照亮世界的“中國(guó)創(chuàng)造”

在“只發(fā)光、不發(fā)熱”的LED照明世界里，南昌大學(xué)教授江風(fēng)益與他的科研團(tuán)隊(duì)孜孜以求十余年，終于開(kāi)創(chuàng)出擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、世界上第三條技術(shù)路線(xiàn)。得知這條路線(xiàn)被評(píng)為2015年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，江風(fēng)益坦言“絲毫不敢松懈”。因?yàn)椋陲L(fēng)起云涌的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的世界浪潮里，“中國(guó)創(chuàng)造”并不代表其產(chǎn)業(yè)的“中國(guó)效益”，迎接他的將是更多的跋涉與沖刺。

獨(dú)辟蹊徑的“中國(guó)之路”

作為發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，LED照明如今已廣為人知。由于其顯著的光電節(jié)能效應(yīng)，業(yè)內(nèi)人士斷言：在不久的將來(lái)，它必將取代幾乎所有的高中低端傳統(tǒng)照明領(lǐng)域。

在江風(fēng)益之前，國(guó)際上LED技術(shù)路線(xiàn)可分為碳化硅襯底和藍(lán)寶石襯底兩種，即在碳化硅或藍(lán)寶石的底板上根據(jù)發(fā)光顏色的不同，分別“生長(zhǎng)”不同的半導(dǎo)體無(wú)機(jī)材料（比如藍(lán)光“生長(zhǎng)”氯化鎵），最終生產(chǎn)出比傳統(tǒng)照明節(jié)電40%～80%的發(fā)光器件。因成本的原因，這兩條技術(shù)路線(xiàn)俗稱(chēng)為“貴族路線(xiàn)”和“大眾路線(xiàn)”，其發(fā)明者曾經(jīng)分別獲得美日兩國(guó)政府最高科技獎(jiǎng)，藍(lán)寶石襯底路線(xiàn)的三位主要發(fā)明人甚至摘取了2014年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2003年，基于難以逾越的技術(shù)保護(hù)壁壘等因素，跟蹤了上述兩條技術(shù)路線(xiàn)7年的江風(fēng)益毅然決定放棄跟蹤。幾經(jīng)比較之后，他選擇了一條全新的技術(shù)路線(xiàn)，即用硅襯底“生長(zhǎng)”高光效GaN（氮化鎵）材料從而制備藍(lán)光LED。消息傳開(kāi)，國(guó)內(nèi)外業(yè)界幾乎立刻就給這條路線(xiàn)判了“死刑”。

用硅襯底，雖然成本低廉，但由于硅和GaN這兩種材料存在巨大的晶格失配和熱失配導(dǎo)致的外延膜龜裂、晶體質(zhì)量差以及襯底不透明導(dǎo)致出光效率低等問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)術(shù)界視之為L(zhǎng)ED的“童話(huà)故事”并望而卻步。簡(jiǎn)言之，硅與GaN存在著巨大的性能差異，要二者相輔相成屬于世界性難題，幾乎無(wú)成功的可能！

時(shí)年39歲的江風(fēng)益卻認(rèn)為，從不可能中找出可能、于個(gè)性中遴選出共性，從來(lái)就是科學(xué)探索的必經(jīng)之路。抱著“不撞南墻不知究竟”的信念，在南昌大學(xué)的鼎力支持下，他帶著鋪蓋一頭扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室中，用60萬(wàn)元貸款購(gòu)買(mǎi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料，開(kāi)始了艱苦的科研之旅。

從科研立項(xiàng)到小試成功的1000多個(gè)日子里，在食不甘味、晝夜不察的“新常態(tài)”下，隨著硅與GaN兩個(gè)小伙伴從陌生到熟知與相融，LED照明家族中，徐徐打開(kāi)了一扇屬于中國(guó)的華彩大門(mén)。

獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的“中國(guó)之眼”

經(jīng)過(guò)3000多次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)70多種材料和4000多個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)，江風(fēng)益科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了在材料生長(zhǎng)和芯片制造過(guò)程中克服巨大張應(yīng)力的方法、結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)，在國(guó)際上率先研制成功高內(nèi)量子效率硅襯底藍(lán)光LED外延材料和高取光效率、高可靠性單面出光藍(lán)光LED芯片，其出光方向性和均勻性?xún)?yōu)于多面出光的其他技術(shù)路線(xiàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均處于國(guó)際領(lǐng)先地位。

在南昌大學(xué)國(guó)家硅基半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心，江風(fēng)益領(lǐng)著筆者穿過(guò)一臺(tái)臺(tái)（套）高精尖的機(jī)器設(shè)備，來(lái)到正在封裝的儀器旁。一張張大小不一的芯片被激光點(diǎn)擊著，猶如星空中閃爍著的一只只俏皮的眼睛。江風(fēng)益自豪而興奮地介紹，三條技術(shù)路線(xiàn)均可制備薄膜型芯片，硅襯底技術(shù)路線(xiàn)不但成本最低，而且在大功率LED芯片制備上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)因?yàn)閷儆谠紕?chuàng)新，先后獲得了授權(quán)國(guó)內(nèi)外發(fā)明專(zhuān)利147項(xiàng)（其中國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利76項(xiàng)），這就從根本上避免了與另外兩條技術(shù)路線(xiàn)發(fā)生專(zhuān)利糾紛。

江風(fēng)益認(rèn)為，如果說(shuō)當(dāng)初對(duì)技術(shù)路線(xiàn)的選擇有著“撞大運(yùn)”般的堅(jiān)守與執(zhí)著，那么此后科研進(jìn)程中的點(diǎn)滴成就都飽含著國(guó)人關(guān)注的殷切目光，尤其在科研進(jìn)程的每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，都離不開(kāi)國(guó)家有關(guān)部門(mén)和當(dāng)?shù)卣胺Q(chēng)“樣板”的扶持與鼓勵(lì)，離不開(kāi)風(fēng)投機(jī)構(gòu)的慧眼識(shí)珠。

10多年來(lái)，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)始終處于“百尺竿頭”的激勵(lì)之中，他動(dòng)情地說(shuō)，從過(guò)去點(diǎn)“洋油燈”到如今的“中國(guó)牌半導(dǎo)體燈”，既是對(duì)“中國(guó)夢(mèng)”的真切詮釋?zhuān)彩菍?duì)“堅(jiān)定信念、艱苦奮斗，實(shí)事求是、敢闖新路，依靠群眾、勇于勝利”的井岡山精神的生動(dòng)踐行。

獨(dú)創(chuàng)未來(lái)的“中國(guó)之光”

由于LED照明具有重大節(jié)能減排價(jià)值，是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，因此，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)從科研伊始，便實(shí)行技術(shù)與工藝互為促進(jìn)的“兩條腿走路”模式，即在研究取得階段性成果后，適時(shí)創(chuàng)建新企業(yè)，在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中使科研成果走向成熟。

最早與江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)科研成果對(duì)接的企業(yè)，是創(chuàng)建于2006年初的晶能光電（江西）有限公司。這家位于南昌高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)的高科技企業(yè)，2011年即與蘋(píng)果、谷歌等公司一起被美國(guó)麻省理工學(xué)院《科技創(chuàng)業(yè)》雜志評(píng)選為全球最具創(chuàng)新力企業(yè)50強(qiáng)之一。

經(jīng)過(guò)近10年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)從襯底加工、外延生長(zhǎng)、芯片制造到器件封裝均發(fā)明了適合高光效藍(lán)光LED生產(chǎn)的關(guān)鍵核心技術(shù)，且自成體系。通過(guò)對(duì)工藝、技術(shù)的不斷升級(jí)換代，從LED的小功率芯片到大功率芯片先后實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，并初步形成了獨(dú)具特色的上中下游產(chǎn)業(yè)鏈，推出了30多種產(chǎn)品，成功應(yīng)用于路燈、手電、礦燈、射燈、彩屏、家電數(shù)碼、汽車(chē)大燈等通用照明和特種照明領(lǐng)域。按照國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的計(jì)算方法推算，2014年銷(xiāo)售的硅襯底GaN基藍(lán)光LED產(chǎn)品年節(jié)電量達(dá)5.8億度，減排52萬(wàn)噸。

“晶能模式”在市場(chǎng)上形成強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，引導(dǎo)了眾多國(guó)際LED知名企業(yè)從事同類(lèi)研發(fā)，有力地提升了我國(guó)LED技術(shù)及工藝在國(guó)際上的地位，同時(shí)也使江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)的壓力陡增。江風(fēng)益透露，硅襯底紅光、黃光等其他光色LED研發(fā)技術(shù)正在緊鑼密鼓地研發(fā)之中，目前已日趨成熟。隨著“哪里有光、哪里就有LED身影”的國(guó)家半導(dǎo)體照明工程的深入推進(jìn)，他充滿(mǎn)信心地表示，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LED“中國(guó)創(chuàng)造”，將在“起大早趕大集”的LED產(chǎn)業(yè)浪潮中映照出奪目的“中國(guó)之光”！