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，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、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，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；手機閃光燈已成功進入中興、華為、聯(lián)想等國內(nèi)一線手機品牌。
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。”一位產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學(xué)家如此表示。
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(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(yīng)用領(lǐng)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(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(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(yīng)用產(chǎn)品。照明應(yīng)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(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20億人民幣。
目標(biāo)經(jīng)濟效益：硅基LED技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈達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。
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。上市公司包括揚杰科技進入SiC領(lǐng)域，三安光電進入GaAs/ GaN領(lǐng)域，上海新陽和興森科技進入大硅片領(lǐng)域。
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