王啟明

曾任中科院半導體研究所所長

王啟明,Wang Qiming,出生於1933年7月5日,國際著名的光電子學家。祖籍福建石獅。1956年畢業於復旦大學物理系。研究員、博士生導師,中科院院士。中國科學院半導體研究所研究員,曾任該所所長。參與籌建中國半導體測試基地,建立了一系列材料測試系統。

1963年開始致力於半導體光電子學研究,在中國首先研製成連續激射的室溫半導體激光器,先後使短波長和長波長激光器壽命突破10萬小時,達到實用水平。發現了雙異質結構激光器中出現反常自脈動,正向負阻開關和記憶開關等現象,提出了雙光絲Q開關機制,界面態載流子陷落存貯機制以及自摻雜反向擊穿機制等,為深入研究提供了理論基礎。

人物簡介


1985-1995曾任中科院半導體研究所所長,先後多次獲國家級和院級科技進步一、二等獎。1986年始曾連續三次被評授予國家級有突出貢獻中青年專家稱號,1999年榮獲何梁何利基金“科學與技術進步獎”,2001年被中國光學學會、電子學會和通信學會聯合提名獲我國光通信與集成光學傑出貢獻獎。培養了50多名碩士和博士研究生。研製成量子阱激光器、調製器和光雙穩激光器及開關器件,對發展光信息處理、光開關、光交換技術以及新一代光電子器件做出了貢獻。現兼職中國光學學會常務理事,並受聘為廈門大學、浙江大學、中國科技大學、北京工業大學等多所兼職教授。
主要從事半導體光電子器件物理、光子集成及其在光網路通信中的應用,尤其關注Si基光子器件和Si基光電子集成的發展。
王啟明院士的代表性主要科研與學術成績:
主持研製成功我國第一台CW運作10萬小時的GaAs DH激光器,發現了雙光絲自調Q效應,異質結界面電荷存儲記憶效應和雙向負阻效應。
國際同步開展了雙穩態(CCTS)半導體激光器研究,提出增益鎖定的概念和相關注入的技術,獲得了ps窄脈衝序列的光輸出,實現了波長變換與鎖定,指導研究了SEED光雙穩態開關。
主持開展了SiGe/Si量子阱、量子點的生長與應用研究。首次採用共振腔增強(RCE)結構研究成功可用於光通信1.3mm波長窄帶響應光電子探測器,成功生長了Ge/Si量子點相干陣列,發現了自覆蓋效應。
指導開展了Si基MOEMS和F-P腔TO型可調諧光學濾波器,獲得了可連續調諧90nm範圍的最好結果。
近期完成和在研的主要項目:
國家自然科學基金重大項目:“半導體光子集成基礎研究”(1998-2002)
國家重大基礎研究規劃(973)項目:“支撐高速、大容量信息網路光子集成基礎研究”(2001-2005)
國家自然科學基金委重大基礎研究計劃項目“光網路及其節點功能研究”(2001-2006)

技術成就


國內外同行公認王啟明是中國信息光電子事業的主要開拓者之一,在不同的階段他都為中國光電子事業的發展作出了傑出的貢獻。
1.研製成功長壽命GaAs半導體激光器率先主持研製成功我國第一支室溫連續波運行10萬小時的GaAs半導體激光器,推動了我國光纖通信的發展。
20世紀70年代初,美國貝爾實驗室的第一支室溫連續波運行的半導體激光器宣告問世。1973年,中國科學院領導覺察到這一成就對發展我國光通信及光電子學事業的深遠意義,立即部署半導體研究所作為院重點任務組織力量,加強研究。當時正處於“文化大革命”期間,是非難分,人心渙散,要組織一支攻堅隊伍很不容易。王啟明臨危受命,從研究室中抽調組織了近20名科研人員,立即開展半導體激光器的研究。
在接受這一難度極大的重點任務之後,王啟明提出並採取了一系列有效的技術措施。激光器的有源工作區,僅有0.1μm的厚度,如何精確地可重複地控制它,首先決定於外延爐的控溫精度。他率領課題組的人員與當時七機部的同志合作,在較短的時間內研製成功我國第一台高精度程式控制降溫外延爐,為優質外延生長的實現奠定了基礎。他吸取諸家的長處,與研究組的同事提出改進設計了我國第一套全密封金屬化外延系統,從根本上保證了外延材料的質量。為了降低閾值及功耗,他提出一種高技術實現高熱穩定隔離;在鍵合方面他還設計了新工藝,解決熱阻問題。由於他抓住了研製技術中的關鍵,從根本上提出並解決了技術難題。他率領全組同志經過五年艱苦奮鬥,不斷改進生長技術,提高器件質量,激光器運行壽命達到了萬小時以上,並於1980年經中國科學院組織鑒定,獲中國科學院重大成果二等獎。
王啟明的視野並不只局限於器件的研製與研究上,他更關心激光器的應用。他和他的同事們積極參與北京市電話局的光纖通信建設,把研製出的激光器用在市話局的光纖通信實驗線路上,經受住了長時間工作的考驗,從而在我國揭開了以半導體激光器為基礎的光纖通信事業的序幕。該器件及其應用技術一併獲得1981年北京市科技成果一等獎。
在1985年第一次組織評審國家科技進步獎時,這一重大成就又作為我國“短波長光通信器件研製”的全國聯合項目,被評為二等獎,王啟明被公推為第一受獎者。與此同時,由他主持的長波長InGaAsP激光器的研製成功,又獲得“六五”攻關國家重獎。在此期間他在學術會議和學術刊物上公開發表的論文、報告有《雙異質激光器退化觀察》、《A1GaAs/GaAs DH激光器退化特性及L-I特性》、《GaAlAs/GaAs DH激光器的L-I特性》等10多篇。
1981年在美國舊金山召開的國際光通信和集成光學會議上,他受邀擔任會議程序委員會委員並作了《中國的光通信》的特邀報告。由於他的成就和在國際學術界的影響,自1983年起連續被邀擔任三屆國際半導體激光會議和兩屆國際光通信與集成光學會議及國際電光會議的程序委員會委員。
2.研製成功新型pnpn雙向負阻激光器深入研究雙異質結激光器物理,提出了雙光絲可飽和吸收機制、異質結界面態電荷存儲記憶效應和pnpn夾層負阻擊穿機制,解釋了激光器出現的異常現象,也為新器件的研究提出了新思路。
出於嚴謹的科學態度和實事求是的精神,王啟明對器件所表現的異常現象非常重視並開展了細緻深入的研究。他和他的同事發現了某些激光器的異常瞬態輸出響應,他首先發現由於Al組分不均勻導致激光腔內雙光絲髮光,並據此提出了導致複雜瞬態行為的物理機制,論文發表在國際雜誌IEEE QE(《量子電子學》)1992年第18卷第4期上,為後來雙區共腔可飽和吸收調Q激光器的研究提供了思路。
他還發現某些激光二極體呈現的反常雙向負阻行為,提出是由於製備工藝熱過程帶來的自摻雜效應導致的反向結引入造成的。根據這一思路,後來成功地發展了一種新型pnpn雙向負阻激光器。
3.研製成功雙區共腔(CCTS)雙穩態激光器系統地發展了雙區共腔(CCTS)雙穩態激光器,為數字光電子學的發展打下了基礎。數字光電子學的發展必須具備有源和無源的光邏輯器件,這是80年代初人們開始關注的重要課題。
王啟明
王啟明
王啟明在提出雙光絲調Q效應解釋激光器中反常自脈動成功之後,隨即考慮如何有意識地研製這種器件,把普通的雙異質激光器分為兩段,保持在一個諧振腔中。這種雙區共腔激光器的輸出特性出現了光強回滯特性,即光雙穩態特性。光雙穩態特性正是光邏輯器件的基礎。王啟明和他的同事於1985年在中國《物理學報》發表了《InGaAsP質子轟擊內調Q雙穩態激光器》的論文,並與日本東京大學開展合作研究。
他和他的學生系統研究了雙穩激光器自調準單穩頻特性,穩頻度優於10-5。研究了光觸發增強放大特性,發現了輸入光譜的單模純正效應和光學混沌特性,並利用截取技術獲得10ps光脈衝。他指導學生提出一種獲得更窄光脈衝的“相關注入”新概念,並作了計算模擬研究。
由於王啟明領導的小組對雙穩態激光器進行系統深入研究所取得的成就,他曾三次在國際半導體激光會議上作報告,並在國際光電子學專集上特邀發表了總結性論文。這種器件已在國內被應用於信息光交換系統技術。作為階段性成果,於1987年被評為中國科學院自然科學二等獎。
1986年他在《中國通信學報》上發表了《共腔雙區CCTS激光器的研究》一文,被中國通信學會評為優秀論文一等獎。積極部署推動開展新一代量子阱光電子器件的研究,為我國“863”光電子高技術計劃的制訂與實施作出了重要貢獻。
1984年擔任半導體所副所長時,他全力支持並協助名譽所長黃昆院士爭取建立半導體超晶格國家重點實驗室。1985年他和他的同事合作指導的研究生在國內做出了第一支GaAs量子阱激光器,為量子阱光電子器件的發展,邁出了關鍵的一步。
1985年起,他擔任半導體所所長持續十年之久,大量的所務工作壓在他的肩上,讓他付出了很大的精力。與此同時,他又始終抓住光電子學發展的脈搏,併發揮他在所長崗位上所具有的國內外影響和作用,大力推進新一代光電子器件的發展。
他和研究生開展了量子阱自電光效應雙穩態光開關的研究、量子阱高速電光調製器的研究、量子阱面發射激光器的研究,並取得了重大進展,自電光效應雙穩態光開關器件,獲1992年中國科學院科技進步一等獎。量子阱長波長雙穩態激光器獲1995年中國科學院科技進步一等獎。
1987年2月,中央批准我國“863”高技術計劃,光電子技術為當時計劃項目之一。經過老一輩專家和中國科學院院領導的推薦,以及國家科委的嚴格考核,王啟明被遴選為“863”計劃信息領域第一屆專家委員會委員,並分工負責光電子主題的工作。他滿腔熱情地投入了光電子主題的建設工作,以準確銳利的眼光,提出了以光通信器件為主,光互連、光計算器件為輔的主題戰略目標,以發展新一代量子阱光電子器件為主導的研究路線;同時,有遠見地提出建設一個全國性的、開放的,以量子尺寸(納米)工藝為主體的光電子器件研製工藝基地。
他的設想,成為後來“863”光電子主題發展的基礎框架。他起草了實現主題研究的全面課題分解,為光電子主題工作的開展打下了重要的基礎。隨後他又被聘任為“863”計劃光電子工藝中心學術委員會主任。
1986年,他作為發起人之一,與教委部門聯合積極籌建了集成光電子學國家重點聯合實驗室,先後被聘任為聯合實驗室副主任和學術委員會主任。

簡歷


1934年7月3日出生於福建省泉州市。
1952-1956年在復旦大學物理系學習。
1956-1960年任中國科學院物理研究所,實習研究員。
1960-1978年任中國科學院半導體研究所助理研究員,課題組長,研究室副主任。
1978-1985年任中國科學院半導體所副研究員,研究室主任/副所長。
1985-1994年任中國科學院半導體所,研究員,博導,所長,第一屆“863”計劃信息領域專家委員會委員,兼第一、第二屆光電子主題專家組成員,國家光電子技術研究中心學術委員會主任。
1991年當選為中國科學院院士。
2002年任廈門大學物理與機電工程學院教授,國家自然科學基金委信息科學領域專家諮詢委員會委員。

主要論文


Qiming Wang, Liqing Zhao, Wanru Zhuang, Jingming Chang, ChunShan Chang, Zhenqiu Wu. Superhigh differential quantum efficiency and strong self-sustained pulsation in CW DH laser diodes, IEEE Journal of Quantum Electronics, 18(4), 595-601, 1982 Qiming Wang, Jianmeng Li. Computer simulations for a common-cavity two section (CCTS) bistable laser, Optical and Quantum Electronics, 19, 83-91, 1987
Qiming Wang, Ronghan Wu, Shiming Lin, Jianmong Li, Feike Xiong, Quansheng Zhang. An investigation of multi-functional semiconductor bistable laser. International J. of High Speed Electronics & Systems, 7(3), 43-57, 1996.
Qiming Wang. Reseach progress on semiconductor photonic integration. Progress in Nature Sciences, 7(2), 136-141, 1997
Qiming Wang, Qinqing Yang, Yuqing Zhu, Junjie Si, Yuliang Liu, Hongbing Lei, Buwen Cheng, Jinzhong Yu. Si-based optoelectronic devices and their attractive applications. Czech. J. Phys., 49, 837-848, 1999.
Qiming Wang, Cheng Li, Buwen Cheng, Qinqing Yang. Si-based resonant-cavity-enhanced photodetector. Optical Engineering, 40(7), 1192-1195, 2001.
Qiming Wang. State of the art and future prospect in development of optoelectronic devices applied in optical communication network, Bulletin of the Chinese Academy of Sciences (BCAS), 17(2), 89-94 (2002).
Qiming Wang. Nano-Technology and energy band engineering to promote the high efficient luminescence of Si. Progress in Physics, 2002, 22(4), 359-370.
Qiming Wang. The physical effects of semiconductors and high-tech optoelectronics industry. Physics, 2002, 31(7), 409-414.
Qiming Wang. Investigation progress on key photonic integration for application in optical communication network, Science in China, 40(1), 59-66, (2003)

事迹報道


王啟明:我國半導體光電子事業的“啟明星”
王啟明,福建泉州人,1991年當選為中國科學院院士,國際著名光電子學家。
命運多舛,煉就堅韌性格
1934年,王啟明出生於福建泉州一個城市貧民家庭,他的童年充滿了艱辛和磨難。王啟明原姓吳,家中有奶奶、父親、母親、哥哥、弟弟和妹妹共計7口人,靠父親微薄的收入度日,由於家庭條件困難,王啟明的妹妹在很小的時候就給一個華僑家庭當童養媳。
王啟明的家雖然一貧如洗,但苦中有樂,也算溫馨。對他影響最大的母親,是東方女性的典型代表,她勤儉持家、溫厚善良,在貧窮苦難中操持著一家人的柴米油鹽。但沒想到,抗日戰爭全面爆發后,日本對中國實施了細菌戰,江西、福建一帶首當其衝,泉州古城一時鼠疫、霍亂肆虐,王啟明的家人也不幸遇難。
1940年冬,在不到3個月的時間裡,王啟明的父親、母親和弟弟相繼染上鼠疫身亡,只留下年邁的奶奶、哥哥和王啟明相依為命。一年多后,奶奶也撒手人寰,只留下兄弟二人孤苦無依。兩個年幼的孩子只好去投奔同樣一貧如洗的姑姑……在王啟明的童年生活中,別說一日三餐,有時可能連一頓飯都得不到保障。他吃過大眾食堂的救濟飯,嘗遍了酸甜苦辣,還曾差點被承天寺的道淳大師收為弟子。
很難想象,一個不到十歲的孩子,童年飽受磨難,一路艱辛,最終竟成為了我國科學事業的先驅之一。王啟明曾說,童年對他的影響很大,主要是煉就了他那堅韌不拔的性格,在苦難面前,承受不住的人也許會悲觀厭世、放任自流,但他沒有。這份成熟、堅韌不拔的性格與他日後在科研生涯里披荊斬棘、勇攀高峰有密不可分的關係。
渴望知識,珍惜學習機會
王啟明從小就對知識有著強烈的渴求,他曾偷偷跟著哥哥,溜去學校聽課。家庭破滅時,他也失學了。後來,王啟明由他姑媽做主,被許給了泉州市郊一戶姓王的地主人家當養子。在新家庭里,他重新獲得了就學機會,直接就讀高小班。從小就十分懂事的王啟明十分珍惜這來之不易的求學機會,什麼問題都愛打破砂鍋問到底,這個好習慣貫穿了一生。1946年夏,王啟明以優異的成績從石獅育齡小學畢業。
石獅是南國僑鄉的代表地,抗戰勝利后,許多僑胞返鄉,他們興辦學校、普及教育,通過海外捐款籌資,成立了石獅鎮上第一所僑辦中學——石光中學,王啟明很幸運地成為了石光中學的首批學子。
石光中學的求學經歷也是王啟明人生中的重要經歷,在訪談中,他曾多次向我們講述他在石光中學里那些難忘的往事。一般學理科的人比較欠缺文字表述與總結能力,但這難不倒王啟明,因為他的文筆很好,在石光中學求學時,他的國文老師十分關心、鼓勵他,還幫他給報紙投稿。他曾深情地回憶道:中學時代,許多諄諄教導過他的老師不僅教會了他許多基礎知識,而且教會了他怎麼把自己培養成一個有益於社會的人。
懷著要成為一個對社會有用之人的目標和為了尋求更廣闊的天地,1952年,王啟明在考大學時,選擇了當時急需人才的理工專業,並以優異成績考入了復旦大學物理系。那時,國家對大學生實行全額獎學金供給制。這對於王啟明來說,是十分寶貴的機會。
大學期間,他沒有回過一次老家,因為那時養母一家人基本都出國了,王啟明靠著獎學金緊巴巴地生活著。沉默寡言的王啟明學習十分刻苦,他睡下鋪,就在上鋪的床板上畫上一個大問號,來提醒自己要多多思考,他還曾獲得全校“學習積極分子”的榮譽稱號。在大學校園裡,王啟明還遇到了盧鶴紱、謝希德等物理界前輩,還有方俊鑫這樣的物理界拔尖人物,方俊鑫還是他畢業論文的指導老師。1956年,在方俊鑫的指導下,王啟明完成了有關半導體的畢業論文《CdS半導體氣相反應材料生長研究》。
中國科學院應用物理研究所半導體研究室到復旦大學物色畢業生時,經方俊鑫推薦,王啟明被直接分配到應用物理研究所半導體室,從事半導體材料研究。只有王啟明被指定分配到半導體研究室,同學們都很羨慕他,因為當時的半導體正是一個充滿生機的高科技新生領域。從此,王啟明的一生就與我國半導體事業的發展結下了不解之緣。
潛心科研,取得矚目成就
在半導體研究室,年輕的王啟明先後在美國歸來的半導體材料物理學家洪朝生和林蘭英先生的指導下,對國產Ge原材料進行區熔物理提純,在國內首次獲得超純Ge材料,純度達到“9N”,並製備成水平單晶,滿足了製備Ge晶體管對要求。1958年開始,他又在洪朝生和林蘭英先生的指導下,轉入半導體材料參數與物理測試,主持建立了液氫室溫15—300K變溫霍爾(Hall)係數和電導率測量系統,還驗證了“洪朝生效應”。
1960年,按照國家的部署,半導體研究室從物理研究所分出,成立中國科學院半導體研究所,王啟明成了這個研究所的第一批成員。當時,國家要在半導體研究所建立“全國半導體測試中心”,以形成測試基地,檢測鑒定全國半導體行業生產出的半導體材料、器件的質量。王啟明作為骨幹成員,也參與了“全國半導體測試中心”的組織建設工作。
隨著測試中心的建立,半導體所的研究隊伍也得到了進一步加強和充實。王啟明負責的課題的人手也逐漸增多。自1965年以來,王啟明參加並主持了保護環結構平面型雪崩光電二極體的研製,並負責Si片表面氧化膜生長和深、淺結的擴散關鍵工藝等工作。他還提出用LN2低溫洗滌、純化氧氣的辦法,使慢表面態密度大幅降低,使器件性能穩定地達到了任務要求。這項研究成果後來獲得了中國科學院科學技術進步獎二等獎,對發展我國光通信事業起了先導性重要作用。
隨後,王啟明受命主持了中國科學院下達的重點任務——長壽命GaAs/AlGaAs雙異質結室溫連續工作激光器的研製。他帶領團隊首次在國內獲得室溫連續工作雙異質結激光器,並經進一步優化改進,完成了室溫連續工作10萬小時的任務指標,達到實用化水平,為我國光纖通信事業的發展作出了重大貢獻,該成果被評為中國科學院科技成果獎二等獎。這兩項成果聯合在一起,於1986年獲得國家科學技術進步獎二等獎,王啟明被公推為第一受獎人。這項成果,是王啟明帶領團隊艱辛探索十餘年才取得的,據說也是他科研歷程中最滿意、最深入的一項工作。
1986年,國家成立信息領域高科技專家委員會,王啟明入選。他把這看作自己的“第二次創業”,希望把整個光電子領域真正帶動起來。王啟明提出要以光通信為主攻方向、以光互聯和光計算為輔的光電子學研究路徑。他力排眾議,建立光電子工藝中心和光電子器件工程研究中心,奠定我國集成光電子事業的基礎。在半導體領域,國內外專家均認為,王啟明是中國信息光電子事業的主要開拓者之一,在不同階段他都為中國光電子事業的發展作出了傑出的貢獻。 (原載於《中國科學報》2018-05-14第8版印刻)