2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮擬于本周五在北京人民大會(huì)堂舉行。江西省上報(bào)的“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”項(xiàng)目有望斬獲技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。該技術(shù)發(fā)明正在撐起江西省千億LED產(chǎn)業(yè)群。江西省近日印發(fā)打造南昌光谷、建設(shè)江西LED產(chǎn)業(yè)基地實(shí)施方案，目標(biāo)為2020年全省LED產(chǎn)業(yè)總量超過(guò)1000億元，占全國(guó)的15%。記者發(fā)現(xiàn)，A股上市公司聯(lián)創(chuàng)光電、木林森、鴻利光電、陽(yáng)光照明均有項(xiàng)目被納入上述發(fā)展計(jì)劃當(dāng)中?！皬母咝０l(fā)明，到政府扶持，再到上市公司的產(chǎn)業(yè)資本合力實(shí)踐，這是一條非常漂亮的創(chuàng)新鏈條，希望他們能成為標(biāo)桿?！币晃划a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家如此表示。
硅基LED占半壁江山
江西省人民政府公報(bào)4日發(fā)布了《關(guān)于打造南昌光谷建設(shè)江西LED產(chǎn)業(yè)基地實(shí)施方案》(下稱方案)，方案顯示，江西省欲把南昌打造成全國(guó)的LED光谷，把江西建設(shè)成為全國(guó)領(lǐng)先、具有國(guó)際核心競(jìng)爭(zhēng)力的LED全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)、制造和應(yīng)用基地，形成和強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)體系優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
值得關(guān)注的是，江西省欲大力扶持硅基LED技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，并將采取以硅基LED技術(shù)合作換產(chǎn)業(yè)發(fā)展的模式，推動(dòng)硅基LED技術(shù)向外輻射。方案顯示產(chǎn)業(yè)規(guī)模目標(biāo)為，到2020年全省LED產(chǎn)業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入在2015年基礎(chǔ)上翻兩番，總量超過(guò)1000億元，力爭(zhēng)占全國(guó)的15%，其中南昌達(dá)到500億元;技術(shù)分布中硅基LED技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈達(dá)到500億元。
方案提出，堅(jiān)持自主發(fā)展與借助外力相結(jié)合的基本原則，依靠硅基LED原創(chuàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，激發(fā)內(nèi)生動(dòng)力加快產(chǎn)業(yè)化步伐，提升硅基LED在國(guó)際上的地位和影響力。其中，區(qū)域布局上，南昌高新區(qū)重點(diǎn)發(fā)展硅基LED芯片和外延片生產(chǎn)設(shè)備等關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)品，以及原材料、支架、光學(xué)器件等配套產(chǎn)品。南昌光谷核心區(qū)四大中心規(guī)劃顯示，將利用國(guó)家硅基LED工程技術(shù)研究中心等，加大硅基LED技術(shù)攻關(guān)，彌補(bǔ)產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)，打造全省LED技術(shù)研發(fā)中心;推動(dòng)省內(nèi)企業(yè)牽頭制定國(guó)家硅基芯片及其應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建省LED企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系，力爭(zhēng)進(jìn)入國(guó)家LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。
此前，本報(bào)分析報(bào)道“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”項(xiàng)目(下稱“硅基LED”)有望獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，該項(xiàng)目由江西省申報(bào)，也是本年度唯一一個(gè)入選該獎(jiǎng)項(xiàng)初評(píng)一等獎(jiǎng)的項(xiàng)目;項(xiàng)目主要參與人員包括南昌大學(xué)的江風(fēng)益教授、晶能光電(江西)有限公司的孫錢等人。
彼時(shí)，有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家對(duì)上證報(bào)記者表示，在成本持續(xù)下降的背景下，硅襯底技術(shù)如若能獲得資本大力追捧，LED產(chǎn)業(yè)格局有望被重塑。
多家上市公司參與其中
方案提出打造完整的產(chǎn)業(yè)體系，包括大力發(fā)展LED外延材料、芯片制造和器件封裝，全面推進(jìn)應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)建立有機(jī)聯(lián)系，打造基于硅基LED原創(chuàng)技術(shù)的完整產(chǎn)業(yè)體系。重點(diǎn)項(xiàng)目顯示，木林森、鴻利光電、聯(lián)創(chuàng)光電、陽(yáng)光照明等多家上市公司將受益。
方案顯示，在上游芯片制造領(lǐng)域，將實(shí)行硅基、藍(lán)寶石技術(shù)同步推進(jìn)，硅基優(yōu)先予以支持，強(qiáng)化硅基LED技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)發(fā)展大尺寸襯底材料制造等，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，將硅基LED芯片輻射到全國(guó)LED產(chǎn)業(yè)主要集聚區(qū);重點(diǎn)項(xiàng)目包括晶能光電(順風(fēng)清潔能源子公司)年產(chǎn)10億顆硅基紫光芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目(南昌)、聯(lián)創(chuàng)光電功率型紅外監(jiān)控系統(tǒng)用LED外延材料、芯片及器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(南昌)。
[NT:PAGE] 中游封裝領(lǐng)域，將突出硅基LED芯片大功率方向光的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深挖路燈、背光源、通用照明燈應(yīng)用產(chǎn)品及汽車、家電等新的應(yīng)用領(lǐng)域需求，重點(diǎn)發(fā)展硅基大功率LED封裝，力爭(zhēng)到2020年實(shí)現(xiàn)封裝營(yíng)收超過(guò)200億元。器件封裝躍升工程重點(diǎn)項(xiàng)目包括鴻利光電子有限公司(鴻利光電子公司)年產(chǎn)162億只LED器件封裝項(xiàng)目(南昌)、聯(lián)創(chuàng)光電年產(chǎn)20億只各類功率型紅外監(jiān)控系統(tǒng)用LED器件封裝項(xiàng)目(南昌)、江西省木林森照明有限公司(木林森子公司)年產(chǎn)1000億只LED發(fā)光二極管項(xiàng)目(吉安)。
下游應(yīng)用領(lǐng)域則推動(dòng)面向各領(lǐng)域的LED照明用品發(fā)展，爭(zhēng)取到2020年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收800億元;強(qiáng)調(diào)發(fā)揮硅基LED獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，全面開(kāi)發(fā)汽車大燈、探照燈、手機(jī)閃光燈、全彩顯示屏和背光源等特種照明及應(yīng)用產(chǎn)品。照明應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程重點(diǎn)項(xiàng)目涉及江西省木林森光電科技有限公司(木林森子公司)年產(chǎn)2億套LED高效節(jié)能照明產(chǎn)品項(xiàng)目(新余)、江西陽(yáng)光照明有限公司(陽(yáng)光照明子公司)年產(chǎn)8000萬(wàn)只LED高效節(jié)能照明燈具項(xiàng)目(鷹潭)。
此外，方案還要求發(fā)展相應(yīng)的配套材料和關(guān)鍵設(shè)備，包括著力突破硅基LED芯片加工關(guān)鍵設(shè)備金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)，力爭(zhēng)到2020年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收200億元。配套能力完善工程重點(diǎn)項(xiàng)目包括江西省木林森光電科技有限公司年產(chǎn)800萬(wàn)平米LED燈具線路板項(xiàng)目(新余)。
方案同時(shí)公布了相關(guān)保障措施，包括加大財(cái)政投入、強(qiáng)化金融支持、落實(shí)稅收等相關(guān)政策、完善補(bǔ)貼措施等。
硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管簡(jiǎn)介
具有節(jié)能環(huán)保意義的LED照明產(chǎn)業(yè)，是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。國(guó)際上現(xiàn)有三條LED照明 技術(shù)路線，分別是藍(lán)寶石 襯底、碳化硅 襯底和硅襯底GaN基LED照明技術(shù)路線。其中，前兩條技術(shù)路線分別是以日本和美國(guó)為主發(fā)展起來(lái)的，主要貢獻(xiàn)者分別獲得日美 兩國(guó)最高科技 獎(jiǎng)，藍(lán)寶石襯底技術(shù)路線的三個(gè)主要發(fā)明人還獲得了2014年度的諾貝爾 物理學(xué)獎(jiǎng)，第三條硅襯底LED技術(shù)路線是由我國(guó)發(fā)展起來(lái)的，即為本項(xiàng)目發(fā)明成果。
第一條技術(shù)路線是目前產(chǎn)業(yè)界采用的主流技術(shù)路線，第二條技術(shù)路線屬于“貴族”路線，成本高昂，其襯底及LED制備技術(shù)被美國(guó)公司壟斷。藍(lán)寶石襯底技術(shù)則主要掌握在日本公司手中，成本較低，這是目前市場(chǎng)上的主流路線;但藍(lán)寶石晶圓散熱較差，晶體垂直生長(zhǎng)困難很難做到大尺寸、無(wú)法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件，襯底也較難剝離。而第三條路線就是中國(guó)自主發(fā)展起來(lái)的硅襯底技術(shù)，它彌補(bǔ)了前兩大技術(shù)路線之不足。
在硅襯底上制備高光效LED一直是學(xué)術(shù)界夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。然而由于硅和GaN巨大的晶格失配和熱失配導(dǎo)致的外延膜龜裂、晶體質(zhì)量差，以及襯底不透明導(dǎo)致的出光效率低等問(wèn)題長(zhǎng)期未能解決，致使業(yè)界普遍認(rèn)為 ，在硅上制備高光效GaN基LED是不可能的，幾乎被判“死刑”。本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)三千多次實(shí)驗(yàn)，終于在國(guó)際上率先攻克了這一世界難題，所生產(chǎn)的硅襯底LED各項(xiàng)指標(biāo)在同類研究中均處于國(guó)際領(lǐng)先地們，并與前兩條技術(shù)路線水平持平。在350mA下硅襯底功率型藍(lán)光LED光功率高達(dá)657mW，電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)60%，封裝成冷白光光通量達(dá)155lm，光效達(dá)146 lm/w，50mA電流下光效達(dá)到191 lm/w。
襯底又稱基板，主要用于LED芯片制造過(guò)程中作為外延層生長(zhǎng)，起支撐和固定作用。它與外延層的特性配合要求比較嚴(yán)格，否則會(huì)影響到外延層的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響LED芯片的品質(zhì)。
評(píng)價(jià)襯底材料要綜合考慮以下幾個(gè)因素：
襯底與外延膜的結(jié)構(gòu)匹配
襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配
襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配
材料制備的難易程度及成本的高低
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