用心播種的那些日子 ——聽(tīng)陳皓明講LED發(fā)展初期的故事

從2003年“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”啟動(dòng)至今，我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)已走過(guò)近十年發(fā)展歷程。這十年間，我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，并朝著大眾化應(yīng)用目標(biāo)大步邁進(jìn)。為了回顧這一發(fā)展歷史，本刊特開(kāi)辟“十年LED路”欄目。本欄目將以時(shí)間為軸，以事件為框架，以人物為靈魂，用獨(dú)特視角回顧產(chǎn)業(yè)十年進(jìn)程中那些顯現(xiàn)出智慧光芒、卓越創(chuàng)造力和非凡品格的人們，感謝他們?yōu)樾袠I(yè)做出的貢獻(xiàn)!

一個(gè)晴日的午后，在當(dāng)年半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)起步時(shí)還是一棟破舊小樓，如今已是中科院半導(dǎo)體所“研發(fā)新樓”的CSA現(xiàn)址，我們迎來(lái)了陳皓明教授，他在一輪輪的四季交替中培育并伴隨半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)從初萌一點(diǎn)點(diǎn)成長(zhǎng)壯大。

陳皓明教授身姿挺拔，一襲黑色風(fēng)衣更平添了幾分瀟灑，他講起話來(lái)并不激昂，循循善誘且不失幽默，讓每一個(gè)在座聽(tīng)講的人時(shí)而開(kāi)懷，時(shí)而陷入沉思。

陳皓明教授是清華大學(xué)研究生院原常務(wù)副院長(zhǎng)，清華大學(xué)物理系歷任副系主任、系主任，也是清華大學(xué)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)得主，1996年起先后擔(dān)任國(guó)家863計(jì)劃新材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)委員和光電子材料與器件專家組組長(zhǎng)、973計(jì)劃新材料領(lǐng)域咨詢專家委員會(huì)專家。他是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展見(jiàn)證人之一，而他卻介紹說(shuō)，“自己的工作像工會(huì)一樣——不做LED的研究，只是組織大家研究”。

在“播種”并用心澆灌半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路中，陳皓明教授也反復(fù)驗(yàn)證著恩格斯的那句言，“社會(huì)一旦有技術(shù)上的需要，這種需要就會(huì)比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)。” 陳皓明教授當(dāng)初就是抱著這樣的心態(tài)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的一步步發(fā)展。

當(dāng)前，隨著LED照明應(yīng)用的快速推進(jìn)，全球萬(wàn)億元的照明市場(chǎng)已經(jīng)向LED產(chǎn)業(yè)敞開(kāi)，LED照明應(yīng)用將帶動(dòng)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)第三波發(fā)展高潮的趨勢(shì)已經(jīng)明朗，當(dāng)初的“播種”終于等來(lái)了枝頭的繁花。

初期發(fā)展與創(chuàng)新思路

“我國(guó)LED的研究大概是從上個(gè)世紀(jì)60年代開(kāi)始，發(fā)展很慢。改革開(kāi)放以后，在玩具、儀器儀表、信號(hào)燈產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)下，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)在臺(tái)灣做好的功率很小的磷化鎵、砷化鎵外延片，做簡(jiǎn)單的封裝、加工工作，前端利潤(rùn)空間大的外延、芯片還做不了 ” 陳皓明教授娓娓道來(lái)。

在陳皓明教授的記憶中，LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一個(gè)契機(jī)是在1995年年底，當(dāng)時(shí)的電子工業(yè)部所屬的企業(yè)——南昌746廠引進(jìn)了一臺(tái)德國(guó)量產(chǎn)型的GaP液相外延設(shè)備，有了這臺(tái)設(shè)備外延、芯片就可以批量生產(chǎn)，這臺(tái)設(shè)備軟件加硬件的投資將近90多萬(wàn)美元，在當(dāng)時(shí)的中國(guó)來(lái)講是一筆巨資，企業(yè)買不起第二臺(tái)，那時(shí)便下決心在這臺(tái)設(shè)備的基礎(chǔ)上研發(fā)生產(chǎn)出自己的外延設(shè)備。“從某種程度上來(lái)看，這是中國(guó)第一條LED獨(dú)立生產(chǎn)線，也就是說(shuō)直到第八個(gè)五年計(jì)劃完成的時(shí)候我們才有了自己的生產(chǎn)線”。

1996年我國(guó)“九五”計(jì)劃正式啟動(dòng)，這一年，陳皓明教授被科技部聘為863材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)委員，負(fù)責(zé)功能材料光電子領(lǐng)域，開(kāi)始了他與LED的正式結(jié)緣。“863計(jì)劃將‘讓我國(guó)LED工業(yè)發(fā)展起來(lái)’作為其中的一項(xiàng)重要任務(wù)，并首先選定在材料領(lǐng)域設(shè)立一個(gè)重大項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，電子工業(yè)部副司長(zhǎng)鄭敏正、中科院半導(dǎo)體所王占國(guó)院士和我在一個(gè)組，我們?nèi)齻€(gè)人開(kāi)始琢磨這個(gè)項(xiàng)目?！标愷┟鹘淌谥v述到。

當(dāng)時(shí)從全國(guó)范圍看，LED有一些相對(duì)集中的發(fā)展區(qū)域，“我們從區(qū)域上作了劃分和部署，南方以江西為基地，把原來(lái)的南昌746廠和南昌大學(xué)，以及長(zhǎng)沙48所(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第48研究所)組成一個(gè)協(xié)作結(jié)合體，讓他們聯(lián)合起來(lái)研發(fā)普通亮度的紅、綠光芯片使之達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)并形成獨(dú)立發(fā)展能力;中部地區(qū)以山東大學(xué)和當(dāng)時(shí)的電子工業(yè)部第13研究所(現(xiàn)中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第13研究所)這兩個(gè)單位做高亮度黃、橙光產(chǎn)品;北方以長(zhǎng)春物理所和長(zhǎng)春半導(dǎo)體廠這兩家單位聯(lián)合起來(lái)解決紅光高亮度發(fā)光二極管芯片”。

“這樣布下去，當(dāng)初也捏了一把汗，因?yàn)橹袊?guó)對(duì)半導(dǎo)體LED液相外延的生產(chǎn)設(shè)備研究沒(méi)有把握，原來(lái)的機(jī)制下做出來(lái)的設(shè)備只有研制的當(dāng)事人能使用，用戶卻常常不滿意。我們認(rèn)為重要的是要改變機(jī)制，否則先進(jìn)設(shè)備永遠(yuǎn)做不出來(lái)”。所以要求這幾家院所的研發(fā)信息完全互相開(kāi)放，進(jìn)口設(shè)備也完全開(kāi)放，“協(xié)作體內(nèi)所有人怎么參與都可以，所有的技術(shù)資料都公開(kāi)”，形成一種全新的研發(fā)氛圍。

這些項(xiàng)目在“九五”計(jì)劃末驗(yàn)收時(shí)，都按戰(zhàn)略目標(biāo)取得了成果，談起這一階段的成果及對(duì)于LED產(chǎn)業(yè)后來(lái)的影響，陳皓明教授總結(jié)了以下幾點(diǎn)：第一是創(chuàng)新性地走出了一條設(shè)備研發(fā)與工藝結(jié)合的發(fā)展道路，為我國(guó)重大儀器和設(shè)備的開(kāi)發(fā)樹(shù)立了一個(gè)模式，如把科研經(jīng)費(fèi)交給746廠，讓48所與746廠共同組成研發(fā)團(tuán)隊(duì)，后利用746廠的設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及工藝再創(chuàng)新，而驗(yàn)收時(shí)必須在746廠(使用方)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，如此只用了300萬(wàn)元就做成了量產(chǎn)型GaP液相外延設(shè)備。第二是培養(yǎng)了一批人，這些人都成為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)后來(lái)的重要推動(dòng)人物。

然而LED中最難研究的是藍(lán)光。1994年，日本人中村修二首先宣布取得了第三代半導(dǎo)體氮化鎵的突破，研制出第一只藍(lán)色發(fā)光二極管，由此人們看到了白光LED的曙光以及GaN基LED廣闊的市場(chǎng)前景和巨大商機(jī)。藍(lán)光的出現(xiàn)在光電界是一個(gè)很重要的突破，用陳皓明教授的話講：“一下子就轟動(dòng)了”，也由此引發(fā)了產(chǎn)業(yè)內(nèi)對(duì)GaN基LED研究和開(kāi)發(fā)的熱潮，并逐漸進(jìn)入到應(yīng)用市場(chǎng)領(lǐng)域。

我國(guó)對(duì)藍(lán)光的研發(fā)部署其實(shí)并不晚，1996年在中科院半導(dǎo)體所、北大、清華、中科院物理所開(kāi)始立項(xiàng)研究，即以中關(guān)村為核心的四個(gè)“大院大所”承擔(dān)著藍(lán)光的研發(fā)工作。到1999年末，負(fù)責(zé)“藍(lán)光”技術(shù)研發(fā)的這四家院所都表示“已經(jīng)出光”，但是光效率還非常低?！按昂熑坷希缓竽弥姌O，里面還用黑布再罩一下，之后通電一下，研究人員興奮的問(wèn)我，‘陳老師，藍(lán)光你看見(jiàn)了嗎?’而當(dāng)時(shí)國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始能在市場(chǎng)上銷售藍(lán)光LED，價(jià)錢很貴，好幾美元一個(gè)?！标愷┟鹘淌谠溨C地描述了當(dāng)時(shí)艱難的、也是里程碑般的藍(lán)光歷程。

而正是這點(diǎn)藍(lán)色的星星之火點(diǎn)亮了我國(guó) “十五”期間的LED大發(fā)展。

全面布局與市場(chǎng)導(dǎo)向

“十五”計(jì)劃伴隨著21世紀(jì)的到來(lái)，由原來(lái)專家組的一部分人組成9人“光電子材料和器件”專家組，陳皓明教授任組長(zhǎng)，“當(dāng)年是一幫少壯派，他們比我都小很多?！逼渲械暮芏嗳巳缃癯蔀橹?、所的中堅(jiān)力量，陳明教授不無(wú)感慨地講道。[!--empirenews.page--]

專家組開(kāi)始研究“十五”計(jì)劃到底光電子領(lǐng)域做些什么，“我們想了兩條，第一就是國(guó)際上有的LED關(guān)鍵技術(shù)必須突破;第二是我國(guó)特有的、有優(yōu)勢(shì)的，必須發(fā)揚(yáng)?！?/p>

明確了戰(zhàn)略布局的指導(dǎo)思想后，“我們把‘氮化鎵’作為重中之重，因?yàn)橐呀?jīng)看到了氮化鎵藍(lán)光會(huì)迅速發(fā)展的趨勢(shì)，而且它的發(fā)展會(huì)帶來(lái)半導(dǎo)體行業(yè)的重大變革，” 陳皓明教授強(qiáng)調(diào)說(shuō)，“不能說(shuō)成是革命，因?yàn)樗粫?huì)推翻什么，但是它會(huì)變革。”當(dāng)然那個(gè)時(shí)候還沒(méi)有提出半導(dǎo)體照明的概念，但是陳皓明教授說(shuō)專家們看到氮化鎵的優(yōu)勢(shì)：氮化鎵的禁帶寬度大，所以能耐高溫，適合做高頻高溫器件。其次，氮化鎵的發(fā)光短波長(zhǎng)，大大填補(bǔ)了可見(jiàn)光波段。當(dāng)時(shí)LED發(fā)光效率不到10lm/W，但是專家組已瞄準(zhǔn)了照明這一目標(biāo)。由此，專家組將光電子領(lǐng)域的高技術(shù)發(fā)展分成三塊，第一是氮化鎵，第二是人工晶體，對(duì)此陳皓明教授補(bǔ)充說(shuō)“這是我國(guó)特有的，我們國(guó)家做得比較好的”，第三是光通信器件，包括各樣的調(diào)制器。

關(guān)于具體的布局情況，陳皓明教授介紹說(shuō)，“當(dāng)初863計(jì)劃的宗旨就是要把技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，于是我們提出，‘十五’計(jì)劃第一不能光是做展品，要讓它變成產(chǎn)品，必須要系統(tǒng)的考慮問(wèn)題，相關(guān)的材料和技術(shù)都要配套布局?！标愷┟鹘淌谥刂赋?，863計(jì)劃把重心放在產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈的中上游：我們啟動(dòng)了上游核心材料的研究，如MO源,“十五”期間給予持續(xù)關(guān)注和支持?；A(chǔ)材料方面，如Al2O3襯底，布局在上海光機(jī)所和深圳淼浩公司;高純氨布局在大連。關(guān)鍵設(shè)備方面，基于液相外延爐項(xiàng)目已經(jīng)獲得成功，這次啟動(dòng)MOCVD外延爐的研發(fā)。

陳皓明教授認(rèn)為中國(guó)發(fā)展MOCVD外延爐設(shè)備不能盲目照抄國(guó)外的技術(shù)，必須要做以理論模擬為先導(dǎo)的研究。MOCVD外延爐設(shè)備中最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題是氣場(chǎng)分布、溫場(chǎng)分布和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題，當(dāng)時(shí)請(qǐng)來(lái)了清華大學(xué)流體力學(xué)的研究人員加入到研發(fā)隊(duì)伍中?！拔覀冇值?8所去協(xié)商，問(wèn)他們是否有興趣再來(lái)承擔(dān)研發(fā)設(shè)備的工作。經(jīng)協(xié)商48所準(zhǔn)備和南昌大學(xué)合作，專家組采取之前的辦法——產(chǎn)品可以使用以后再到用戶方(南昌大學(xué))驗(yàn)收?！钡?005年，布局的項(xiàng)目基本成功：48所與南昌大學(xué)合作的MOCVD外延爐設(shè)備投入生產(chǎn)，7片機(jī)已經(jīng)與2000年的國(guó)際水平持平。

但至今讓陳皓明教授遺憾的是MOCVD外延爐設(shè)備的研究后來(lái)沒(méi)有跟上，“如果當(dāng)時(shí)再‘燒一把火’，我國(guó)的MOCVD外延爐設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題也許可以解決得快一些”。MOCVD外延爐設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的心腹大患，特別是隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這一核心設(shè)備已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的絆腳石?！白羁上У氖钱?dāng)時(shí)的隊(duì)伍已經(jīng)散了，如果繼續(xù)研發(fā)，還要從頭再來(lái)”。

此后，我們開(kāi)始考慮如何進(jìn)行市場(chǎng)導(dǎo)向?！笆濉逼陂g863計(jì)劃在產(chǎn)業(yè)前段已取得一定的成績(jī)，但從整體發(fā)展來(lái)看，產(chǎn)業(yè)還是要依托市場(chǎng)，用市場(chǎng)的需求來(lái)拉動(dòng)上游技術(shù)的發(fā)展?！?003年，我們建議科技部要加強(qiáng)中下游應(yīng)用技術(shù)研究，要單獨(dú)建立攻關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行支持，特別是要側(cè)重推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展?！标愷┟鹘淌谥v到。

“當(dāng)年時(shí)任科技部高新司司長(zhǎng)的李健準(zhǔn)備做一項(xiàng)LED產(chǎn)業(yè)的攻關(guān)計(jì)劃，我們商議可以把這個(gè)攻關(guān)計(jì)劃的錢放在下游應(yīng)用上，把下游的‘火’給點(diǎn)起來(lái)，等到這些應(yīng)用行業(yè)或者應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)，對(duì)上游自然就會(huì)產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的吸引力。當(dāng)時(shí)我認(rèn)為推動(dòng)下游發(fā)展我們做863科研的人做不了，民間機(jī)構(gòu)更適合發(fā)動(dòng)下游的技術(shù)。于是，北京麥肯橋咨詢管理有限公司，進(jìn)入了我們的視野，我們希望引進(jìn)一個(gè)專業(yè)的第三方來(lái)推進(jìn)和落實(shí)這一計(jì)劃，這在當(dāng)時(shí)還沒(méi)有先例，引起了很大的爭(zhēng)議，而實(shí)踐和后來(lái)的成果證明了我們的選擇是正確的：以吳玲女士為核心的這支隊(duì)伍成為產(chǎn)業(yè)推動(dòng)的重要力量——國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)”。

接著陳皓明教授回憶到，“2003年正值非典最嚴(yán)重時(shí)，我們(李健、陳皓明、吳玲)聚在科技部高新司，一起討論LED的發(fā)展。半導(dǎo)體照明的真正市場(chǎng)推動(dòng)就是從那以后才正式開(kāi)始的……”這就是國(guó)家半導(dǎo)體照明工程的啟動(dòng)。

2003年6月，科技部聯(lián)合工信部等緊急啟動(dòng)了國(guó)家半導(dǎo)體照明工程，工程根據(jù)我國(guó)的國(guó)情確立總體目標(biāo)：抓住照明革命的歷史機(jī)遇，瞄準(zhǔn)成熟的產(chǎn)業(yè)技術(shù)(低成本技術(shù))，以近期解決市場(chǎng)應(yīng)用和產(chǎn)品的性價(jià)比，中遠(yuǎn)期培育新興的大功率通用照明(白光)產(chǎn)業(yè)為目標(biāo)，從形成一個(gè)完整產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，體現(xiàn)政府引導(dǎo)、企業(yè)主體、市場(chǎng)化運(yùn)作的原則;以應(yīng)用促發(fā)展、解決產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)和原創(chuàng)性核心技術(shù)，形成一批專利、培育一批企業(yè)、建設(shè)一批基地，形成有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)體系，最終發(fā)展成為具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的中國(guó)半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)。

具體目標(biāo)是：解決功率型半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)、功率型LED封裝技術(shù)及熒光粉等封裝材料制備等產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)出市場(chǎng)急需的特殊照明應(yīng)用產(chǎn)品，形成原創(chuàng)性核心技術(shù)和一批專利;建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體照明評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟;建設(shè)半導(dǎo)體照明特色產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用示范基地，培育一批掌握核心技術(shù)的高技術(shù)企業(yè)。此外，國(guó)家半導(dǎo)體照明工程還進(jìn)一步明確了工程的組織措施和上海、大連、南昌、廈門等四大示范基地的開(kāi)發(fā)。這一工程使我國(guó)半導(dǎo)體照明工程進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)階段。

天時(shí)地利人和

“從整體來(lái)看LED這十年的發(fā)展是比較順利的，第一是技術(shù)的早期發(fā)展有力地推動(dòng)了產(chǎn)業(yè);第二，趕上了一個(gè)時(shí)機(jī)——節(jié)能減排的戰(zhàn)略需求;第三，在聯(lián)盟組織下，以及科研和行業(yè)的推動(dòng)下進(jìn)展比較順利?！碧貏e是用下游需求的力量來(lái)引導(dǎo)研發(fā)的思路讓這個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。“我們當(dāng)初也考慮在價(jià)格暫時(shí)降不下來(lái)的情況下，推廣到民用還是有相當(dāng)?shù)睦щy，而且當(dāng)時(shí)LED燈的亮度又不高，比如一個(gè)LED燈賣100元，買一個(gè)白熾燈才2元錢，老百姓絕對(duì)不會(huì)買LED燈”，陳皓明教授認(rèn)為，第一步還是要走政府采購(gòu)渠道，另外是走特殊用途渠道，比如飛機(jī)上的信號(hào)燈，城市的景觀照明以及安全更為凸顯的礦用照明。

可以看出，在LED推廣的道路上也是由小到大，符合中國(guó)國(guó)情的推廣方式，所以“整體過(guò)程中間沒(méi)有碰到大的問(wèn)題，同時(shí)我們也采取了很多靈活的方式，比如與院所、組織機(jī)構(gòu)來(lái)配合，在這個(gè)過(guò)程中，聯(lián)盟發(fā)揮的作用是院校專家做不成的。中國(guó)的LED現(xiàn)在做到世界上當(dāng)前的地位，聯(lián)盟功不可沒(méi)，陳皓明教授認(rèn)為，推動(dòng)科研向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化是一個(gè)非常重要的事情，“在這個(gè)過(guò)程中，創(chuàng)新不足是我們科研體系里面的一大問(wèn)題。創(chuàng)新是一種探索，是別人沒(méi)有做過(guò)的事情。半導(dǎo)體照明的發(fā)展歷程對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō)是一次很好的探索——就是怎樣把實(shí)驗(yàn)室的研究跟市場(chǎng)需求緊密的結(jié)合起來(lái)，我覺(jué)得這是一個(gè)很好的范例?！盵!--empirenews.page--]

“十一五”后期陳皓明教授因年齡原因沒(méi)有繼續(xù)跟進(jìn)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，但其一直關(guān)心半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并為聯(lián)盟的發(fā)展提供寶貴建議。與陳皓明教授這樣一位走在時(shí)代前沿學(xué)者的交流，自始至終貫穿著同一個(gè)感觸，無(wú)論從科學(xué)研究、教學(xué)、管理以及“哺育”我國(guó)半導(dǎo)體照明行業(yè)的成長(zhǎng)。陳皓明教授始終踐行這他自己的一句話，“有人是用手做，有人是用眼睛看，但是歸根結(jié)底是要用心去完成。”

在陳皓明教授說(shuō)“我的故事講完了”的時(shí)候，大家仍然沉浸在思考中，余音繞梁許久才爆發(fā)了掌聲。和陳皓明教授的交流意猶未盡，接著陳皓明教授談到，他退休后褪去多種職務(wù)的煩擾，依然關(guān)注信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，如：關(guān)注各大門戶網(wǎng)站，嘗試淘寶、應(yīng)用微信等，意在不能做新時(shí)代的“文盲”。