随着经济全球化不断深入,标准已经成为世界各国推动技术进步的重要手段,成为诸多高新产业竞争与发展的制高点。中国制造要升级到中国创造,并走向国际市场,中国标准须先行。经过近十年潜心研发培育,LED 产业终于迎来中国标准。

2015 年度国家科学技术奖 1 月 8 日在人民大会堂举办颁奖典礼,备受瞩目的技术发明一等奖花落“硅衬底高光效 GaN 基蓝色发光二极管” 项目,可谓行业之大喜事。“中国已经超越美国成为全世界最大的 LED 应用市场,硅衬底 LED 技术获得中国政府大力推广,中国市场的变化最终也会牵引全球产业变迁。”有 LED 行业人士谈到。

揽获国家大奖构建中国自主 LED 产业

硅衬底项目的主要参与人员孙钱表示,“从国家战略层面讲,硅衬底技术是我国拥有自主知识产权的技术路线,可以构建中国完全自主的 LED 产业”。

据介绍,国家技术发明一等奖判定标准为:属国内外首创的重大技术发明或创新,技术经济指标达到了同类技术领先水平,且推动相关领域技术进步且已产生显著的经济或者社会效益。

自 LED 发明以来,在照明应用领域存在三条 LED 照明技术路线,分别是蓝宝石衬底(AI2O3)、碳化硅(Sic)衬底和硅衬底(Sic)LED 技术路线。其中,前两条技术路线分别是以日本和美国为主发展起来的,主要贡献者分别获得日美两国最高科技奖,蓝宝石衬底技术路线的一位主要发明人中村修二(Suji Nakamura)还获得了 2014 年度诺贝尔物理学奖。

而硅衬底 LED 技术是我国自主创新发展起来的,它弥补了前两大技术路线之不足,具有自主创新专利。此次评奖,硅衬底 LED 技术项目在 50 个申报国家技术发明奖的项目中脱颖而出,成为唯一一个一等奖。

“硅衬底技术确实应该获得这个大奖,他打破了日美国家在这个领域的技术垄断,这是国家大力支持科技发明的体现。”一位接近国务院高层的产业经济学家如此评价。

硅基衬底具有良好的稳定性和导热性,且具有原材料成本低廉,晶圆尺寸大等优点。当前,集成电路 6 吋和 8 吋生产线产能很多,如果硅基衬底技术成熟,LED 产品价格降低一半是可期的。

硅衬底项目的重大创新意义在于:硅基氮化镓技术是中国自主研发、拥有完全自主知识产权的技术路线,将构建中国 LED 产业标准,凸显产业后发优势;这一技术也获得国家的大力支持与推广,对我国的 LED 产业格局有望产生革命性的影响。

率先布局 中国标准先行

自主创新的全球视野,决定了中国 LED 产业的使命不是对国际标准的仰望,而是要把中国的标准变成世界的标准。

尽管目前市场上主流技术还是蓝宝石衬底技术,但在江西省“十三五”规划里,依托硅衬底技术大力发展 LED 产业群是重头戏之一。江西省当地 LED 企业已经率先布局。“硅衬底高光效 GaN 基蓝色发光二极管”由江西省申报,项目主要参与人员包括南昌大学的江风益教授、晶能光电(江西)有限公司的孙钱等人。

孙钱在前人研究的基础上,大胆创新并利用多层 AlGaN(氮化镓异质结场效应晶体管)缓冲层技术,利用高温外延生长时建立起来的压应力抵消降温过程中应热膨胀系数的差异而引起的张应力,从而避免了氮化镓薄膜中龟裂的产生,实现了高质量无裂纹的氮化镓。这也为进一步研发出适合硅基氮化镓的多量子阱发光有源区和 PN 结掺杂等提供了优异的材料基础,真正实现了硅衬底氮化镓基 LED 的产业化技术路线。

作为目前为止全球唯一一家量产硅衬底 LED 芯片的厂家,晶能光电所生产的硅衬底 LED 各项指标在同类研究中均处于国际领先地位,并与前两条技术路线水平持平。而且,硅衬底 LED 芯片凭借高性价比、方向光、高品质出光的特点,不断延伸至性能更高、附加值更高的白光 LED 芯片、LED 手机闪光灯模组、LED 汽车大灯模组、LED 路灯模组、LED 背光模组等需要方向光、照明级 LED 领域。

在某些细分高端领域市场,硅衬底 LED 产品已经超越国际大厂,占据市场份额第一的位置,成为我国 LED 产业与国际大厂同台竞争的核心优势。晶能光电是我国 LED 产业自主创新的典型代表,用十年时间将一项实验室技术发展成为全球第三条蓝光 LED 技术路线,形成全球硅衬底 LED 专利布局,改变了全球半导体照明技术格局。

除 LED 照明领域外,接受采访的业内人士均看好硅基氮化镓在集成电路(IC)领域的广泛应用。“硅衬底技术获国家大奖,从侧面说明其技术上已经达到国际一流水平,但能否在产业上实现格局重构,还需看其成本优势有多大,因为这个产业已经很市场化,除了国家政策扶持外,资本力量的推动也非常重要。如果该技术获得包括风投、A 股市场资本的持续追捧,则有望闯出新天地。这还需要时间观察。”有接近国务院高层专家如此表示。

硅衬底 LED 产业链产值 2012 年 5 亿元,2013 年超过 10 亿元,2014 年近 20 亿元,2015 年预计可达 50 亿元。未来三年,预计可形成百亿产值规模。硅衬底 LED 技术荣获国家技术发明一等奖,是国家对硅衬底 LED 技术及其应用的最高肯定,更是我国 LED 产业以科技创新实现腾飞的重要节点。