解密国家技术发明一等奖：硅衬底LED技术

　　拿下一场技术攻坚战不难。可制作硅衬底LED芯片有350多道工步，每一道工步都会遇到形形色色的问题。比如，氮化镓发光薄膜厚度虽仅有几微米(头发丝直径约为50-100微米)却由几十层不同结构构成，如何保证每一层完好?如何提升硅衬底LED芯片的光效?如何减少位错保证出光率?......第一个“吃螃蟹”，一系列层出不穷的技术“坚冰”挡在晶能光电人面前。

　　这时，有人说，“硅衬底LED技术成功无望”;更有甚者，断言“晶能光电是一个‘烫手山芋’，给它投的钱将会打水漂”。不过，“自始至终我们都憋着一口气，立志要争口气，把硅衬底技术做好。”和晶能光电一起成长的年青工程师封波深有感触地说。

　　没有可供参考的相关文献，没有可资借鉴的经验，每走一步都要“摸着石头过河”，每年因试错交出的“学费”高达几千万元，最困难时公司背负3个多亿的贷款重担，但公司高管带头拿低工资也保证每年研发投入都在8000万元左右......坚定开辟一条LED新路，晶能光电咬牙坚持。

　　艰难困苦，玉汝于成。2009年实现硅衬底小功率LED芯片量产，2012年6月实现大功率LED芯片规模化量产。硅衬底LED技术征途上，晶能光电走在了前面。

　　随着硅衬底蓝光和白光LED产品和工艺的成熟，晶能光电又开始酝酿新的计划，“开发硅衬底紫光LED技术，以及基于硅衬底氮化镓基的功率型器件等新技术。”

　　“寒冬”中逆流勇上

　　在与硅衬底LED技术平行的另一条历史轴线上，其产业化之旅也愈走愈顺：2012年全行业企业设备开机率不足60%，晶能光电满产满销，首次实现赢亏平衡;2013年销售收入3300万美元;2014年销售收入6099万美元。

　　LED寒冬中逆流勇上，晶能光电的秘密武器是领先的硅衬底LED技术——

　　从器件角度看，硅衬底散热性能好、通过剥离消除应力，因而产品抗静电性能好、寿命长、可承受的电流密度高，更适用于大功率LED照明;

　　从衬底剥离方式看角度看，在制备薄膜型芯片时，硅衬底成本远低于蓝宝石衬底，由于采用化学腐蚀的方法来剥离，在效率和良率上，都高于采用激光剥离的蓝宝石衬底产品，从而得到高质量、低成本的垂直结构芯片;

　　从大规模生产的角度看，未来技术进步可以很好地将硅衬底大尺寸的优势和集成电路行业成熟的自动化设备和产线结合，大大提升现有LED行业的产业成熟度，可快速形成规模化效应，使LED照明综合成本进一步大幅下降;

　　从产品特点角度看，采用单面出光的垂直结构芯片结合白光芯片工艺，可以获得方向性好、光品质好的芯片，也让硅衬底LED在小角度射灯、汽车照明、手机闪光灯等高品质和方向性照明领域的应用更具优势。

　　这具体意味着什么?王敏举例，车前大灯照明主要以大功率LED为主，车灯设计要求在有限的空间，解决光密度高、方向性好等要求;同时还要尽可能降低整灯的能耗。硅衬底LED单面高密度出光的优势变得非常明显。

　　正因如此，如今在摩托车灯、电动车灯、移动照明等国内高端照明应用市场，晶能光电已占据较大份额，其照明产品亦出口至美国、巴西、日本、意大利等国。

　　美国经济咨询机构IHS预计，“到2020年硅衬底LED市场占有率将达到40%。”

　　“现在，LED行业的大趋势是向大尺寸衬底方向走。”江风益解释，目前碳化硅衬底的售价依然高高在上;蓝宝石衬底尺寸越大，单位面积价格不降反升，6吋蓝宝石衬底价格大约是240美元;相比之下，6吋甚至吋8的硅衬底，都在50美元以下。“可以预知，如果硅衬底实现更大的尺寸，那么成本优势将更为明显。”他表示。

　　“蛋糕看起来很美”，但对晶能光电而言，压力依然存在。近几年，随着晶能光电对硅衬底LED技术量产可行性的证实，一度持怀疑态度的多家国际大厂相继转身研发硅衬底LED技术，并进展迅速。“而经过成千上百家企业的技术优化，蓝宝石LED技术已相当成熟，在一段时期内仍将是主流路线。”王敏分析。

　　不过，硅衬底LED技术现在正处于追风少年时期，他们有信心让硅衬底LED照亮世界!