▲廈門大學校長、張榮教授分享《Ⅲ族氮化物半導體光電子器件的幾個科學問題》大會報告

報告首先基于國家重大戰略需求和重要性，介紹了寬禁帶半導體材料的性能優勢和寬禁帶半導體光電子器件功能與應用。張榮教授指出，光電子技術是服務于國防建設、社會發展、國民經濟各個領域，是信息、能源、軍事、醫療等領域的核心支撐，保障“中國制造2025”等國家戰略的實施。寬禁帶半導體全面支撐光電子技術的可持續發展。
 

▲廈門大學校長、張榮教授
 

基于寬禁帶半導體材料的性能優勢，因其能帶結構隨固溶體組成變化，可以實現材料能帶結構的“剪裁”。進而，可以從材料、器件、芯片等核心技術支撐光健康、光生物、設施農業、公共衛生安全、太陽能電站、多場景顯示、光通信、物聯網、電網監測、深海深空探測等領域不同場景和應用需求。張榮教授認為，未來寬禁帶半導體將朝著高速率、高靈敏度、高效率、多譜段的方向發展。能量密度區間及物理特征有所區分，決定了器件的物理行為，也將催生出不同場景應用。

 

此外，關于Ⅲ族氮化物半導體光電子器件的內涵與核心問題，張榮教授從其構成與技術特點，信息光電子技術的內涵與核心問題，典型信息光電子器件應用，能量光電子技術的內涵與核心問題，典型能量光電子器件應用多個方面展開分享。并就其構成與技術特點提出兩核心個問題，即以光子為信息載體的信息光電子技術，低光能量密度實現高靈敏度和高速率的信號探測與輸出，如何實現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，通過高光能量密度的能量輸出達到高效率，如何實現更高能量的輸出和處理？

 

LED在不同工作區間的物理特征及應用，不同能量密度場調控器件內的物理行為，適用于不同應用場景。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和高調制帶寬通信技術，針對微弱甚至極微弱信號的高增益放大，高頻率響應、RC時間常數小。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路線是人工結構設計--“場” 調控。并介紹了AlGaN SAM型雪崩光電二極管場調控設計，AlGaN雪崩光電二極管極化場調控，“場”調控觸發大規模雪崩倍增，實現了低光能量密度信號的高靈敏探測。
 

 

關于異質結能帶工程在AlGaN雪崩器件中的應用，采用AlGaN異質結倍增層替代傳統的同質結進一步實現“態”調控，可增加倍增區的平均離化系數，減少電子發動倍增過程產生的過剩噪聲。

 

他表示，能量光電子技術的核心問題是提高能量轉換效率。高轉換效率的技術實現路徑--“場” 調控與“態”調控。能量光電子技術以“場”和“態”的調控為核心，多粒子間的能量場耦合實現低損耗的能量轉換。強量子限域結構的“態”調控實現高效率光能量輸出。以III族氮化物半導體為核心的LED技術已成為固態照明技術的主流，以照明技術的能效發展為例，從最初的< 2lm/W的低能效，通過能量光電子調控機制的不斷創新和能量間轉換效率的突破式發展，到現在實現LED照明芯片>300lm/W。

報告中，還分享了關于氮化鎵基單芯片白光LED多粒子共振能量轉移研究，非/半極性面加強能量態密度的調控，發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理 ，基于新型元激發的低閾值激光器，高能量密度下的若干物理現象，AlN/GaN超晶格中的激子極化激元等科學問題前沿研究。

 

最后，張榮教授在總結與展望時指出，寬禁帶半導體光電子器件支撐光電子的可持續發展，依技術內涵劃分為信息光電子技術和能量光電子技術。信息光電子技術是面向低能量密度光信號，高靈敏度探測和高調制帶寬助推高速率、高靈敏度、低功耗信息化技術的發展。能量光電子技術是發展更高能量間轉換效率的半導體照明及激光等技術，高能量密度下有望催生新物理現象。