我眼中的晶能“芯”

江風(fēng)益

南昌大學(xué)副校長，教授，博士生導(dǎo)師，教育部發(fā)光材料與器件工程研究中心主任，教育部半導(dǎo)體照明技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。領(lǐng)導(dǎo)的課題組承擔(dān)并完成了863計(jì)劃等國家課題10多項(xiàng)，創(chuàng)造性發(fā)展了一條新的半導(dǎo)體LED技術(shù)路線---硅襯底LED技術(shù)路線，創(chuàng)建晶能光電(江西)有限公司，出任公司總裁。

人們期望LED照明具有高電光轉(zhuǎn)換效率、高可靠性能和低成本，只有這三個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)半導(dǎo)體照明才能真正走向千家萬戶，造福人類。

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、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，前二條技術(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。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，屬無損傷剝離，非常適合剝離轉(zhuǎn)移，有利于降低生產(chǎn)成本。

在國家863計(jì)劃、電子發(fā)展基金等課題的資助下，南昌大學(xué)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技術(shù)路線，改變了日美等國壟斷LED照明核心技術(shù)的局面。該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種特殊過渡層和特定的硅表面加工技術(shù)，克服了外延層和襯底之間巨大的晶格失配和熱失配，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，研制成功硅襯底藍(lán)光、綠光和白光LED，該發(fā)光效率、可靠性與器件壽命等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在同類研究中處于國際領(lǐng)先地位，并在國際上率先實(shí)現(xiàn)了這一新技術(shù)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，功率型硅襯底白光LED光效達(dá)到90-100lm/W，并成功地運(yùn)用在路燈、球泡燈、射燈和手電筒等場(chǎng)合。

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)成功地開發(fā)出高性價(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)，則表明硅襯底技術(shù)路線發(fā)展?jié)摿薮螅瑸殚_辟具有中國特色的半導(dǎo)體照明技術(shù)路線奠定了重要基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)外采用第三條技術(shù)路線進(jìn)行半導(dǎo)體照明芯片研發(fā)的單位越來越多，國際上一些LED大廠紛紛加入到這一行列中來。有些國際專家甚至斷言，硅襯底LED技術(shù)路線就是未來半導(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，開發(fā)性價(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)，打造具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的民族品牌。