趙宇吉：做出全球最亮LED，成諾獎得主得意門徒 | “35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國榜單專欄

楚科奇0118 2020-03-26

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2019 年 12 月 14 日，《麻省理工科技評論》公布了 2019 年“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”（Innovators Under 35 China）中國區(qū)榜單。在本屆榜單上，雖然缺失了“創(chuàng)業(yè)家”的身影，但是我們看到了許多在具有產(chǎn)業(yè)化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人，也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們，用自身不改初心的堅持努力，取得了世界級標竿成就的科研成果，其中有超過半數(shù)以上的獲獎者，都取得了世界級的突破性研究成果與發(fā)現(xiàn)。我們將陸續(xù)發(fā)出對 35 位獲獎者的獨家專訪，介紹他們的科技創(chuàng)新成果與經(jīng)驗，以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

關于 Innovators Under 35 China 榜單

自 1999 年起，《麻省理工科技評論》每年都會推出“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”榜單，旨在于全球范圍內(nèi)評選出被認為最有才華、最具創(chuàng)新精神，以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創(chuàng)新者或企業(yè)家，共分為發(fā)明家、創(chuàng)業(yè)家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年，該榜單正式推出中國區(qū)評選，遴選中國籍的青年科技創(chuàng)新者。新一屆 2020 年度榜單正在征集提名與報名，截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。

趙宇吉

發(fā)明家

趙宇吉憑借其在新型 GaN 基半導體器件和集成芯片技術領域取得的一系列成果，榮膺 2019 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人”中國區(qū)得主。

獲獎時年齡：33 歲

獲獎時職位：亞利桑那州立大學助理教授

獲獎理由：他要做出“最亮” LED，減少全球在照明和電力轉(zhuǎn)換上的能源消耗。

2014 年，因為發(fā)明了藍色發(fā)光二極管（LED），美國日裔科學家中村修二教授獲得諾貝爾物理學獎。LED 的發(fā)光效率要高于白熾燈和熒光燈，但長期苦于沒有短波長的藍光來激發(fā)其他顏色光源，因此無法得到應用。自這項發(fā)明后，利用藍光 LED 激發(fā)熒光粉的黃光，來混合成白光源已成為主流。

由于這項貢獻，中村修二被稱為“藍光之父”。但 LED 本身仍飽受“效率衰退”問題的限制，即 LED 在高電流密度下發(fā)光效率會明顯衰退，無法用在汽車大燈、投影儀等產(chǎn)品上。從日本來到加州大學圣芭芭拉分校（UCSB）后，中村修二便向?qū)W生們宣布：“我們的下一個目標是做出世界上最亮的 LED。”

彼時，剛剛以優(yōu)異的表現(xiàn)從復旦畢業(yè)來美國求學，并師從中村修二的趙宇吉博士，就是被這個令人振奮的目標激勵著，發(fā)明了“無衰退效率”的 LED，創(chuàng)造了新的照明效率世界紀錄。

趙宇吉告訴《麻省理工科技評論》中國，中村修二發(fā)明藍光 LED 時，是在氮化鎵六方晶體的極性面上生長材料。而研究非效率衰退 LED，則需要將目光投向半極性面/非極性面。趙宇吉發(fā)現(xiàn)，有一個晶面性質(zhì)奇特，摻雜效率尤其高，中村修二也非常認可，最終的無效率衰退 LED 就是在這個晶面上制備出來。趙宇吉的這項成果之后被《應用物理快訊》和《應用物理學快報》評選為年度最佳論文，譯成德，法，西等六種語言，并被《科學》、《自然-光子學》、《復合半導體》、美國光學學會（OSA）等廣泛報道 100 余次。

“中村老師對學生的要求特別高”，趙宇吉回憶。不像其他組學生有分工，中村修二則希望學生會所有步驟，包括材料表征、器件制備、測試、封裝等。在 LED 制作時每一層都要調(diào)試，研發(fā)挫折不知道有多少次。趙宇吉除了上課，所有時間都泡在實驗室里，工作到 12 點實驗室關門才走回宿舍。UCSB 校區(qū)的海灘格外聞名，實驗室就在海灘邊上，趙宇吉卻無暇欣賞，度過了人生最辛苦的五年。

目前，趙宇吉已經(jīng)在亞利桑那州立大學獨立組建了實驗室，從事用于航天器的高溫 GaN 器件和芯片（由 NASA 資助用于水星計劃）、量子光子學集成芯片等研究。他共計發(fā)表 67 篇期刊論文和 74 篇會議論文，作 34 次特邀報告，18 項美國專利申請。

這其中最重要的的工作，是開發(fā)了垂直 GaN（氮化鎵）功率晶體管，并受到美國能源部等超過 500 萬美元資助。傳統(tǒng)硅基電力電子器件難以同時承受大電流（大于 100A）和高電壓（大于 1000V），趙宇吉利用 GaN 基底開發(fā)出垂直溝道的電子電力器件，能承受 200A 和 20000V 工作條件。這項研究有望在 3 到 5 年內(nèi)被半導體巨頭產(chǎn)業(yè)化，成為降低電力轉(zhuǎn)化損耗（其在全球功耗中占比 10%）的重要途徑。

趙宇吉回憶，中村導師特別強調(diào)不要趕熱潮、隨大流。他很早就認為 GaN 有前途，但這種材料在自然界并不存在，用 MOCVD（有機金屬化學氣相沉積法）制備特別困難，外界都不認為能做出來。最慘的時候，報告會場里只有后來獲得 2014 年諾貝爾物理學獎的三位得主。“中村老師從小到大都不是傳統(tǒng)意義上的好學生?！壁w宇吉強調(diào)，中村修二不是名校畢業(yè)、沒有攻讀博士學位，硬是憑著自己不走尋常路的思維，和異于常人的努力，作出了震驚整個物理學界的成就。之后，全美的各大名校都拋來了橄欖枝。UCSB 校長楊祖佑的三顧茅廬最終打動了中村修二, 他在這里組建了全美最好的半導體實驗室。這種獨立探索的創(chuàng)新精神也傳達給了趙宇吉，幫助他找到了自己的方向。

2019 年 8 月，趙宇吉在美國白宮接受了美國青年科學家總統(tǒng)獎（PECASE），由美國總統(tǒng)親自頒發(fā)。中村修二曾向 UCSB 校長楊祖佑等人評價說：他原本對大陸學生不了解，覺得他們很難成功；如今看來趙宇吉卻是他最優(yōu)秀的學生。帶著導師的祝福和鼓勵，趙宇吉在科研的道路上走的更堅定和努力，他 33 歲，這條路還很長。

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