全國人大代表、河北鵬遠企業集團董事長朱立秋建議加快硅襯底LED技術大規模產業化發展步伐，上升為“十三五”時期的國家戰略，讓改寫世界LED照明歷史的“中國芯”在中國優先得到可持續發展，逐步讓“中國芯”走向世界。

 

　　一直以來，LED芯片襯底市場就被藍寶石和碳化硅兩大技術二分天下，且核心技術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，硅襯底技術路線的備受肯定和全面鋪開不僅標志著LED技術歷史上的重大突破，更意味著我國將在LED上游的關鍵領域實現核心技術自主化。

 

　　撬動百億級市場

 

　　在LED上游領域，硅作為一種襯底材料，與當前市場上大為流行的藍寶石和碳化硅相比，具有低成本、大尺寸、高質量、能導電等優點，被認為是業界最佳的生長氮化鎵藍光LED的襯底材料。采用硅襯底技術的LED芯片具備散熱好，產品抗靜電性能好、壽命長，可承受的電流密度高等優點，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、光品質好的特點，使其在LED手機閃光燈、汽車照明、高端室內照明等對光品質及方向性要求更高的領域極具優勢。

 

　　如此高性價比的襯底材料，從研發到面世卻歷經了不少波折，甚至一度被認為“胎死腹中”。但經過南昌大學江風益教授以及晶能光電十余年的不斷努力，如今硅襯底技術已經突破關鍵技術，并成功量產，成為比肩于藍寶石和硅襯底的第三條革命性LED芯片襯底技術。

 

　　作為目前為止全球唯一一家量產硅襯底LED芯片的廠家，晶能光電在硅襯底技術上所取得的成就已有目共睹。其量產的硅襯底大功率LED發光效率已經超過160Lm/W，在同類產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、高品質出光、性價比高等特點，晶能光電硅襯底LED在大功率照明領域已有廣泛的應用，在某些高端市場如車燈照明、移動照明等已經占據了較大的份額；手機閃光燈已成功進入中興、華為、聯想等國內一線手機品牌。

 

　　正是這條與眾不同的“芯”路徑，讓晶能光電自2012年以來實現了高速增長。據悉，在國內大部分LED企業利潤嚴重下滑的市場背景下，晶能光電仍能保持30%的毛利率，銷售收入連續三年近100%的增長。2012年開始滿產滿銷，2013年收入3300萬美元，2014年6099萬美元。

 

　　目前以硅襯底LED技術為基礎，以晶能光電為核心，通過產業鏈上、中、下游垂直整合，在全國已形成擁有12家企業的硅襯底LED產業鏈，初具集群規模，輻射帶動效應明顯。2014年全產業鏈實現產值20億元，2015年達50億元，未來三年可形成百億產值規模。

 

　　企業爭相布局

 

　　從當前LED芯片襯底市場來看，雖然藍寶石和碳化硅（主要采用廠商為CREE）仍然占據著絕大部分江山，但除了晶能光電一家獨大之外，幾家國際大廠也在大力跟進硅襯底大功率LED芯片技術，如東芝購買了普瑞的技術后快速切入硅襯底；三星宣布接下來的技術路線和產品是硅襯底的芯片。

 

　　2014年7月初，東芝（Toshiba）宣布計劃于年內正式大規模量產白光LED產品，目標為將其月產能大幅擴增至現行的150倍。而東芝所生產的白光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）技術后共同開發的LED元件。據悉，東芝最終確定以功率半導體器件的8英寸晶圓技術為基礎，并聚集了諸多研發人員，進行大規模硅襯底的研發工作。

 

　　此外，在硅襯底技術的發源地——江西南昌，也有多家企業參與其中。在江西省“十三五”規劃里，依托硅襯底技術大力發展LED產業群是重頭戲之一。江西省當地LED企業已經率先布局。

 

　　晶能光電是江西省硅襯底技術的“扛旗”者。該公司不僅授讓了該項成果，而且在2008年5月實現了產業化。目前已成為全球第一家量產高功率、高性能的硅襯底LED芯片公司。據公開資料顯示，晶能光電曾獲金沙江創投大力投資，在其推動下，港股順風清潔能源于2015年5月收購了晶能光電59%股權。根據雙方約定，晶能光電將在市值30億美元時獨立上市。

 

　　總部位于江西的A股上市公司聯創光電亦值得關注。據公司此前年報披露，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用”項目即獲重大突破，2008年公司與南昌大學合作的“半導體照明高亮度功率白光二極管芯片開發及產業化”項目驗收。

　　打破LED專利“魔咒”

 

　　隨著越來越多企業的投入和硅襯底技術的日益成熟，LED芯片市場格局將有望被改寫。眾所周知，目前藍寶石襯底和碳化硅襯底核心技術均掌握在歐美、日韓等國際巨頭手中，對我國LED產業發展形成專利壁壘。而硅襯底技術則是一條完完全全由國人自主掌握核心技術的路線。

 

　　“我國LED照明產業起步較晚，但是發展迅猛。目前全球70%的LED照明產品在中國生產制造，我國LED生產企業數量在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鍵技術所致。”南昌大學江風益教授表示。

 

　　“2010年以后，國內開始發展LED產業，市場主流是引進藍寶石襯底技術的方式，但是國外專利體系完備，形成了專利封鎖線，國內產品很難往外面賣，國外產品在國內利潤又很高。”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憂。

 

　　硅襯底技術的出現則另辟蹊徑解決了我國專利缺失的問題。據悉，在硅上制備高光效GaN基LED一直是學術界夢寐以求的目標，然而由于硅和GaN巨大的晶格失配和熱失配導致的外延膜龜裂、晶體質量差，以及襯底不透明導致的出光效率低等問題長期未能解決，致使業界普遍認為，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”。

 

　　然而經過數千次實驗，南昌硅襯底LED項目技術研發團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8000萬元以上研發經費的推動下，所生產的硅襯底LED產品各項指標在同類研究中均處于國際領先水平，并與前兩條技術路線持平。目前，晶能光電圍繞硅襯底LED技術已經申請或擁有國際國內專利330多項，已授權專利147項，其中國際專利47項。

 

　　有望掀起LED“芯”革命

 

　　硅襯底LED技術從襯底源頭上避開了藍寶石襯底和碳化硅襯底技術路線所形成的國際專利圍剿，可從小功率LED芯片技術到高難度的大功率LED芯片技術，形成自有的專利體系。同時它也是中國自主研發、擁有完全自主知識產權的技術路線，將構建中國LED產業標準，對我國的LED產業格局有望產生革命性的影響。

 

　　清楚LED發展歷史的人都知道，硅襯底LED技術改寫了半導體照明歷史。“用普通的設備，更低成本的工藝生產LED”，美國麻省理工大學《科技創業》雜志2011年評選的“全球最具創新力企業50強”中，晶能光電憑此與Apple、IBM等公司一同上榜。

 

　　“這一技術改變了日本公司壟斷藍寶石襯底和美國公司壟斷碳化硅襯底半導體照明技術的局面，形成了藍寶石、碳化硅、硅基半導體照明技術方案‘三足鼎立’的局面。”國家“863”專家組如是評價。

 

　　“中國已經超越美國成為全世界最大的LED應用市場，如果硅基氮化鎵技術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業變遷。”有LED行業人士如此分析。

 

　　除LED照明領域外，接受采訪的業內人士均看好硅基氮化鎵在集成電路領域的廣泛應用。某LED上市公司研發人員表示，雖然公司暫未涉及硅基發光領域的研究，但非常看好硅基氮化鎵與IC制程的結合，這可能將使得計算機CPU實現光子傳輸。一位業內致力于該領域的人士則稱硅基氮化鎵在硅光子、傳感器、功率器件、RF射頻等領域都具有廣泛的應用需求。

 

　　“從國家戰略層面而言，硅襯底技術是我國擁有自主知識產權的技術路線，完全可以構建中國完全自主的LED產業。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、美公司的藍寶石和碳化硅襯底的技術壟斷，形成半導體照明技術三足鼎立的局面。”參與本次項目工作的晶能光電（江西）硅基LED研發副總裁孫錢表示。