開拓進取 走在光電產業新時代

劉巖松+舒鵬

光電產業是隨著光電技術的興起而形成的一門高新技術產業，21世紀得到迅猛發展。2009年，全球光電產業的市場規模己達1萬億美元，我國光電技術產品市場也保持著高增長的速度。隨著光通訊、光顯示、光照明、光發電、激光技術和光子生物等光電技術的飛快發展以及光電技術與數字技術、多媒體技術、機電技術等領域的結合與滲透，使光電產業逐步發展成為與人們生活息息相關的產業，是解決能源危機、環境危機、使人類進入信息化社會、實現人類的照明革命的朝陽產業。

廈門市老科學技術工作者協會（簡稱老科協）光電專委會主任、廈門大學能源學院陳朝教授，作為我國光電研究領域的領航者，用半生的心血在光電技術研究領域譜寫了光輝的一頁，為祖國的光電事業奉獻了自己全部的青春和智慧。

創新開發，科研惠國

陳朝教授介紹說，信息光電子學是研究光電信息傳遞和能量轉換的科學。光子和電子作為信息的載體，快速傳遞進而相互轉換構成了信息、通信和網絡工作的基礎，光能和電能的轉換成為光伏發電和半導體照明的基本原理。無論是光電的信息傳遞還是光電的能量轉換，都離不開半導體材料和器件。所以，半導體光電材料、器件及其應用就成為當今研究和發展光電技術的關鍵。陳教授在廈門大學物理系上學期間，正好學習了“無線電電子學”和“半導體物理與半導體器件物理”兩個專業。后來，在導師的建議下，他選擇了半導體光電研究方向，走上了光電科研創新之路。

多年來，陳朝教授以半導體光電材料、器件和應用，涉及信息光電子學、半導體照明和光伏發電等技術為主要研究方向。1992年到1993年間，他作為高級訪問學者，被國家教委公派到加拿大多倫多大學和白俄羅斯大學工作，負責由國家科委下達的與白俄羅斯科學院電子研究所合作的“用于光纖通信的III-V族多層材料和光電器件的研制”國際合作項目，并設計了InP基單片集成PIN-FET多層材料，在同一片材料上成功研制出性能良好的PIN光電探測器和MISFET放大器。

2002年，陳朝教授課題組利用正性光刻剝離工藝，在國內首次研制成功新型多功能光控HEMT器件。該器件可用于光電集成電路，能夠探測高頻光纖信號并將其放大，是具有源頭創新特點的產品，有力推進了我國半導體光電材料的發展。

同時，陳朝教授還帶領課題組研制出了高速、低暗電流、高響應度的InGaAs/InP PIN光電探測器芯片，集成了異質結分離、開管擴散、氧化鋁抗反射膜等新技術。該芯片進行了TO-46及帶尾纖的單管和PIN-TIA結構光電放大器組件封裝測試，傳輸速率為655Mbps～2.5Gbps，并獲得“InGaAs/InP PIN光電探測器及其制造工藝”發明專利。2003年3月，由科技部和福建省科技廳組織的驗收鑒定認為：該工藝達到國際先進水平。

開拓進取，加速信息產業發展

作為我國光纖收發器研發領域的拓荒者，陳朝教授于1997年至1999年間，在國家科委國際合作項目、國家自然科學基金和福建省科委國際合作項目支持下從事計算機網絡高效信號傳輸收發器的研制。經過兩年的刻苦鉆研，成功研制出“10Mbps、100Mbps光纖收發器”，獲得兩項發明專利和兩項實用新型專利的授權，其性能達到國際同類產品的先進水平。

這一新型收發器在協議芯片的功能開發、防止高頻信號相互耦合及實現光電接口轉換等方面的設計上具有創新性和先進性，性價比高于目前國際的同類產品，具備較強的市場競爭能力。該成果于1999至2000年間轉讓給廈門企業，創造了極大的經濟效益和社會效益，先后獲得2000年廈門市科技進步三等獎和2001年福建省科技進步二等獎。

光電集成電路（OEIC）是將光通信中的光學有源器件（如光發射器：半導體激光器LD、發光二極管LED等；光接受器：光敏二極管、PIN光電探測器、光雪崩二極管APD等），與其驅動電路或信號放大電路集成在一起，具有體積微小、頻率高、可靠性強、成本低和容易批量生產的優點，是光纖通信和光計算機最理想的器件，也是國內外業界幾代人不斷為之努力奮斗的目標。然而，OEIC因為涉及到光學器件和電學器件在結構、材料和工藝上不兼容，實現它有很大的困難。陳朝教授課題組成功地將用于IC的設計軟件開拓應用到光電器件的設計上，利用現有的硅IC工藝， 一方面設計和研制LD和LED的驅動電路， 并將LD和LED芯片焊接在驅動電路上，實現了光發射器芯片的混合集成；另一方面利用硅材料對可見光-近紅外光的吸收性能和IC設計的特殊功能巧妙地設計了具有探測和放大能力的硅基單片集成光電探測放大器芯片。這種OEIC芯片，首先被應用在塑料光纖通信中。因為塑料光纖在650nm波長有一個窗口，可用硅探測，而且塑料光纖憑借著可以任意彎曲、不折裂、不影響光衰減、對接容易、操作方便、成本低等優點，可成為實現“光纖到戶”（FTTH）最后一公里的不二替代品。陳教授帶領課題組開始了漫長的科研征程，2014年他們成功研發了用于塑料光纖通信的混合集成650nm發射器芯片和650nm的高靈敏度的硅基單片光電集成探測放大器芯片，實現了155Mpbs這款光電集成電路（OEIC）芯片具有低成本、可批量生產、對接封裝容易、體積小、頻率高等優點，完全可以取代目前市場上由愛爾蘭生產的分立封裝的塑料光纖收發器，具有很高的性價比和很強的競爭力。

如今，陳朝教授正致力于塑料光纖通信的新領域研發，已經在國內首次研制出用于密集波分復用的石英小球諧振腔光纖分插器，并且還對其工作原理和制備方法進行了有效探索，為我國微腔光纖通信事業的發展做出了貢獻。為了實現高速、寬帶、低成本的全光網絡通信，突破“最后一公里”的瓶頸，真正實現光纖到戶的目標?！拔覀儾捎?50nm波長成功實現了點對點通信以及1310nm主干網和850nm局域網的互連，正在努力研發650nm單片集成塑料光纖收發器芯片。這樣不久將有可能實現每戶20Mpbs高速寬帶低成本上網?！标惤淌阢裤街?。

篳路藍縷，以啟山林

眾所周知，半導體照明是真正的綠色照明，從2006年開始，陳朝教授參與了一項“863計劃”，并提出用激光誘導擴鋅新技術。這一新技術的融入使得GaN基材料表面的P型Zn雜質濃度達到5×1020cm-3以上，大大超過了Zn在GaN中的固熔度；在GaN基激光誘導摻鋅后制備了優良的P型歐姆接觸，明顯優于當時傳統工藝的水平；用新方法制備GaN基發藍光和發白光LED，則使LED的使用壽命和可靠性顯著提升。陳教授在此期間，先后取得3項發明專利，在國內外相關雜志發表學術論文15篇，并培養了2位博士生和1位碩士生，有效推動了我國半導體照明技術的發展。

緊接著，陳朝教授又瞄準了另一項光伏產業發展難題——多晶硅的提純，在福建省科技廳、福建省發改委、福建省經貿委、國家自然科學基金委、廈門市等各級科研經費的支持下，他用10年的時間在冶金法提純多晶硅技術的研究領域取得了可喜的成績，在多晶硅精細冶煉、造渣除硼、酸洗、真空冶煉、定向凝固等一系技術路線上取得諸多發明專利和其他科研成果。

2007年，陳教授主持福建省科技廳重大科技專項“低成本多晶硅提純及其太陽能電池的研究開發與產業化”項目，旨在通過物理冶金法研制太陽能級的多晶硅。在項目研究過程中，他們采用精細的綜合冶金物理方法，將工業硅的冶煉和提純緊密結合，充分利用工業硅冶煉工程的余熱，直接將2N的工業硅提純到6N以上的太陽能級多晶硅；將5N多晶硅定向凝固、劃片后經表面氯氧化和吸雜處理改性后，于2011年研制出光電轉換效率超過11%的太陽能電池。

2012年，陳朝教授帶領研發團隊運用創新工藝技術，將純度為2N的工業硅提純到了6N以上的太陽能級多晶硅鑄錠，用其制備的多晶硅電池光電轉換效率超過17%，光衰小于3%，并且具備低成本、低能耗、低污染的技術優勢，極有可能成為我國乃至國際太陽能級多晶硅生產的主流方法之一。同年，該項目通過了專家驗收，并先后獲得授權發明專利14項、實用新型專利1項和軟件登記2件，在國內外期刊上發表學術論文30余篇，轉讓成果3項。

另外，談到近幾年興起的LED（發光二極管），陳朝教授早在上世紀70年代，就帶領課題組在國內首次用熔液生長法合成生長了磷化鎵（GaP）單晶片，并用擴散法首次研發成功高效的發紅、黃、綠三色平面結構的LED芯片。然而，白光LED的發光光譜和人類的視感曲線不能很好匹配，缺少足夠的紅光成分，阻礙了LED真正取代白熾燈進入室內照明領域，采用近紫外線激發的三基色稀土高效熒光粉替代目前的黃色熒光粉是最有希望的方案。陳教授作為國內LED最早研發者之一，正帶領他的研究生為攻克這一世界性難題而不懈努力。

老驥伏櫪，志在千里

今年1月22日，作為中國科協會員日重要活動之一，由廈門市科協、廈門市老科協聯合主辦，廈門市經濟和信息化局、廈門市科技局、廈門市教育局、國家電網廈門供電公司為指導單位，以“推廣光伏發電 共建美麗廈門”為主題的光伏論壇在廈門市科協大廈隆重舉行。會上，陳朝教授作了題為《光伏發電的新進展及其應用前景》的專題報告，受到與會專家的一致好評。

如今，陳朝教授雖然已經年逾古稀，但他仍在為宣傳發展光電產業，促進生態文明建設奉獻著自己的力量，唱響了一首發揮余熱、老有所為的桑榆歌！