今年政府工作報(bào)告提出，啟動(dòng)一批新的國(guó)家重大科技項(xiàng)目，建設(shè)一批高水平的國(guó)家科學(xué)中心和技術(shù)創(chuàng)新中心，培育壯大一批有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型領(lǐng)軍企業(yè)。全國(guó)人大代表、江西省南昌市市長(zhǎng)郭安表示，我國(guó)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(jià)值鏈的頂端，建議國(guó)家將硅襯底LED上升為國(guó)家戰(zhàn)略，支持硅襯底LED技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。
全國(guó)人大代表、河北鵬遠(yuǎn)企業(yè)集團(tuán)董事長(zhǎng)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(shí)期的國(guó)家戰(zhàn)略，讓改寫世界LED照明歷史的“中國(guó)芯”在中國(guó)優(yōu)先得到可持續(xù)發(fā)展，逐步讓“中國(guó)芯”走向世界。
一直以來(lái)，LED芯片襯底市場(chǎng)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(duì)國(guó)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(guó)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(dòng)百億級(jí)市場(chǎng)
在LED上游領(lǐng)域，硅作為一種襯底材料，與當(dāng)前市場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(duì)光品質(zhì)及方向性要求更高的領(lǐng)域極具優(yōu)勢(shì)。
如此高性價(jià)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(guò)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(guò)160Lm/W，在同類產(chǎn)品中可與歐美日國(guó)際大廠水平相媲美，成功打破了國(guó)際大廠對(duì)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(jià)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(chǎng)如車燈照明、移動(dòng)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(guó)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(lái)實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)。據(jù)悉，在國(guó)內(nèi)大部分LED企業(yè)利潤(rùn)嚴(yán)重下滑的市場(chǎng)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(zhǎng)。2012年開始滿產(chǎn)滿銷，2013年收入3300萬(wàn)美元，2014年6099萬(wàn)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(guò)產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游垂直整合，在全國(guó)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(dòng)效應(yīng)明顯。2014年全產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值20億元，2015年達(dá)50億元，未來(lái)三年可形成百億產(chǎn)值規(guī)模。
企業(yè)爭(zhēng)相布局
從當(dāng)前LED芯片襯底市場(chǎng)來(lái)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(guó)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(gòu)買了普瑞的技術(shù)后快速切入硅襯底；三星宣布接下來(lái)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(jì)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(gòu)美國(guó)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(xiàng)成果，而且在2008年5月實(shí)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(dòng)下，港股順風(fēng)清潔能源于2015年5月收購(gòu)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(shí)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(bào)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(xiàng)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(xiàng)目驗(yàn)收。
打破LED專利“魔咒”
隨著越來(lái)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(chǎng)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(guó)際巨頭手中，對(duì)我國(guó)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(guó)人自主掌握核心技術(shù)的路線。
“我國(guó)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(guó)生產(chǎn)制造，我國(guó)LED生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量在2萬(wàn)家以上，然而銷量卻未與之形成正比。這主要是由于中國(guó)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(guó)內(nèi)開始發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)主流是引進(jìn)藍(lán)寶石襯底技術(shù)的方式，但是國(guó)外專利體系完備，形成了專利封鎖線，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品很難往外面賣，國(guó)外產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)利潤(rùn)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(guó)專利缺失的問(wèn)題。據(jù)悉，在硅上制備高光效GaN基LED一直是學(xué)術(shù)界夢(mèng)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(wèn)題長(zhǎng)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(guò)數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，南昌硅襯底LED項(xiàng)目技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于在國(guó)際上率先攻克了這一世界難題。同時(shí)，在晶能光電每年8000萬(wàn)元以上研發(fā)經(jīng)費(fèi)的推動(dòng)下，所生產(chǎn)的硅襯底LED產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)在同類研究中均處于國(guó)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(qǐng)或擁有國(guó)際國(guó)內(nèi)專利330多項(xiàng)，已授權(quán)專利147項(xiàng)，其中國(guó)際專利47項(xiàng)。
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(guó)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(shí)它也是中國(guó)自主研發(fā)、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，將構(gòu)建中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我國(guó)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(guó)麻省理工大學(xué)《科技創(chuàng)業(yè)》雜志2011年評(píng)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(guó)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(guó)家“863”專家組如是評(píng)價(jià)。
“中國(guó)已經(jīng)超越美國(guó)成為全世界最大的LED應(yīng)用市場(chǎng)，如果硅基氮化鎵技術(shù)獲得中國(guó)政府大力推廣，中國(guó)市場(chǎng)的變化最終也會(huì)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，但非常看好硅基氮化鎵與IC制程的結(jié)合，這可能將使得計(jì)算機(jī)CPU實(shí)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(guó)家戰(zhàn)略層面而言，硅襯底技術(shù)是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，完全可以構(gòu)建中國(guó)完全自主的LED產(chǎn)業(yè)。未來(lái)，隨著硅襯底高光效GaN基LED逐步在中國(guó)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(xiàng)目工作的晶能光電（江西）硅基LED研發(fā)副總裁孫錢表示。
