一哄而上又遇經(jīng)濟(jì)下滑，剛剛過(guò)去的2015年，曾經(jīng)風(fēng)光無(wú)限的LED行業(yè)一如前兩年般慘烈。一年間，LED企業(yè)數(shù)量減少了20%，約4000家企業(yè)退出市場(chǎng)。

　　然而，接二連三的“倒閉潮”背后還有一匹“黑馬”讓人眼前一亮。在南昌，晶能光電（江西）有限公司不僅年銷(xiāo)售額一路飄紅，而且趟出了一條技術(shù)新路。

　　“我們的目標(biāo)是成就世界級(jí)半導(dǎo)體照明公司，成為中國(guó)人的驕傲！”CEO王敏博士底氣十足。工欲善其事必先利其器。王敏的底氣源自他們掌握的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、目前全球領(lǐng)先的硅襯底LED技術(shù)（硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管）。而這一技術(shù)也在今年國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，一舉摘下國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)的桂冠。

　　“雞蛋也要碰石頭”

　　不就是一項(xiàng)硅襯底LED技術(shù)嗎？但如果你清楚LED發(fā)展歷史，或許會(huì)由衷發(fā)出一聲感嘆。因?yàn)?，這是一項(xiàng)改寫(xiě)了半導(dǎo)體照明歷史的顛覆性新技術(shù)。

　　“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《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Appple、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)......

　　一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的LED企業(yè)緣何獲此殊榮，引起業(yè)界內(nèi)外的廣泛關(guān)注？事情還要從藍(lán)光LED芯片的制備講起。

　　一般，我們所見(jiàn)到的白光LED，由藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色螢光材料而來(lái)。此前，藍(lán)光LED芯片主要有兩種技術(shù)路線，一種是藍(lán)寶石襯底，一種是碳化硅襯底上。其中，藍(lán)寶石襯底技術(shù)路線的三位發(fā)明者榮獲2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，碳化硅襯底技術(shù)路線發(fā)明者則獲得美國(guó)總統(tǒng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。

　　而在硅襯底上制備高光效LED芯片，雖說(shuō)一直是學(xué)界夢(mèng)寐以求的目標(biāo)，世界各國(guó)研究者歷經(jīng)四十余年的鉆研，卻遲遲沒(méi)有找到克服關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)的理想解決方法。

　　“難！”這是LED專家們對(duì)在硅襯底上制備藍(lán)光LED芯片的第一反應(yīng)！難在哪兒？制備LED芯片先要在襯底上長(zhǎng)出氮化鎵發(fā)光薄膜?？蓡?wèn)題是，因硅和氮化鎵材料的熱失配和晶格失配，人們長(zhǎng)期無(wú)法得到高質(zhì)量的氮化鎵發(fā)光薄膜。如此一來(lái)，硅襯底LED芯片制備自然無(wú)從談起。

　　“雞蛋也要碰石頭”。當(dāng)硅襯底這一技術(shù)路線被業(yè)界宣判“死刑”，2003年以南昌大學(xué)江風(fēng)益教授領(lǐng)銜的研發(fā)團(tuán)隊(duì)反其向而行——瞄準(zhǔn)硅襯底LED技術(shù)，奮力一搏！

　　并非一時(shí)頭腦發(fā)熱。選擇硅作襯底前，江風(fēng)益團(tuán)隊(duì)已跟蹤研究藍(lán)寶石襯底技術(shù)長(zhǎng)達(dá)10年。但他們深知藍(lán)寶石襯底盡管是目前市場(chǎng)的主流技術(shù)路線，但受材料所限，很難做到8—12吋等大尺寸外延，在大規(guī)模自動(dòng)化制造方面也有一定的局限；且因藍(lán)寶石散熱性能差，又難以剝離襯底，故在大功率LED方面具有性能局限性。碳化硅的性能有目共睹，可走的是“貴族路線”，成本高昂，不適宜大規(guī)模普及。

　　“硅作為一種襯底材料，與藍(lán)寶石和碳化硅相比，具有低成本、大尺寸、高質(zhì)量、可導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具前途的生長(zhǎng)氮化鎵藍(lán)光LED的襯底材料，未來(lái)照明市場(chǎng)必將趨向于選擇這種性能好可靠性高且成本低廉的技術(shù)路線。”江風(fēng)益信心滿滿。

　　也屬幸運(yùn)，彼時(shí)同江風(fēng)益并肩作戰(zhàn)的王敏等人亦十分看好這條技術(shù)路線?！拔覈?guó)是名副其實(shí)的LED產(chǎn)品制造大國(guó)，國(guó)內(nèi)LED企業(yè)均采用藍(lán)寶石技術(shù)路線，其中布滿了LED巨頭精心埋下的專利地雷。過(guò)去10年，許多LED企業(yè)曾為此吞下苦果?！闭勂鸪踔?，低沉的話語(yǔ)中是王敏沉甸甸的責(zé)任感。在王敏看來(lái)，DVD受制于他國(guó)的教訓(xùn)警醒我們，國(guó)外LED大廠“放水養(yǎng)魚(yú)”的功夫已爐火純青，LED專利大戰(zhàn)隨時(shí)有一觸即發(fā)的可能，“硅襯底技術(shù)路線是唯一有有可能沖破國(guó)外專利封鎖的機(jī)會(huì)?！?/span>

　　矢志不渝。2004年研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先攻克硅襯底氮化鎵基LED材料與器件技術(shù)。2005年實(shí)驗(yàn)室出樣品，2006年創(chuàng)辦晶能光電，2007年中試成功，2008年小批量試生產(chǎn)，2009年量產(chǎn)......多年艱苦卓絕的攻關(guān)研發(fā)，晶能光電的硅襯底LED技術(shù)日臻成熟。

　　更重要的是，以此技術(shù)為核心，晶能光電已申請(qǐng)（含授權(quán)）國(guó)際國(guó)內(nèi)專利330多項(xiàng)，在LED外延生長(zhǎng)、芯片制造、封裝及應(yīng)用等領(lǐng)域均有布局，成功避開(kāi)了眾多國(guó)外LED公司的專利封鎖。而且事實(shí)印證，硅襯底LED壽命超過(guò)6萬(wàn)小時(shí)，性能媲美國(guó)際大廠，成本最低！據(jù)計(jì)算，硅襯底、藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底制作薄膜型LED芯片的制造成本比為1：1.3：3.6。

　　“黑暗中的摸索”

　　看著今天晶能光電硅襯底LED技術(shù)的成功，很多人艷羨不已。但鮮有人知的是，彼時(shí)他們選擇硅襯底技術(shù)路線，被斥為異想天開(kāi)。

　　質(zhì)疑并非毫無(wú)來(lái)由。同40多年前曾經(jīng)研究硅襯底的IBM及馬德伯格大學(xué)等知名院校相比，這支最初僅有幾人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，無(wú)論是資金實(shí)力還是研發(fā)實(shí)力方面的懸殊都不是一點(diǎn)點(diǎn)。“這項(xiàng)技術(shù)，國(guó)外都沒(méi)有突破，你們憑什么能夠成功？”“用不了多久，硅襯底技術(shù)將‘胎死腹中’”。從選擇硅襯底技術(shù)路線的那天起，類(lèi)似的唱衰聲便不絕于耳。

　　回首當(dāng)年，王敏坦陳那是一段“在黑暗中摸索”的歷史。不過(guò)，面對(duì)紛涌而來(lái)的冷嘲熱諷，他淡然一笑——不反擊亦不回避。他說(shuō)，有質(zhì)疑很正常，“質(zhì)疑是另外一種動(dòng)力，最好的回答是把事情做好，用事實(shí)說(shuō)話?！?/span>

　　于硅襯底LED技術(shù)而言，最大的“攔路虎”是硅和氮化鎵材料的熱失配和晶格失配：硅和氮化鎵之間熱膨脹系數(shù)差異高達(dá)57%，硅上氮化鎵薄膜材料在1000多度生長(zhǎng)后驟然降到室溫的過(guò)程中，受到巨大的張應(yīng)力從而發(fā)生龜裂，無(wú)法滿足制作器件的基本需求；硅和氮化鎵之間晶格失配則高達(dá)19%，這就使得外延膜中產(chǎn)生過(guò)高位錯(cuò)密度進(jìn)而導(dǎo)致晶體質(zhì)量差，無(wú)法獲得高質(zhì)量LED。

　　如何攻克這一世界級(jí)難題？患有嚴(yán)重腰椎間盤(pán)突出椎管狹窄癥的江風(fēng)益身先士卒，在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了一張床，從此吃睡在那里，每天十幾個(gè)小時(shí)不間斷地試驗(yàn)。歷經(jīng)三千多次的嘗試，他們終于迎來(lái)“雨后彩虹”：在硅上成功生長(zhǎng)出氮化鎵發(fā)光薄膜，達(dá)到實(shí)用水平。

　　“下一步，要產(chǎn)業(yè)化！新時(shí)代，我們沒(méi)有理由再點(diǎn)洋半導(dǎo)體燈！”初嘗喜悅成果的江風(fēng)益，這樣憧憬著未來(lái)。

　　“理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感”。憶及晶能光電在硅襯底LED產(chǎn)業(yè)化路上幾次瀕臨生死邊緣的過(guò)往，如今發(fā)色已漸變?yōu)椤澳棠袒摇钡耐趺舾锌?，“?dāng)年的選擇全憑一腔熱血，若早早預(yù)料到會(huì)有此后的種種，可能會(huì)后怕?！?/span>

　　的確，硅襯底LED技術(shù)實(shí)驗(yàn)室階段取得成功，只是萬(wàn)里長(zhǎng)征走完了第一步。正如現(xiàn)任晶能光電首席技術(shù)官的趙漢民所說(shuō)，研發(fā)成功和實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)是兩個(gè)完全不同的階段，在研發(fā)階段，100個(gè)樣品中有一個(gè)合格就算成功了，但實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，你要保證100個(gè)都是合格的，這中間要跨越的鴻溝難以想象。

　　以硅襯底加工為例?！霸趯?shí)驗(yàn)室階段可行，到試生產(chǎn)階段卻‘失靈’了。”趙漢民告訴記者，實(shí)驗(yàn)室階段，由于產(chǎn)品數(shù)量少用于硅襯底加工的液體濃度與時(shí)間都很容易掌控，而到了試生產(chǎn)階段，一方面浸泡的硅襯底數(shù)量多，另一方面市場(chǎng)上沒(méi)有與硅襯底相匹配的設(shè)備，這就導(dǎo)致產(chǎn)品良率大幅下降。“一開(kāi)始，良率甚至只有5%，比在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候糟糕多了，看到結(jié)果的那一刻，整個(gè)人都傻掉了?！蓖趺艋貞浾f(shuō)?！伴_(kāi)弓沒(méi)有回頭箭”，只能買(mǎi)回相近設(shè)備，摸索著一點(diǎn)點(diǎn)改造。“這一改就是一年多！”

　　拿下一場(chǎng)技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)不難?？芍谱鞴枰r底LED芯片有350多道工步，每一道工步都會(huì)遇到形形色色的問(wèn)題。比如，氮化鎵發(fā)光薄膜厚度雖僅有幾微米（頭發(fā)絲直徑約為50-100微米）卻由幾十層不同結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如何保證每一層完好？如何提升硅襯底LED芯片的光效？如何減少位錯(cuò)保證出光率？......第一個(gè)“吃螃蟹”，一系列層出不窮的技術(shù)“堅(jiān)冰”擋在晶能光電人面前。

　　這時(shí)，有人說(shuō)，“硅襯底LED技術(shù)成功無(wú)望”；更有甚者，斷言“晶能光電是一個(gè)‘燙手山芋’，給它投的錢(qián)將會(huì)打水漂”。不過(guò)，“自始至終我們都憋著一口氣，立志要爭(zhēng)口氣，把硅襯底技術(shù)做好?！焙途芄怆娨黄鸪砷L(zhǎng)的年青工程師封波深有感觸地說(shuō)。

　　沒(méi)有可供參考的相關(guān)文獻(xiàn)，沒(méi)有可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)，每走一步都要“摸著石頭過(guò)河”，每年因試錯(cuò)交出的“學(xué)費(fèi)”高達(dá)幾千萬(wàn)元，最困難時(shí)公司背負(fù)3個(gè)多億的貸款重?fù)?dān)，但公司高管帶頭拿低工資也保證每年研發(fā)投入都在8000萬(wàn)元左右......堅(jiān)定開(kāi)辟一條LED新路，晶能光電咬牙堅(jiān)持。

　　艱難困苦，玉汝于成。2009年實(shí)現(xiàn)硅襯底小功率LED芯片量產(chǎn)，2012年6月實(shí)現(xiàn)大功率LED芯片規(guī)模化量產(chǎn)。硅襯底LED技術(shù)征途上，晶能光電走在了前面。

　　隨著硅襯底藍(lán)光和白光LED產(chǎn)品和工藝的成熟，晶能光電又開(kāi)始醞釀新的計(jì)劃，“開(kāi)發(fā)硅襯底紫光LED技術(shù)，以及基于硅襯底氮化鎵基的功率型器件等新技術(shù)?！?/span>

? ? ?“寒冬”中逆流勇上

　　在與硅襯底LED技術(shù)平行的另一條歷史軸線上，其產(chǎn)業(yè)化之旅也愈走愈順：2012年全行業(yè)企業(yè)設(shè)備開(kāi)機(jī)率不足60%，晶能光電滿產(chǎn)滿銷(xiāo)，首次實(shí)現(xiàn)贏虧平衡；2013年銷(xiāo)售收入3300萬(wàn)美元；2014年銷(xiāo)售收入6099萬(wàn)美元。

　　LED寒冬中逆流勇上，晶能光電的秘密武器是領(lǐng)先的硅襯底LED技術(shù)——

　　從器件角度看，硅襯底散熱性能好、通過(guò)剝離消除應(yīng)力，因而產(chǎn)品抗靜電性能好、壽命長(zhǎng)、可承受的電流密度高，更適用于大功率LED照明；

　　從襯底剝離方式看角度看，在制備薄膜型芯片時(shí)，硅襯底成本遠(yuǎn)低于藍(lán)寶石襯底，由于采用化學(xué)腐蝕的方法來(lái)剝離，在效率和良率上，都高于采用激光剝離的藍(lán)寶石襯底產(chǎn)品，從而得到高質(zhì)量、低成本的垂直結(jié)構(gòu)芯片；

　　從大規(guī)模生產(chǎn)的角度看，未來(lái)技術(shù)進(jìn)步可以很好地將硅襯底大尺寸的優(yōu)勢(shì)和集成電路行業(yè)成熟的自動(dòng)化設(shè)備和產(chǎn)線結(jié)合，大大提升現(xiàn)有LED行業(yè)的產(chǎn)業(yè)成熟度，可快速形成規(guī)模化效應(yīng)，使LED照明綜合成本進(jìn)一步大幅下降；

　　從產(chǎn)品特點(diǎn)角度看，采用單面出光的垂直結(jié)構(gòu)芯片結(jié)合白光芯片工藝，可以獲得方向性好、光品質(zhì)好的芯片，也讓硅襯底LED在小角度射燈、汽車(chē)照明、手機(jī)閃光燈等高品質(zhì)和方向性照明領(lǐng)域的應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)。

　　這具體意味著什么？王敏舉例，車(chē)前大燈照明主要以大功率LED為主，車(chē)燈設(shè)計(jì)要求在有限的空間，解決光密度高、方向性好等要求；同時(shí)還要盡可能降低整燈的能耗。硅襯底LED單面高密度出光的優(yōu)勢(shì)變得非常明顯。

　　正因如此，如今在摩托車(chē)燈、電動(dòng)車(chē)燈、移動(dòng)照明等國(guó)內(nèi)高端照明應(yīng)用市場(chǎng)，晶能光電已占據(jù)較大份額，其照明產(chǎn)品亦出口至美國(guó)、巴西、日本、意大利等國(guó)。

　　美國(guó)經(jīng)濟(jì)咨詢機(jī)構(gòu)IHS預(yù)計(jì)，“到2020年硅襯底LED市場(chǎng)占有率將達(dá)到40%?！?/span>

　　“現(xiàn)在，LED行業(yè)的大趨勢(shì)是向大尺寸襯底方向走?！苯L(fēng)益解釋，目前碳化硅襯底的售價(jià)依然高高在上；藍(lán)寶石襯底尺寸越大，單位面積價(jià)格不降反升，6吋藍(lán)寶石襯底價(jià)格大約是240美元；相比之下，6吋甚至吋8的硅襯底，都在50美元以下?！翱梢灶A(yù)知，如果硅襯底實(shí)現(xiàn)更大的尺寸，那么成本優(yōu)勢(shì)將更為明顯。”他表示。

　　“蛋糕看起來(lái)很美”，但對(duì)晶能光電而言，壓力依然存在。近幾年，隨著晶能光電對(duì)硅襯底LED技術(shù)量產(chǎn)可行性的證實(shí)，一度持懷疑態(tài)度的多家國(guó)際大廠相繼轉(zhuǎn)身研發(fā)硅襯底LED技術(shù)，并進(jìn)展迅速。“而經(jīng)過(guò)成千上百家企業(yè)的技術(shù)優(yōu)化，藍(lán)寶石LED技術(shù)已相當(dāng)成熟，在一段時(shí)期內(nèi)仍將是主流路線。”王敏分析。

　　不過(guò)，硅襯底LED技術(shù)現(xiàn)在正處于追風(fēng)少年時(shí)期，他們有信心讓硅襯底LED照亮世界！（經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)賴永峰 沈慧 劉興）