今年政府工作報告提出，啟動一批新的國家重大科技項目，建設(shè)一批高水平的國家科學(xué)中心和技術(shù)創(chuàng)新中心，培育壯大一批有國際競爭力的創(chuàng)新 型領(lǐng)軍企業(yè)。全國人大代表、江西省南昌市市長郭安表示，我國硅襯底LED技術(shù)已經(jīng)打破了歐美技術(shù)壟斷，站到了全球LED產(chǎn)業(yè)價值鏈的頂端，建議國家將硅襯 底LED上升為國家戰(zhàn)略，支持硅襯底LED技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。
全國人大代表、河北鵬遠(yuǎn)企業(yè)集團(tuán)董事長朱立秋建議加快硅襯底LED技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐，上升為“十三五”時期的國家戰(zhàn)略，讓改寫世界LED照明歷史的“中國芯”在中國優(yōu)先得到可持續(xù)發(fā)展，逐步讓“中國芯”走向世界。
一 直以來，LED芯片襯底市場就被藍(lán)寶石和碳化硅兩大技術(shù)二分天下，且核心技術(shù)均掌握在歐美及日韓等LED巨頭手中。面對國際巨頭在專利上的重重包圍，硅襯 底技術(shù)路線的備受肯定和全面鋪開不僅標(biāo)志著LED技術(shù)歷史上的重大突破，更意味著我國將在LED上游的關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)自主化。
撬動百億級市場
在 LED上游領(lǐng)域，硅作為一種襯底材料，與當(dāng)前市場上大為流行的藍(lán)寶石和碳化硅相比，具有低成本、大尺寸、高質(zhì)量、能導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是業(yè)界最佳的生長氮 化鎵藍(lán)光LED的襯底材料。采用硅襯底技術(shù)的LED芯片具備散熱好，產(chǎn)品抗靜電性能好、壽命長，可承受的電流密度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于大功率LED照明，且由 于硅芯片的單面出光，光指向性好、光品質(zhì)好的特點(diǎn)，使其在LED手機(jī)閃光燈、汽車照明、高端室內(nèi)照明等對光品質(zhì)及方向性要求更高的領(lǐng)域極具優(yōu)勢。
如此高性價比的襯底材料，從研發(fā)到面世卻歷經(jīng)了不少波折，甚至一度被認(rèn)為“胎死腹中”。但經(jīng)過南昌大學(xué)江風(fēng)益教授以及晶能光電十余年的不斷努力，如今硅襯底技術(shù)已經(jīng)突破關(guān)鍵技術(shù)，并成功量產(chǎn)，成為比肩于藍(lán)寶石和硅襯底的第三條革命性LED芯片襯底技術(shù)。
作 為目前為止全球唯一一家量產(chǎn)硅襯底LED芯片的廠家，晶能光電在硅襯底技術(shù)上所取得的成就已有目共睹。其量產(chǎn)的硅襯底大功率LED發(fā)光效率已經(jīng)超過 160Lm/W，在同類產(chǎn)品中可與歐美日國際大廠水平相媲美，成功打破了國際大廠對高端大功率LED的壟斷。此外，憑借著可靠性好、指向性好、高品質(zhì)出 光、性價比高等特點(diǎn)，晶能光電硅襯底LED在大功率照明領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，在某些高端市場如車燈照明、移動照明等已經(jīng)占據(jù)了較大的份額;手機(jī)閃光燈已成 功進(jìn)入中興、華為、聯(lián)想等國內(nèi)一線手機(jī)品牌。
正是這條與眾不同的“芯”路徑，讓晶能光電自2012年以來實現(xiàn)了高速增長。據(jù) 悉，在國內(nèi)大部分LED企業(yè)利潤嚴(yán)重下滑的市場背景下，晶能光電仍能保持30%的毛利率，銷售收入連續(xù)三年近100%的增長。2012年開始滿產(chǎn)滿 銷，2013年收入3300萬美元，2014年6099萬美元。
目前以硅襯底LED技術(shù)為基礎(chǔ)，以晶能光電為核心，通過產(chǎn)業(yè)鏈 上、中、下游垂直整合，在全國已形成擁有12家企業(yè)的硅襯底LED產(chǎn)業(yè)鏈，初具集群規(guī)模，輻射帶動效應(yīng)明顯。2014年全產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)產(chǎn)值20億 元，2015年達(dá)50億元，未來三年可形成百億產(chǎn)值規(guī)模。
企業(yè)爭相布局
從 當(dāng)前LED芯片襯底市場來看，雖然藍(lán)寶石和碳化硅(主要采用廠商為CREE)仍然占據(jù)著絕大部分江山，但除了晶能光電一家獨(dú)大之外，幾家國際大廠也在大力 跟進(jìn)硅襯底大功率LED芯片技術(shù)，如東芝購買了普瑞的技術(shù)后快速切入硅襯底;三星宣布接下來的技術(shù)路線和產(chǎn)品是硅襯底的芯片。
2014 年7月初，東芝 (Toshiba)宣布計劃于年內(nèi)正式大規(guī)模量產(chǎn)白光LED產(chǎn)品，目標(biāo)為將其月產(chǎn)能大幅擴(kuò)增至現(xiàn)行的150倍。而東芝所生產(chǎn)的白光LED，正是采用的 2013年4月收購美國普瑞光電(Bridgelux)“GaN-on-Si”(硅基氮化鎵)技術(shù)后共同開發(fā)的LED元件。據(jù)悉，東芝最終確定以功率半導(dǎo) 體器件的8英寸晶圓技術(shù)為基礎(chǔ)，并聚集了諸多研發(fā)人員，進(jìn)行大規(guī)模硅襯底的研發(fā)工作。
此外，在硅襯底技術(shù)的發(fā)源地——江西南昌，也有多家企業(yè)參與其中。在江西省“十三五”規(guī)劃里，依托硅襯底技術(shù)大力發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)群是重頭戲之一。江西省當(dāng)?shù)豅ED企業(yè)已經(jīng)率先布局。
晶 能光電是江西省硅襯底技術(shù)的“扛旗”者。該公司不僅授讓了該項成果，而且在2008年5月實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。目前已成為全球第一家量產(chǎn)高功率、高性能的硅襯底 LED芯片公司。據(jù)公開資料顯示，晶能光電曾獲金沙江創(chuàng)投大力投資，在其推動下，港股順風(fēng)清潔能源于2015年5月收購了晶能光電59%股權(quán)。根據(jù)雙方約 定，晶能光電將在市值30億美元時獨(dú)立上市。
總部位于江西的A股上市公司聯(lián)創(chuàng)光電亦值得關(guān)注。據(jù)公司此前年報披露，早在2007年該公司開展的“基于硅襯底的光電子器件封裝及應(yīng)用”項目即獲重大突破，2008年公司與南昌大學(xué)合作的“半導(dǎo)體照明高亮度功率白光二極管芯片開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項目驗收。
打破LED專利“魔咒”
隨 著越來越多企業(yè)的投入和硅襯底技術(shù)的日益成熟，LED芯片市場格局將有望被改寫。眾所周知，目前藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底核心技術(shù)均掌握在歐美、日韓等國際 巨頭手中，對我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成專利壁壘。而硅襯底技術(shù)則是一條完完全全由國人自主掌握核心技術(shù)的路線。
“我國LED照明產(chǎn)業(yè)起步較晚，但是發(fā)展迅猛。目前全球70%的LED照明產(chǎn)品在中國生產(chǎn)制造，我國LED生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量在2萬家以上，然而銷量卻未與之形成正比。這主要是由于中國缺乏關(guān)鍵技術(shù)所致。”南昌大學(xué)江風(fēng)益教授表示。
“2010年以后，國內(nèi)開始發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)，市場主流是引進(jìn)藍(lán)寶石襯底技術(shù)的方式，但是國外專利體系完備，形成了專利封鎖線，國內(nèi)產(chǎn)品很難往外面賣，國外產(chǎn)品在國內(nèi)利潤又很高。”晶能光電(江西)有限公司外研中心副總裁付羿博士有著同樣的擔(dān)憂。
硅 襯底技術(shù)的出現(xiàn)則另辟蹊徑解決了我國專利缺失的問題。據(jù)悉，在硅上制備高光效GaN基LED一直是學(xué)術(shù)界夢寐以求的目標(biāo)，然而由于硅和GaN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)致的出光效率低等問題長期未能解決，致使業(yè)界普遍認(rèn)為，在硅上制備高光效GaN基LED是不可 能的事，硅襯底GaN基LED路線幾乎被判“死刑”。
然而經(jīng)過數(shù)千次實驗，南昌硅襯底LED項目技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊終于在國際上率先 攻克了這一世界難題。同時，在晶能光電每年8000萬元以上研發(fā)經(jīng)費(fèi)的推動下，所生產(chǎn)的硅襯底LED產(chǎn)品各項指標(biāo)在同類研究中均處于國際領(lǐng)先水平，并與前 兩條技術(shù)路線持平。目前，晶能光電圍繞硅襯底LED技術(shù)已經(jīng)申請或擁有國際國內(nèi)專利330多項，已授權(quán)專利147項，其中國際專利47項。
有望掀起LED“芯”革命
硅 襯底LED技術(shù)從襯底源頭上避開了藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底技術(shù)路線所形成的國際專利圍剿，可從小功率LED芯片技術(shù)到高難度的大功率LED芯片技術(shù)，形成 自有的專利體系。同時它也是中國自主研發(fā)、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，將構(gòu)建中國LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對我國的LED產(chǎn)業(yè)格局有望產(chǎn)生革命性的影響。
清楚LED發(fā)展歷史的人都知道，硅襯底LED技術(shù)改寫了半導(dǎo)體照明歷史。“用普通的設(shè)備，更低成本的工藝生產(chǎn)LED”，美國麻省理工大學(xué)《科技創(chuàng)業(yè)》雜志2011年評選的“全球最具創(chuàng)新力企業(yè)50強(qiáng)”中，晶能光電憑此與Apple、IBM等公司一同上榜。
“這一技術(shù)改變了日本公司壟斷藍(lán)寶石襯底和美國公司壟斷碳化硅襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的局面，形成了藍(lán)寶石、碳化硅、硅基半導(dǎo)體照明技術(shù)方案‘三足鼎立’的局面。”國家“863”專家組如是評價。
“中國已經(jīng)超越美國成為全世界最大的LED應(yīng)用市場，如果硅基氮化鎵技術(shù)獲得中國政府大力推廣，中國市場的變化最終也會牽引全球產(chǎn)業(yè)變遷。”有LED行業(yè)人士如此分析。
除 LED照明領(lǐng)域外，接受采訪的業(yè)內(nèi)人士均看好硅基氮化鎵在集成電路領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。某LED上市公司研發(fā)人員表示，雖然公司暫未涉及硅基發(fā)光領(lǐng)域的研究， 但非?？春霉杌壟cIC制程的結(jié)合，這可能將使得計算機(jī)CPU實現(xiàn)光子傳輸。一位業(yè)內(nèi)致力于該領(lǐng)域的人士則稱硅基氮化鎵在硅光子、傳感器、功率器件、 RF射頻等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用需求。
“從國家戰(zhàn)略層面而言，硅襯底技術(shù)是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，完全可以構(gòu)建中國 完全自主的LED產(chǎn)業(yè)。未來，隨著硅襯底高光效GaN基LED逐步在中國取得突破，它將打破由日、美公司的藍(lán)寶石和碳化硅襯底的技術(shù)壟斷，形成半導(dǎo)體照明 技術(shù)三足鼎立的局面。”參與本次項目工作的晶能光電(江西)硅基LED研發(fā)副總裁孫錢表示。
