅襯底帶來的張應(yīng)力，引入新準(zhǔn)備層，提出了新理念，解決了銦鎵氮黃光量子阱材料生長溫度低、壓應(yīng)力過大、易相分離等難題，于2016年成功地將黃光LED的光功率效率(簡稱光效)從之前國際上最高不到10%提升到21%～30%(130～180lm/W，20～2A/平方厘米)，成果被國際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟評為2016—2017年全球半導(dǎo)體照明年度大事。

 

　　“可見光LED光效還有進(jìn)一步提升的空間，我國在LED和LED照明領(lǐng)域應(yīng)該有更大的作為。”江院士在接受《中國電子報》記者采訪時表示。近3年來，他們的團(tuán)隊在光效的提高上開展了大量工作，并取得有目共睹的成績。目前硅基氮化鎵綠光(520nm)、黃光(565nm)、橙光(585nm)LED在20A/平方厘米電流密度下光效分別達(dá)到46.1%(202lm/W)、26.7%(164lm/W)、15%(75lm/W);在2A/平方厘米電流密度下，綠光(528nm)、黃光(575nm)、橙光(590nm)LED光效分別高達(dá)61.9%(312lm/W)、41.4%(239lm/W)、18.8%(81lm/W)。他們組合高光效黃光、紅光LED，成功開發(fā)了超低色溫、無熒光粉、無藍(lán)光的金黃光LED照明光源。該光源用于路燈、街燈等市政照明，色調(diào)與傳統(tǒng)的高壓鈉燈接近，兼容夜間照明低色溫氛圍，減少了高色溫LED燈帶來的光污染;其高穿透性有助于提升道路行車安全系數(shù)，特別是在雨、霧、霾的環(huán)境中大大提高了道路的照明質(zhì)量，已在國內(nèi)十多個城市應(yīng)用。“黃金光源用于家居照明，避免了富藍(lán)光LED短波長光危害的風(fēng)險，未來市場前景廣闊。”

 

　　此外，可見光通信、智慧情景照明等領(lǐng)域也是LED大顯身手的舞臺。為此，江風(fēng)益團(tuán)隊利用高效硅基氮化鎵藍(lán)、青、綠、黃光LED以及轉(zhuǎn)移至硅基板上的鋁鎵銦磷紅光LED，實(shí)現(xiàn)了無熒光粉多基色白光LED照明光源，具有響應(yīng)速度快、多信道、光譜可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。

 

　　2019年7月，諾貝爾物理學(xué)獎得主、美國UCSB教授中村修二在半導(dǎo)體照明大會上公開稱贊：“南昌大學(xué)發(fā)明了發(fā)光效率世界最高的黃光LED，技術(shù)水平國際領(lǐng)先，這是中國人的一項非常大的發(fā)明，它有非常大的價值。”2019年11月25日，經(jīng)中村修二教授推薦，江風(fēng)益獲得國際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟授予的“全球半導(dǎo)體照明突出貢獻(xiàn)獎”。