硅衬底照明技术

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一、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)照明

LED，是利用半导体中电子与空穴复合发光的一种电子元器件，它可以直接把电转化为光，是一种节能、环保、寿命长、使用安全的冷光源，广泛应用于显示及照明等领域。在相同照明效果下，半导体照明(LED)比传统光源节能80%以上，寿命比传统光源长10倍以上。中国照明用电每年在3000亿度以上，如果用LED取代全部白炽灯和部分取代日光灯，可节省1/3的照明用电，约1000亿度，相当于一个动态投资超过2000亿的三峡工程全年的发电量。

20世纪60年代初，第一只LED诞生。经过40多年的努力，已经实现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七彩色LED的生产和应用。1994年，高亮度蓝光LED的诞生，拉开了半导体照明灯(白光LED)逐步替代现有的白炽灯、日光灯作通用照明光源的序幕，正在引发照明工业的革命。

作为全球瞩目的新一代环保光源，LED光源由于其众多优势将逐步取代白炽灯等其他光源，最终占领这一巨大市场。正如数码产品代替胶卷一样，LED灯将以难以想象的速度代替传统白炽灯。因此，LED产业被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。在节能浪潮的推动下，从家居照明到路灯，从景观照明到停车场、公园等公用设施照明，LED照明正在走进我们的生活。

在这一领域，日美等国占尽先机，分别垄断了蓝宝石衬底和碳化硅衬底LED照明技术。

我国近三个五年计划中多类科技与产业计划均安排了若干个课题跟踪这一高技术前沿。令人欣喜地是，这一领域我国已经从跟踪走上了跨越，部分核心技术处于国际领先地位，具有原始创新性。南昌大学发光材料与器件教育部工程研究中心在半导体照明领域从事研究开发工作10余年，从蓝宝石衬底LED技术的跟踪走上了硅衬底LED技术的创新与跨越，突破了数十项关键技术，研发成功了硅衬底LED材料与芯片，已获得公开和申请发明专利100余项，其中已授权14项国家发明专利，已授权6项美国发明专利。硅衬底LED照明技术是LED学术界和产业界梦寐以求的一种新技术，对蓝光LED来说是一种颠覆性技术，属于改写LED历史的一种新技术，改变了日美等国垄断LED照明核心技术的局面。

二、硅衬底LED照明技术路线

衬底作为半导体照明产业的核心技术，是产业发展的基石，衬底材料的选用直接决定了LED芯片的制造路线。按照LED上游材料制备所用的衬底划分，目前已实现产业化的有三种技术路线，即蓝宝石衬底半导体照明、碳化硅衬底半导体照明和硅衬底半导体照明。其中前两条技术路线的核心专利主要掌握在日美欧几大巨头企业手中，而硅衬底上GaN基LED专利技术为我国拥有，是实现LED产业突破国际专利封锁的重要技术路线。

硅衬底半导体照明技术具有其他衬底无法比拟的两大优势:第一，硅材料比碳化硅和蓝宝石要便宜很多，而且容易得到大尺寸的衬底，这将显著降低外延材料的生长成本;第二，硅衬底半导体照明外延材料，非常适合走剥离衬底薄膜转移技术路线，为开发高效率高可靠性半导体照明芯片具有得天独厚的优势。

尽管硅衬底LED技术路线起步较晚，但南昌大学发光材料与器件教育部工程研究中心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，表明硅衬底LED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。发展硅衬底LED技术对我国LED照明技术和产业的发展起到至关重要的作用，将解决我国大规模生产LED照明芯片有关的知识产权方面的后顾之忧，同时也将解决LED照明芯片价格居高不下的问题。

目前，国内外采用第三条技术路线进行LED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。

三、硅衬底LED技术领军人江风益

江风益，1963年生，江西余干人，1984年毕业于吉林大学物理系，1989年中科院长春物理所硕士毕业，现为南昌大学副校长、博士生导师、教育部发光材料与器件工程研究中心主任。他先后从事过10余种半导体发光材料与器件的研究开发工作，主持并完成了国家高技术研究发展计划983课题、国家自然科学基金项目、国家电子发展基金项目和省重点项目等20项。他领导的课题组创造性发展了一条新的半导体照明技术路线——硅衬底半导体照明技术路线，并在国际上率先实现了这一新技术产品的批量生产。该成果2006年1月在全国科技大会期间被科技部选为国家科技创新重大成就展项目，并获得首届国家半导体照明工程创新大赛研发创新奖。该成果近两年来已吸引了五家国际风险投资基金联合投资，在江西南昌建成了专门从事硅衬底GaN基LED外延材料及芯片生产的高科技企业——晶能光电(江西)有限公司，并于2008年04月竣工投产。2008年获中国科协求实杰出青年成果转化奖。是全国杰出专业技术人才(中组部、中宣部、人事部和科技部联合授予)、国家有突出贡献中青年专家、国家半导体照明工程专家组成员，入选国家百千万人才工程第一二层次，曾获中国优秀青年科技创新奖，被评为全国先进工作者、江西省十大科技明星，并当选为“科学中国人2008”年度人物。2009年，江风益被江西省聘任为“井冈学者”特聘教授，获“新中国60年来江西60位最具影响力的劳动模范”荣誉称号。2011年度，获江西省技术发明奖一等奖和首届江西省专利奖。

2004年，南昌连同厦门、上海、大连四座城市，一起被科技部批准为“国家半导体照明工程产业化基地”。南昌之所以被批准为“国家半导体照明工程产业化基地”，其重要原因是因为南昌大学在半导体发光材料科研方面处于国内一流水平。

2006年，由30位知名创业家首度联袂评选出“中国最具投资价值企业”，位于江西内陆地区的“晶能光电”公司名列其中。“晶能光电”公司最核心的技术，即源于“硅衬底发光二极管”的材料及器件，而该技术的主要发明者，就是江风益。

“多发光，少发热”，是江风益人生的真实写照。江风益坚持“有所为有所不为”、“技术跟踪和技术创新相结合”的原则，运用“历史眼光、国际视野”选题，耐得住寂寞，经得起失败，淡泊名利潜心GaN基蓝光二极管的研究十多年，十年磨一剑，领导的课题组突破了多个技术瓶颈，开发出多项关键技术，终于从跟踪走向了跨越，研制成功具有自主知识产权的硅衬底GaN基蓝光、绿光LED外延材料生长及芯片制造关键技术，打破了发达国家垄断半导体照明核心技术的局面，形成了硅衬底半导体照明技术路线。