项目名称：高可靠性氮化镓基半导体发光二极管材料技术及应用
主要完成人：陆卫，张涛，张波，陈效双，王少伟，冯雅清完成单位：中国科学院上海技术物理研究所、上海蓝宝光电材料有限公司
奖种与等级：国家技术发明二等奖
本项目属于材料科学领域，所涉及的材料是近10 年来发展起来用于照明的新型发光材料，即氮化镓基发光二极管（LED）半导体材料，它在如空天和海上等特殊环境应用中面临的关键问题是材料的可靠性，包括来自材料缺陷影响问题、注入电流利用效率问题和应用中材料内部结温准确获取问题等。

本项目主要是通过一系列的技术发明解决这类材料在达到高可靠性特性方面的核心工艺与技术问题，特别是决定其发光效率的量子结构工艺优化途径提出，在特殊图形衬底上低缺陷外延材料制备工艺的实现，量子点结构模型提出及其对载流子注入效率量子结构改性工艺的实现，工艺评价的高精度材料特性检测方法突破等方面的系列性专利的有效实施，获得了高可靠性的氮化镓基发光二极管半导体材料及其应用。

本项目的主要发明点是：
发明点1：发明了一种基于量子点效应进行氮化镓基半导体照明材料量子结构优化设计和离子注入热退火氮化镓基量子结构材料改性的新方法，与其他材料制备工艺方法的结合有效提升了这类材料的可靠性，解决了材料结构优化中模型准确性不足的普遍性难题，被国
际Crosslight 公司采纳后"在美国、欧洲、日本、中国等国家和地区获得了广泛应用"。

发明点2：发明了基于图形衬底外延生长的特定生长工艺，有效地降低了材料刃型位错、螺旋型位错等各种缺陷密度，提升了LED 器件量子效率，适用于非良好散热环境下高可靠性工程应用，使得"该发光材料已经在可靠性上满足了恶劣环境中建筑照明工程应用需求"。

发明点3：发明了非接触式发光波长移动法实现的高精度结温测量方法，在国际上解决了材料封装在工程应用的灯具内结温高精度测量的难题，为获得高可靠性氮化镓基半导体照明材料提供了材料优化和筛选的必要手段。

上述发明点形成授权国家发明专利17 项，发表SCI 论文10 篇，他引30 次。

发明点的实际应用效果表明这些材料所具有的高可靠性使得我国成为在国际上首次成功实现氮化镓基LED 白光照明的空间应用，在实践卫星上成功完成白光照明的空间飞行任务，比美国公布的半导体照明空天应用研究状态在时间上至少提前了4 年，被认为"在可靠性上满足了航天应用需求，在国际上先行了一步"。

同时鉴于材料体系高可靠性技术突破，实现了中高端发光二极管年产量达1950KK 粒规模的生产能力，近3 年达到产值4.795 亿元人民币，推动了产能扩建投资项目总额约14.9 亿人民币。

这些材料还成功地应用于多个市政工程，包括上海东海大桥照明、世博会新闻发
布中心提供LED 大屏、国家十城万盏计划中的成都市新津县工业园区城市LED 路灯示范应用工程等。

照片1 研究人员在材料生长工艺线上讨论质量控制技术问题
照片2 所研制的高可靠性半导体发光二极管材料
照片3 东海大桥LED蓝光景观照明
照片4 白光LED在实践八号卫星照明仪器中的成功应用。