發(fā)展硅襯底LED技術(shù)形成自主創(chuàng)新品牌
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發(fā)光二極管(LED)是利用半導(dǎo)體中電子與空穴復(fù)合發(fā)光的一種電子元器件，是一種節(jié)能環(huán)保的冷光源。從20世紀(jì)60年代初第一只LED誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的努力，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七彩色LED的生產(chǎn)和應(yīng)用。特別是1994年高亮度藍(lán)光LED的誕生，拉開(kāi)了半導(dǎo)體照明燈(白光LED)逐步替代現(xiàn)有的白熾燈、日光燈作通用照明光源的序幕，正在引發(fā)照明工業(yè)的革命,這是人類(lèi)文明進(jìn)步的標(biāo)志之一。在這一領(lǐng)域，日美等國(guó)占盡先機(jī)，分別壟斷了藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底LED照明技術(shù)。
我國(guó)近三個(gè)五年計(jì)劃中多類(lèi)科技與產(chǎn)業(yè)計(jì)劃均安排了若干個(gè)課題跟蹤這一高技術(shù)前沿。令人欣喜地看到，這一領(lǐng)域從跟蹤走上了跨越，部分核心技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，具有原始創(chuàng)新性。南昌大學(xué)發(fā)光材料與器件教育部工程研究中心，在電子發(fā)展基金和“863”等計(jì)劃的資助下，創(chuàng)造性發(fā)展了一條新的半導(dǎo)體照明技術(shù)路線-硅襯底LED照明技術(shù)路線，改變了日美等國(guó)壟斷LED照明核心技術(shù)的局面。
該課題組在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域從事研究開(kāi)發(fā)工作10余年，前7年跟蹤，近3年跨越。他們發(fā)明了一種特殊過(guò)渡層和特定的硅表面加工技術(shù)，攻克了多項(xiàng)國(guó)際難題，在第一代半導(dǎo)體硅材料上，成功地制備了高質(zhì)量的量子阱結(jié)構(gòu)的第三代半導(dǎo)體GaN材料，研制成功垂直結(jié)構(gòu)GaN藍(lán)光LED，白光效率達(dá)到100流明/瓦，其發(fā)光效率、可靠性與器件壽命等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在同類(lèi)研究中處于國(guó)際領(lǐng)先地位，并在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，成功地運(yùn)用在路燈、球泡燈、射燈和手電筒等場(chǎng)合。在這一領(lǐng)域他們已獲得和公開(kāi)發(fā)明專(zhuān)利60多項(xiàng)。采用該技術(shù)生產(chǎn)的LED照明芯片成本顯著低于藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底LED芯片。該技術(shù)是LED學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界夢(mèng)寐以求的一種新技術(shù)，對(duì)藍(lán)光LED來(lái)說(shuō)是一種顛覆性技術(shù)，屬于改寫(xiě)LED歷史的一種新技術(shù)。
目前為止，用于半導(dǎo)體照明的LED芯片按外延襯底劃分有三條技術(shù)路線，即藍(lán)寶石襯底LED技術(shù)路線，碳化硅襯底LED技術(shù)路線，和硅襯底LED技術(shù)路線。這三條技術(shù)路線都處在大力研發(fā)和生產(chǎn)之中，前兩條技術(shù)路線相對(duì)領(lǐng)先，第三條技術(shù)路線與前兩條技術(shù)路線相比，水平差距在不斷縮小，目前尚不清楚哪條技術(shù)路線將是終極半導(dǎo)體照明技術(shù)路線。但有一共同特點(diǎn)，性能最好的功率型LED器件，均走到“剝離襯底將外延膜轉(zhuǎn)移到新的基板”制備垂直結(jié)構(gòu)LED芯片技術(shù)路線上來(lái)。其主要原因是，這種剝離轉(zhuǎn)移垂直結(jié)構(gòu)LED工藝路線，為制備高反射率的反射鏡和高出光效率的表面粗化技術(shù)提供了便利，同時(shí)因p-n結(jié)距散熱性能良好的新襯底(基板)很近，非常有利于器件散熱，從而有利于提高器件的使用壽命，也有利于加大器件工作電流密度。在這三條技術(shù)路線中，硅襯底技術(shù)路線只需要用簡(jiǎn)單的濕法化學(xué)腐蝕就可去掉襯底，屬無(wú)損傷剝離，非常適合剝離轉(zhuǎn)移，有利于降低生產(chǎn)成本。
盡管硅襯底LED技術(shù)路線起步較晚，但該單位在短短幾年內(nèi)成功地開(kāi)發(fā)出高性?xún)r(jià)比的功率型LED器件并與具有幾十年底蘊(yùn)的藍(lán)寶石襯底LED和碳化硅襯底LED技術(shù)路線競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，則表明硅襯底LED技術(shù)路線發(fā)展?jié)摿薮?為開(kāi)辟具有中國(guó)特色的半導(dǎo)體照明技術(shù)路線奠定了重要基礎(chǔ)。
目前，國(guó)內(nèi)外采用第三條技術(shù)路線進(jìn)行LED照明芯片研發(fā)的單位越來(lái)越多，國(guó)際上一些LED大廠紛紛加入到這一行列中來(lái)。有些國(guó)際專(zhuān)家甚至斷言，硅襯底LED技術(shù)路線就是未來(lái)半導(dǎo)體照明芯片生產(chǎn)的終極技術(shù)路線。由此新的技術(shù)路線引發(fā)的半導(dǎo)體照明核心技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)正在全球掀起。盡管我國(guó)在此領(lǐng)域目前領(lǐng)先，但絲毫不能輕“敵”，還須快馬加鞭，既要將現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，還要加大研發(fā)力度，繼續(xù)提升發(fā)光效率，開(kāi)發(fā)性?xún)r(jià)比更優(yōu)的高檔芯片，保持企業(yè)良好的可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的民族品牌。
發(fā)展硅襯底LED技術(shù)對(duì)我國(guó)LED照明技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，將解決我國(guó)大規(guī)模生產(chǎn)LED照明芯片有關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的后顧之憂，同時(shí)也將解決LED照明芯片價(jià)格居高不下的問(wèn)題。
專(zhuān)家觀點(diǎn)：
功率型硅襯底LED芯片測(cè)試結(jié)果出色
中國(guó)電子科技集團(tuán)第十三研究所教授張萬(wàn)生
我們國(guó)家的硅襯底LED的技術(shù)是由江西南昌大學(xué)材料所(江西晶能公司)通過(guò)自主創(chuàng)新發(fā)展起來(lái)的。去年，中國(guó)電子科技集團(tuán)第十三研究所半導(dǎo)體照明研發(fā)中心和國(guó)家半導(dǎo)體質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)江西晶能公司送來(lái)的一批(100只)硅襯底1mm×1mm功率型芯片進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果令人振奮，350mA下，峰值波長(zhǎng)450nm，輻射功率在350mW以上，為國(guó)產(chǎn)功率芯片的最高水平。在殼溫70℃、700mA電流加電老化168小時(shí)，其光衰在5%以?xún)?nèi)。這是我國(guó)功率LED技術(shù)發(fā)展的新曙光。在“十二五”期間，國(guó)家應(yīng)該繼續(xù)對(duì)硅襯底技術(shù)給以更大的支持，使之更加完善，形成具有一定規(guī)模的批量生產(chǎn)能力。
硅襯底LED照明技術(shù)后續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?
南昌大學(xué)教授江風(fēng)益
按照材料制備所用的襯底劃分，目前已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的有三種半導(dǎo)體照明技術(shù)路線，即藍(lán)寶石襯底半導(dǎo)體照明、碳化硅襯底半導(dǎo)體照明、和硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)路線。其中前兩條技術(shù)路線的核心專(zhuān)利主要掌握在日美歐幾大巨頭手中，幾大巨頭之外LED企業(yè)正在艱難地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新工作，期望能在二次創(chuàng)新過(guò)程中有所收獲。同時(shí)，世界各地的研究人員正在進(jìn)行其他技術(shù)路徑的嘗試。其中最引人注目的就是硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)。硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)具有其他襯底無(wú)法比擬的兩大優(yōu)勢(shì)：第一，硅材料比碳化硅和藍(lán)寶石要便宜很多，而且容易得到大尺寸的襯底，這將顯著降低外延材料的生長(zhǎng)成本;第二，硅襯底半導(dǎo)體照明外延材料，非常適合走剝離襯底薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)路線，為開(kāi)發(fā)高效率高可靠性半導(dǎo)體照明芯片具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
南昌大學(xué)從事LED研究開(kāi)發(fā)10多年，從藍(lán)寶石襯底LED技術(shù)的跟蹤走上了硅襯底LED技術(shù)的創(chuàng)新與跨越，突破了數(shù)十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)成功了硅襯底LED材料與芯片，已獲得、公開(kāi)和申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利100余項(xiàng)，其中已授權(quán)14項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利,已授權(quán)6項(xiàng)美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利。[!--empirenews.page--]
目前該技術(shù)已推出6類(lèi)產(chǎn)品,已有160多家應(yīng)用客戶(hù)，已銷(xiāo)售20多億粒(多數(shù)為小芯片)硅襯底LED芯片產(chǎn)品，已在彩屏、數(shù)碼管、景觀照明和路燈、射燈、洗墻燈、燈泡等方面應(yīng)用,其中1mm*1mm功率芯片封成白光后大于90lm/W。
目前國(guó)際上許多單位或研究組加大了硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的研發(fā)步伐，不少?lài)?guó)際知名半導(dǎo)體照明企業(yè)在這方面進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，但到目前為止仍集中在基礎(chǔ)研究階段，雖有幾家單位報(bào)道取得了一定進(jìn)展，但離規(guī)?；a(chǎn)還有較大距離。
通過(guò)近6年由我國(guó)發(fā)展出來(lái)的硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)，如今已經(jīng)達(dá)到了具有20多年發(fā)展歷程的藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的中上水平。這充分表明硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的后續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?
為此建議，希望國(guó)家毫不猶豫地加大資助力度，上中下游通力合作，加快發(fā)展硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，闖出一條區(qū)別于發(fā)達(dá)國(guó)家的具有鮮明國(guó)際特色的硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展之路，形成我國(guó)自成體系的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，為我國(guó)節(jié)能減排作貢獻(xiàn)。
整體布局快速推進(jìn)硅襯底LED技術(shù)產(chǎn)業(yè)化
蘇州納晶光電有限公司董事長(zhǎng)梁秉文
要重視硅襯底上GaNLED的技術(shù)路線并加大投入將其產(chǎn)業(yè)化的工作做好。目前，在這方面工作做得最好的是江西的南昌大學(xué)和相關(guān)的晶能公司，他們?cè)谶@方面扎扎實(shí)實(shí)做了大量的研發(fā)工作并申請(qǐng)和獲得了100多項(xiàng)的相關(guān)專(zhuān)利，形成了專(zhuān)利的網(wǎng)絡(luò)布局。形成了具有中國(guó)優(yōu)勢(shì)除了藍(lán)寶石和碳化硅襯底以外的第三條技術(shù)路線，并與其他兩條技術(shù)路線相比更具潛力和優(yōu)勢(shì)，這是難能可貴的。目前從產(chǎn)品性能指標(biāo)上看已經(jīng)與藍(lán)寶石、碳化硅襯底的在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上。這說(shuō)明硅襯底上GaNLED的技術(shù)路線是可行的。與其他的襯底相比，硅襯底上GaNLED有很多種實(shí)現(xiàn)了的和潛在的優(yōu)勢(shì)，包括散熱、成本、襯底的剝離，與硅電路的集成，以及以硅材料作為封裝支架等。這樣一個(gè)好的技術(shù)路線和方向，不是可以靠一家、二家公司和學(xué)校可以很容易地形成產(chǎn)業(yè)化。政府有關(guān)部門(mén)應(yīng)該組織一組(群)公司與大學(xué)、研究所一起來(lái)制定出相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展路線圖，并快速推動(dòng)其技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化?？梢钥紤]在上中下游的整體布局，比如外延、芯片公司有3-4家，封裝多家和相應(yīng)的應(yīng)用廠家緊密配合。重點(diǎn)在于解決上下游的技術(shù)、工藝難題，以及檢測(cè)、質(zhì)量控制和相關(guān)的設(shè)備、原輔材料的配套等問(wèn)題。并快速進(jìn)行6英寸及以上襯底的技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，使其盡快顯示出其應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)。
正視硅襯底LED技術(shù)問(wèn)題推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化
福建省光電行業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)彭萬(wàn)華
硅襯底生長(zhǎng)GaN是多種襯底中的一種，是一種技術(shù)路線，目前用于產(chǎn)業(yè)化的襯底有藍(lán)寶石、碳化硅和硅。將來(lái)很有前途的襯底可能是半極性和極性的襯底。
從目前在硅襯底上生長(zhǎng)的GaN發(fā)光二極管與其他幾種襯底生長(zhǎng)的二極管相比，在性能上還是有差距的，主要是發(fā)光效率和可靠性有待進(jìn)一步提高和驗(yàn)證。另外，有關(guān)硅襯底產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，成品率、產(chǎn)品的一致性和均勻性等關(guān)鍵問(wèn)題，也希望能進(jìn)一步了解分析后，再推進(jìn)發(fā)展。
硅襯底LED技術(shù)使我國(guó)在國(guó)際半導(dǎo)體照明界爭(zhēng)得話語(yǔ)權(quán)
國(guó)家半導(dǎo)體照明研發(fā)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟產(chǎn)業(yè)執(zhí)行主席范玉缽
硅襯底LED技術(shù)是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)上游具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)要在國(guó)際半導(dǎo)體照明界爭(zhēng)取話語(yǔ)權(quán)沒(méi)有擁有自己獨(dú)特技術(shù)是不可想象的，盡管硅襯底LED技術(shù)仍還有許多難題要攻克，但是相信只要能夠整合半導(dǎo)體芯片技術(shù)的精英，通過(guò)不懈的努力，一定能夠?qū)崿F(xiàn)突破性的進(jìn)展。
GaN技術(shù)應(yīng)格外引起重視
佛山國(guó)星光電董事長(zhǎng)王垚浩
商業(yè)化的GaN基LED襯底主要為藍(lán)寶石、SiC(碳化硅)和硅。日本日亞公司壟斷了藍(lán)寶石襯底上GaN基LED專(zhuān)利技術(shù)，美國(guó)科銳公司壟斷了SiC襯底上GaN基LED專(zhuān)利技術(shù)，而硅襯底上GaN基LED專(zhuān)利技術(shù)為我國(guó)擁有，是實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)業(yè)突破國(guó)際專(zhuān)利封鎖的重要技術(shù)路線。當(dāng)然作為產(chǎn)業(yè)化主流的GaN技術(shù)仍然需要重視，畢竟目前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)仍然是GaN襯底芯片的競(jìng)爭(zhēng)，不重視它也是就是放棄了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
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