2015年度國家科學技術(shù)獎頒獎典禮擬于本周五在北京人民大會堂舉行。江西省上報的“硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管”項目有望斬獲技術(shù)發(fā)明一等獎。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、建設江西LED產(chǎn)業(yè)基地實施方案，目標為2020年全省LED產(chǎn)業(yè)總量超過1000億元，占全國的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、陽光照明均有項目被納入上述發(fā)展計劃當中?！皬母咝０l(fā)明，到政府扶持，再到上市公司的產(chǎn)業(yè)資本合力實踐，這是一條非常漂亮的創(chuàng)新鏈條，希望他們能成為標桿?！币晃划a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學家如此表示。
硅基LED占半壁江山
江西省人民政府公報4日發(fā)布了《關(guān)于打造南昌光谷建設江西LED產(chǎn)業(yè)基地實施方案》(下稱方案)，方案顯示，江西省欲把南昌打造成全國的LED光谷，把江西建設成為全國領先、具有國際核心競爭力的LED全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)、制造和應用基地，形成和強化產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)體系優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢。
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，推動硅基LED技術(shù)向外輻射。方案顯示產(chǎn)業(yè)規(guī)模目標為，到2020年全省LED產(chǎn)業(yè)主營業(yè)務收入在2015年基礎上翻兩番，總量超過1000億元，力爭占全國的15%，其中南昌達到500億元;技術(shù)分布中硅基LED技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈達到500億元。
方案提出，堅持自主發(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，激發(fā)內(nèi)生動力加快產(chǎn)業(yè)化步伐，提升硅基LED在國際上的地位和影響力。其中，區(qū)域布局上，南昌高新區(qū)重點發(fā)展硅基LED芯片和外延片生產(chǎn)設備等關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)品，以及原材料、支架、光學器件等配套產(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;推動省內(nèi)企業(yè)牽頭制定國家硅基芯片及其應用產(chǎn)品標準，構(gòu)建省LED企業(yè)產(chǎn)品標準體系，力爭進入國家LED產(chǎn)業(yè)標準體系。
此前，本報分析報道“硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管”項目(下稱“硅基LED”)有望獲得國家科學技術(shù)獎技術(shù)發(fā)明一等獎，該項目由江西省申報，也是本年度唯一一個入選該獎項初評一等獎的項目;項目主要參與人員包括南昌大學的江風益教授、晶能光電(江西)有限公司的孫錢等人。
彼時，有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學家對上證報記者表示，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，全面推進應用技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，推動產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)建立有機聯(lián)系，打造基于硅基LED原創(chuàng)技術(shù)的完整產(chǎn)業(yè)體系。重點項目顯示，木林森、鴻利光電、聯(lián)創(chuàng)光電、陽光照明等多家上市公司將受益。
方案顯示，在上游芯片制造領域，將實行硅基、藍寶石技術(shù)同步推進，硅基優(yōu)先予以支持，強化硅基LED技術(shù)及應用領域的研究開發(fā)，重點發(fā)展大尺寸襯底材料制造等，加快產(chǎn)業(yè)化進程，將硅基LED芯片輻射到全國LED產(chǎn)業(yè)主要集聚區(qū);重點項目包括晶能光電(順風清潔能源子公司)年產(chǎn)10億顆硅基紫光芯片生產(chǎn)線項目(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)化項目(南昌)。
[NT:PAGE] 中游封裝領域，將突出硅基LED芯片大功率方向光的技術(shù)優(yōu)勢，深挖路燈、背光源、通用照明燈應用產(chǎn)品及汽車、家電等新的應用領域需求，重點發(fā)展硅基大功率LED封裝，力爭到2020年實現(xiàn)封裝營收超過200億元。器件封裝躍升工程重點項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)光二極管項目(吉安)。
下游應用領域則推動面向各領域的LED照明用品發(fā)展，爭取到2020年實現(xiàn)營收800億元;強調(diào)發(fā)揮硅基LED獨特優(yōu)勢，全面開發(fā)汽車大燈、探照燈、手機閃光燈、全彩顯示屏和背光源等特種照明及應用產(chǎn)品。照明應用開發(fā)工程重點項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)品項目(新余)、江西陽光照明有限公司(陽光照明子公司)年產(chǎn)8000萬只LED高效節(jié)能照明燈具項目(鷹潭)。
此外，方案還要求發(fā)展相應的配套材料和關(guān)鍵設備，包括著力突破硅基LED芯片加工關(guān)鍵設備金屬有機物化學汽相沉積(MOCVD)，力爭到2020年實現(xiàn)營收200億元。配套能力完善工程重點項目包括江西省木林森光電科技有限公司年產(chǎn)800萬平米LED燈具線路板項目(新余)。
方案同時公布了相關(guān)保障措施，包括加大財政投入、強化金融支持、落實稅收等相關(guān)政策、完善補貼措施等。
硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管簡介
具有節(jié)能環(huán)保意義的LED照明產(chǎn)業(yè)，是國內(nèi)外重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。國際上現(xiàn)有三條LED照明 技術(shù)路線，分別是藍寶石 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為主發(fā)展起來的，主要貢獻者分別獲得日美 兩國最高科技 獎，藍寶石襯底技術(shù)路線的三個主要發(fā)明人還獲得了2014年度的諾貝爾 物理學獎，第三條硅襯底LED技術(shù)路線是由我國發(fā)展起來的，即為本項目發(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)被美國公司壟斷。藍寶石襯底技術(shù)則主要掌握在日本公司手中，成本較低，這是目前市場上的主流路線;但藍寶石晶圓散熱較差，晶體垂直生長困難很難做到大尺寸、無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件，襯底也較難剝離。而第三條路線就是中國自主發(fā)展起來的硅襯底技術(shù)，它彌補了前兩大技術(shù)路線之不足。
在硅襯底上制備高光效LED一直是學術(shù)界夢寐以求的目標。然而由于硅和GaN巨大的晶格失配和熱失配導致的外延膜龜裂、晶體質(zhì)量差，以及襯底不透明導致的出光效率低等問題長期未能解決，致使業(yè)界普遍認為 ，在硅上制備高光效GaN基LED是不可能的，幾乎被判“死刑”。本項目經(jīng)過三千多次實驗，終于在國際上率先攻克了這一世界難題，所生產(chǎn)的硅襯底LED各項指標在同類研究中均處于國際領先地們，并與前兩條技術(shù)路線水平持平。在350mA下硅襯底功率型藍光LED光功率高達657mW，電光轉(zhuǎn)換效率達60%，封裝成冷白光光通量達155lm，光效達146 lm/w，50mA電流下光效達到191 lm/w。
襯底又稱基板，主要用于LED芯片制造過程中作為外延層生長，起支撐和固定作用。它與外延層的特性配合要求比較嚴格，否則會影響到外延層的生長，進而影響LED芯片的品質(zhì)。
評價襯底材料要綜合考慮以下幾個因素：
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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