發(fā)光二極管(LED)是利用半導體中電子與空穴復合發(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60年代初第一只LED誕生以來，經(jīng)過40多年的努力，已經(jīng)實現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七彩色LED的生產(chǎn)和應用。特別是1994年高亮度藍光LED的誕生，拉開了半導體照明燈(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,這是人類文明進步的標志之一。在這一領域，日美等國占盡先機，分別壟斷了藍寶石襯底和碳化硅襯底LED照明技術。

我國近三個五年計劃中多類科技與產(chǎn)業(yè)計劃均安排了若干個課題跟蹤這一高技術前沿。令人欣喜地看到，這一領域從跟蹤走上了跨越，部分核心技術處于國際領先地位，具有原始創(chuàng)新性。南昌大學發(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”等計劃的資助下，創(chuàng)造性發(fā)展了一條新的半導體照明技術路線-硅襯底LED照明技術路線，改變了日美等國壟斷LED照明核心技術的局面。

該課題組在半導體照明領域從事研究開發(fā)工作10余年，前7年跟蹤，近3年跨越。他們發(fā)明了一種特殊過渡層和特定的硅表面加工技術，攻克了多項國際難題，在第一代半導體硅材料上，成功地制備了高質(zhì)量的量子阱結構的第三代半導體GaN材料，研制成功垂直結構GaN藍光LED，白光效率達到100流明/瓦，其發(fā)光效率、可靠性與器件壽命等各項技術指標在同類研究中處于國際領先地位，并在國際上率先實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，成功地運用在路燈、球泡燈、射燈和手電筒等場合。在這一領域他們已獲得和公開發(fā)明專利60多項。采用該技術生產(chǎn)的LED照明芯片成本顯著低于藍寶石襯底和碳化硅襯底LED芯片。該技術是LED學術界和產(chǎn)業(yè)界夢寐以求的一種新技術，對藍光LED來說是一種顛覆性技術，屬于改寫LED歷史的一種新技術。

目前為止，用于半導體照明的LED芯片按外延襯底劃分有三條技術路線，即藍寶石襯底LED技術路線，碳化硅襯底LED技術路線，和硅襯底LED技術路線。這三條技術路線都處在大力研發(fā)和生產(chǎn)之中，前兩條技術路線相對領先，第三條技術路線與前兩條技術路線相比，水平差距在不斷縮小，目前尚不清楚哪條技術路線將是終極半導體照明技術路線。但有一共同特點，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”制備垂直結構LED芯片技術路線上來。其主要原因是，這種剝離轉(zhuǎn)移垂直結構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提供了便利，同時因p-n結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。在這三條技術路線中，硅襯底技術路線只需要用簡單的濕法化學腐蝕就可去掉襯底，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。

盡管硅襯底LED技術路線起步較晚，但該單位在短短幾年內(nèi)成功地開發(fā)出高性價比的功率型LED器件并與具有幾十年底蘊的藍寶石襯底LED和碳化硅襯底LED技術路線競爭市場，則表明硅襯底LED技術路線發(fā)展?jié)摿薮?為開辟具有中國特色的半導體照明技術路線奠定了重要基礎。

目前，國內(nèi)外采用第三條技術路線進行LED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技術路線就是未來半導體照明芯片生產(chǎn)的終極技術路線。由此新的技術路線引發(fā)的半導體照明核心技術的競爭正在全球掀起。盡管我國在此領域目前領先，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，打造具有國際競爭力的民族品牌。

發(fā)展硅襯底LED技術對我國LED照明技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到至關重要的作用，將解決我國大規(guī)模生產(chǎn)LED照明芯片有關的知識產(chǎn)權方面的后顧之憂，同時也將解決LED照明芯片價格居高不下的問題。

專家觀點：

功率型硅襯底LED芯片測試結果出色

中國電子科技集團第十三研究所教授張萬生

我們國家的硅襯底LED的技術是由江西南昌大學材料所(江西晶能公司)通過自主創(chuàng)新發(fā)展起來的。去年，中國電子科技集團第十三研究所半導體照明研發(fā)中心和國家半導體質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對江西晶能公司送來的一批(100只)硅襯底1mm×1mm功率型芯片進行了測試，測試結果令人振奮，350mA下，峰值波長450nm，輻射功率在350mW以上，為國產(chǎn)功率芯片的最高水平。在殼溫70℃、700mA電流加電老化168小時，其光衰在5%以內(nèi)。這是我國功率LED技術發(fā)展的新曙光。在“十二五”期間，國家應該繼續(xù)對硅襯底技術給以更大的支持，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照明技術后續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?

南昌大學教授江風益

按照材料制備所用的襯底劃分，目前已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的有三種半導體照明技術路線，即藍寶石襯底半導體照明、碳化硅襯底半導體照明、和硅襯底半導體照明技術路線。其中前兩條技術路線的核心專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)正在艱難地進行技術創(chuàng)新工作，期望能在二次創(chuàng)新過程中有所收獲。同時，世界各地的研究人員正在進行其他技術路徑的嘗試。其中最引人注目的就是硅襯底半導體照明技術。硅襯底半導體照明技術具有其他襯底無法比擬的兩大優(yōu)勢：第一，硅材料比碳化硅和藍寶石要便宜很多，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成本;第二，硅襯底半導體照明外延材料，非常適合走剝離襯底薄膜轉(zhuǎn)移技術路線，為開發(fā)高效率高可靠性半導體照明芯片具有得天獨厚的優(yōu)勢。

南昌大學從事LED研究開發(fā)10多年，從藍寶石襯底LED技術的跟蹤走上了硅襯底LED技術的創(chuàng)新與跨越，突破了數(shù)十項關鍵技術，研發(fā)成功了硅襯底LED材料與芯片，已獲得、公開和申請發(fā)明專利100余項，其中已授權14項國家發(fā)明專利,已授權6項美國發(fā)明專利。[!--empirenews.page--]

目前該技術已推出6類產(chǎn)品,已有160多家應用客戶，已銷售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、燈泡等方面應用,其中1mm*1mm功率芯片封成白光后大于90lm/W。

目前國際上許多單位或研究組加大了硅襯底半導體照明技術的研發(fā)步伐，不少國際知名半導體照明企業(yè)在這方面進行重點攻關，但到目前為止仍集中在基礎研究階段，雖有幾家單位報道取得了一定進展，但離規(guī)?；a(chǎn)還有較大距離。

通過近6年由我國發(fā)展出來的硅襯底半導體照明技術，如今已經(jīng)達到了具有20多年發(fā)展歷程的藍寶石襯底和碳化硅襯底半導體照明產(chǎn)品的中上水平。這充分表明硅襯底半導體照明技術的后續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?

為此建議，希望國家毫不猶豫地加大資助力度，上中下游通力合作，加快發(fā)展硅襯底半導體照明技術，實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，闖出一條區(qū)別于發(fā)達國家的具有鮮明國際特色的硅襯底半導體照明技術發(fā)展之路，形成我國自成體系的具有國際競爭力的半導體照明產(chǎn)業(yè)，為我國節(jié)能減排作貢獻。

整體布局快速推進硅襯底LED技術產(chǎn)業(yè)化

蘇州納晶光電有限公司董事長梁秉文

要重視硅襯底上GaNLED的技術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和相關的晶能公司，他們在這方面扎扎實實做了大量的研發(fā)工作并申請和獲得了100多項的相關專利，形成了專利的網(wǎng)絡布局。形成了具有中國優(yōu)勢除了藍寶石和碳化硅襯底以外的第三條技術路線，并與其他兩條技術路線相比更具潛力和優(yōu)勢，這是難能可貴的。目前從產(chǎn)品性能指標上看已經(jīng)與藍寶石、碳化硅襯底的在同一個數(shù)量級上。這說明硅襯底上GaNLED的技術路線是可行的。與其他的襯底相比，硅襯底上GaNLED有很多種實現(xiàn)了的和潛在的優(yōu)勢，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。這樣一個好的技術路線和方向，不是可以靠一家、二家公司和學?？梢院苋菀椎匦纬僧a(chǎn)業(yè)化。政府有關部門應該組織一組(群)公司與大學、研究所一起來制定出相關產(chǎn)品與技術發(fā)展路線圖，并快速推動其技術的成熟和產(chǎn)業(yè)化。可以考慮在上中下游的整體布局，比如外延、芯片公司有3-4家，封裝多家和相應的應用廠家緊密配合。重點在于解決上下游的技術、工藝難題，以及檢測、質(zhì)量控制和相關的設備、原輔材料的配套等問題。并快速進行6英寸及以上襯底的技術和產(chǎn)品開發(fā)，使其盡快顯示出其應有的優(yōu)勢。

正視硅襯底LED技術問題推進產(chǎn)業(yè)化

福建省光電行業(yè)協(xié)會秘書長彭萬華

硅襯底生長GaN是多種襯底中的一種，是一種技術路線，目前用于產(chǎn)業(yè)化的襯底有藍寶石、碳化硅和硅。將來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的GaN發(fā)光二極管與其他幾種襯底生長的二極管相比，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一步提高和驗證。另外，有關硅襯底產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中，成品率、產(chǎn)品的一致性和均勻性等關鍵問題，也希望能進一步了解分析后，再推進發(fā)展。

硅襯底LED技術使我國在國際半導體照明界爭得話語權

國家半導體照明研發(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技術是半導體照明產(chǎn)業(yè)上游具有自主知識產(chǎn)權的一項技術，我國要在國際半導體照明界爭取話語權沒有擁有自己獨特技術是不可想象的，盡管硅襯底LED技術仍還有許多難題要攻克，但是相信只要能夠整合半導體芯片技術的精英，通過不懈的努力，一定能夠?qū)崿F(xiàn)突破性的進展。

GaN技術應格外引起重視

佛山國星光電董事長王垚浩

商業(yè)化的GaN基LED襯底主要為藍寶石、SiC(碳化硅)和硅。日本日亞公司壟斷了藍寶石襯底上GaN基LED專利技術，美國科銳公司壟斷了SiC襯底上GaN基LED專利技術，而硅襯底上GaN基LED專利技術為我國擁有，是實現(xiàn)LED產(chǎn)業(yè)突破國際專利封鎖的重要技術路線。當然作為產(chǎn)業(yè)化主流的GaN技術仍然需要重視，畢竟目前的市場競爭仍然是GaN襯底芯片的競爭，不重視它也是就是放棄了市場競爭。