我眼中的晶能“芯”

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江风益

南昌大学副校长,教授,博士生导师,教育部发光材料与器件工程研究中心主任,教育部半导体照明技术创新团队负责人。领导的课题组承担并完成了863计划等国家课题10多项,创造性发展了一条新的半导体LED技术路线---硅衬底LED技术路线,创建晶能光电(江西)有限公司,出任公司总裁。

人们期望LED照明具有高电光转换效率、高可靠性能和低成本,只有这三个条件同时具备时半导体照明才能真正走向千家万户,造福人类。

目前为止,用于半导体照明的LED芯片按外延衬底划分有三条技术路线,即蓝宝石衬底LED技术路线、碳化硅衬底LED技术路线、硅衬底LED技术路线。这三条技术路线都处在大力研发和生产之中,前二条技术路线相对领先,第三条技术路线与前两条技术路线相比,水平差距在不断缩小,目前尚不清楚哪条技术路线将是终极半导体照明技术路线。但有一共同特点,性能最好的功率型LED器件,均走到“剥离衬底将外延膜转移到新的基板”制备垂直结构LED芯片技术路线上来。其主要原因是,这种剥离转移垂直结构LED工艺路线,为制备高反射率的反射镜和高出光效率的表面粗化技术提供了便利,同时因p-n结距散热性能良好的新衬底(基板)很近,非常有利于器件散热,从而有利于提高器件的使用寿命,也有利于加大器件工作电流密度。在这三条技术路线中,硅衬底技术路线只需要用简单的湿法化学腐蚀就可去掉衬底,属无损伤剥离,非常适合剥离转移,有利于降低生产成本。

在国家863计划、电子发展基金等课题的资助下,南昌大学创造性发展了一条新的半导体照明技术路线――硅衬底LED技术路线,改变了日美等国垄断LED照明核心技术的局面。该团队发明了一种特殊过渡层和特定的硅表面加工技术,克服了外延层和衬底之间巨大的晶格失配和热失配,在第一代半导体硅材料上,成功地制备了高质量的量子阱结构的第三代半导体GaN材料,研制成功硅衬底蓝光、绿光和白光LED,该发光效率、可靠性与器件寿命等各项技术指标在同类研究中处于国际领先地位,并在国际上率先实现了这一新技术产品的批量生产,功率型硅衬底白光LED光效达到90-100lm/W,并成功地运用在路灯、球泡灯、射灯和手电筒等场合。

尽管硅衬底LED技术路线起步较晚,但该单位在短短几年内成功地开发出高性价比的功率型LED器件并与具有几十年底蕴的蓝宝石衬底LED和碳化硅衬底LED技术路线竞争市场,则表明硅衬底技术路线发展潜力巨大,为开辟具有中国特色的半导体照明技术路线奠定了重要基础。

目前,国内外采用第三条技术路线进行半导体照明芯片研发的单位越来越多,国际上一些LED大厂纷纷加入到这一行列中来。有些国际专家甚至断言,硅衬底LED技术路线就是未来半导体照明芯片生产的终极技术路线。由此新的技术路线引发的半导体照明核心技术的竞争正在全球掀起。尽管我国在此领域目前领先,但丝毫不能轻“敌”,还须快马加鞭,既要将现有的成熟产品扩大生产规模,还要加大研发力度,继续提升发光效率,开发性价比更优的高档芯片,保持企业良好的可持续发展态势,打造具有国际竞争力的民族品牌。