硅襯底LED緣何能獲“國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎”?

　　塵埃落定，2015年度國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎于今日正式揭曉，“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”項目(簡稱硅襯底)摘得了此桂冠。十年磨一劍，硅襯底LED技術(shù)終于邁向了新征程，其大規(guī)?；瘧?yīng)用指日可待。

項目主要完成人：晶能光電聯(lián)合創(chuàng)始人、南昌大學(xué)副校長江風(fēng)益教授（中），晶能光電副總裁孫錢博士（右），晶能光電聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO及晶和照明創(chuàng)始人王敏博士（左）

　　由于生產(chǎn)技術(shù)難度大，硅襯底從一開始就飽受爭議，并不被業(yè)界看好。而此次獲獎，意味著硅襯底的技術(shù)瓶頸幾近突破，同時也給硅襯底的市場發(fā)展釋放了極大的信號，前景可觀。有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家表示，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。

　　技術(shù)突破：與藍(lán)寶石襯底生長水平相當(dāng)

　　“我們采用新一代的應(yīng)力調(diào)控技術(shù)消除了硅襯底上外延生長GaN薄膜易產(chǎn)生裂紋的難題，而且有效過濾了位錯等缺陷，GaN的晶體質(zhì)量與藍(lán)寶石平片襯底上生長的水平相當(dāng)。

　　在硅基GaN的材料平臺上，我們研發(fā)了高效的量子阱生長技術(shù)與P型摻雜技術(shù)。硅基GaN的LED的芯片制備采用了垂直結(jié)構(gòu)，具體包括高效反射鏡、及氮面粗化技術(shù)，顯著提高了LED的取光效率。

　　此外，我們還針對硅基GaN的薄膜LED芯片特點(diǎn)，開發(fā)了陶瓷封裝和直接白光芯片技術(shù)。總體來說，四年來我們從外延、芯片到封裝整個鏈條都開發(fā)了一套全新的硅基GaN藍(lán)、白光LED技術(shù)。”此次項目的主要參與人之一晶能光電(江西)硅基LED研發(fā)副總裁孫錢博士在接受阿拉丁新聞中心采訪時如是表示。

　　他還談到，在發(fā)光波長和市場應(yīng)用方面，除了藍(lán)光、白光產(chǎn)品之外，晶能光電在2015年開發(fā)了硅襯底紫外LED產(chǎn)品，可以用于固化、印刷、美甲等領(lǐng)域，并得到了客戶的一致好評。在降低成本方面，已在向大尺寸硅襯底轉(zhuǎn)移。目前4英寸硅襯底GaN基LED已經(jīng)量產(chǎn)，而6英寸硅襯底LED的研發(fā)和例試也取得了很好的進(jìn)展。借助自動化工藝線，有望大幅提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率，有效降低制造成本。

　　據(jù)悉，目前晶能光電量產(chǎn)的硅襯底大功率LED發(fā)光效率已經(jīng)超過160Lm/W，在同類產(chǎn)品中可與歐美日國際大廠水平相媲美，成功打破了國際大廠對高端大功率LED的壟斷。憑借可靠性好、指向性好、高品質(zhì)出光、性價比好等特點(diǎn)，硅襯底LED在大功率照明領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，在某些高端市場如車燈照明、移動照明等已經(jīng)占據(jù)較大的份額；手機(jī)閃光燈已成功進(jìn)入中興、華為、聯(lián)想等國內(nèi)一線手機(jī)品牌。

　　產(chǎn)業(yè)布局：創(chuàng)新產(chǎn)研市場化模式初具成效

　　據(jù)悉，江西省致力于打造千億級LED產(chǎn)業(yè)群，公報于4日還發(fā)布了《關(guān)于打造南昌光谷建設(shè)江西LED產(chǎn)業(yè)基地實施方案》(下稱方案)。

　　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。

　　查閱方案發(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(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。

　　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;推動省內(nèi)企業(yè)牽頭制定國家硅基芯片及其應(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，力爭進(jìn)入國家LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

　　在上游芯片制造領(lǐng)域，將實行硅基、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LED產(chǎn)業(yè)主要集聚區(qū);重點(diǎn)項目包括晶能光電(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)。

　　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，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(diǎn)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(yīng)用領(lǐng)域則推動面向各領(lǐng)域的LED照明用品發(fā)展，爭取到2020年實現(xiàn)營收800億元;強(qiáng)調(diào)發(fā)揮硅基LED獨(dú)特優(yōu)勢，全面開發(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)用開發(fā)工程重點(diǎn)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(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)，力爭到2020年實現(xiàn)營收200億元。配套能力完善工程重點(diǎn)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)。

　　據(jù)悉，目前硅襯底GaN基LED主要用于方向性光源，如車大燈、手機(jī)閃光燈、便攜式光源等。去年晶能銷售額6099萬美元，整個硅襯底LED產(chǎn)業(yè)鏈已達(dá)20億人民幣。

　　目標(biāo)經(jīng)濟(jì)效益：硅基LED技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈達(dá)500億元

　　江西省近日印發(fā)打造南昌光谷、建設(shè)江西LED產(chǎn)業(yè)基地實施方案，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)主營業(yè)務(wù)收入在2015年基礎(chǔ)上翻兩番，總量超過1000億元，力爭占全國的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。

　　除應(yīng)在LED領(lǐng)域之外，襯底SiC、GaAs/ GaN、Si還廣泛應(yīng)用在太陽能、軍工、通信、集成電路等，市場空間巨大。雖然大部分襯底材料被國外壟斷，近兩年國內(nèi)企業(yè)開始進(jìn)入襯底材料領(lǐng)域，并且部分企業(yè)產(chǎn)業(yè)化在即。上市公司包括揚(yáng)杰科技進(jìn)入SiC領(lǐng)域，三安光電進(jìn)入GaAs/ GaN領(lǐng)域，上海新陽和興森科技進(jìn)入大硅片領(lǐng)域。