緩解應(yīng)力 降低位錯(cuò)密度

　　硅襯底和其他兩種襯底，碳化硅和藍(lán)寶石相比，最大的技術(shù)難點(diǎn)是晶格失配和熱失配。“但這也正是在硅襯底上制作GaN LED對(duì)一個(gè)技術(shù)人員的吸引力和魅力所在。”陳振博士笑著說(shuō)。

　　硅和氮化鎵的晶格失配最大，是碳化硅的幾倍。大的晶格失配會(huì)導(dǎo)致氮化鎵材料中出現(xiàn)較高的位錯(cuò)密度，也正是這個(gè)原因使得人們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)認(rèn)為硅襯底是一條走不通的技術(shù)路線。

　　另外，硅襯底和氮化鎵之間有很大的熱失配，這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致在高溫生長(zhǎng)時(shí)兩者達(dá)到一定的匹配，可是降到室溫后，由于兩者的熱膨脹系數(shù)差異很大，會(huì)導(dǎo)致龜裂等問(wèn)題的產(chǎn)生。

　　面對(duì)這兩大技術(shù)難點(diǎn)，晶能團(tuán)隊(duì)的辦法是：采用多種緩沖層來(lái)緩解應(yīng)力，以及多種復(fù)雜的位錯(cuò)過(guò)濾層來(lái)降低位錯(cuò)密度。

　　陳振博士表示，目前硅襯底的光效已經(jīng)可以做得和藍(lán)寶石一樣好。晶能硅襯底LED研究水平達(dá)到了160lm/W，生產(chǎn)水平達(dá)到了145lm/W，這也是目前國(guó)際上的最高水平。

　　突圍國(guó)際專(zhuān)利壁壘

　　硅襯底完整的專(zhuān)利保護(hù)是未來(lái)我國(guó)LED面臨專(zhuān)利風(fēng)險(xiǎn)的有效武器。陳振博士認(rèn)為，硅襯底LED技術(shù)從襯底源頭上避開(kāi)了藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底技術(shù)路線所形成的國(guó)際專(zhuān)利圍剿，可從小功率LED芯片技術(shù)到高難度的大功率LED芯片技術(shù)，形成自有的專(zhuān)利體系。晶能光電圍繞硅襯底LED技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)或授權(quán)國(guó)際國(guó)內(nèi)專(zhuān)利230多項(xiàng)，其中美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利29項(xiàng)、歐洲43項(xiàng)。“這對(duì)于我們規(guī)避?chē)?guó)外大廠的專(zhuān)利訴訟是有效的武器。”陳振博士如是說(shuō)。

　　目前，全球LED產(chǎn)業(yè)格局成美國(guó)、亞洲、歐洲三足鼎立之勢(shì)，美國(guó)的CREE、歐洲的歐司朗、飛利浦(Philips Lumileds)、日本的日亞化學(xué)、豐田合成等五大廠商，掌控了全球LED市場(chǎng)，壟斷了GaN基藍(lán)光LED、白光LED的核心技術(shù)和專(zhuān)利。這些廠商為了維持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、保持自身市場(chǎng)份額而申請(qǐng)的專(zhuān)利，幾乎覆蓋了原材料、設(shè)備、封裝、應(yīng)用在內(nèi)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。此外，廠商間通過(guò)專(zhuān)利授權(quán)和交叉授權(quán)來(lái)進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，不僅阻礙了新進(jìn)入者的產(chǎn)生，也在一定程度上增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

　　中國(guó)作為L(zhǎng)ED行業(yè)的后來(lái)者，雖然擁有龐大的企業(yè)數(shù)量，但上游的襯底芯片企業(yè)占比少，加起來(lái)不超過(guò)100家，且沒(méi)有獲得核心技術(shù)，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量也少，企業(yè)規(guī)模較小時(shí)尚不足引起國(guó)外巨頭的關(guān)注，一旦規(guī)模做大，專(zhuān)利問(wèn)題則無(wú)法規(guī)避。早前日亞化學(xué)與CREE的專(zhuān)利糾紛，結(jié)束了其一家獨(dú)大的競(jìng)爭(zhēng)格局。雖然目前很多專(zhuān)利面臨到期問(wèn)題，為中國(guó)企業(yè)提供了一個(gè)購(gòu)買(mǎi)核心專(zhuān)利的契機(jī)，但這畢竟不能當(dāng)作救命稻草。

　　因此，開(kāi)發(fā)并建立一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利體系，不但可成為企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也可以為中國(guó)企業(yè)未來(lái)的發(fā)展打破專(zhuān)利壁壘。從這個(gè)意義上講，硅襯底的研發(fā)，已不僅僅是單純的技術(shù)研發(fā)了，更是為中國(guó)LED企業(yè)的未來(lái)發(fā)展鋪路。

　　有望助力LED產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

　　從生產(chǎn)角度看，硅襯底大尺寸可借用人類(lèi)經(jīng)過(guò)多年技術(shù)積累發(fā)展出來(lái)的硅集成電路生產(chǎn)工藝來(lái)制作LED，從而大幅度提高自動(dòng)化程度，同時(shí)由于最大限度的降低了人員的參與，芯片的可靠性、一致性和良率都會(huì)大幅度提高，還可以降低人工成本，降低LED綜合成本20-30%，這對(duì)于整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)革命性的顛覆。

　　此外，硅襯底上氮化鎵功率器件也是很重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，有望超越傳統(tǒng)的功率器件開(kāi)拓出一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。以氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體一個(gè)主要特點(diǎn)就是禁帶寬度寬。這個(gè)特點(diǎn)使得其制作的器件具有擊穿電壓高、電流密度大、工作溫度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在大功率、高溫電力電子器件應(yīng)用方面性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的硅和砷化鎵基電子器件。其應(yīng)用范圍將涵括電腦，手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，電源，電機(jī)，UPS，電動(dòng)汽車(chē)，基站，電廠等。采用硅來(lái)作為氮化鎵電子器件的襯底已經(jīng)是國(guó)際共識(shí)，主要是由于硅具有其他襯底材料無(wú)可比擬的成本優(yōu)勢(shì)。

　　說(shuō)起硅襯底的未來(lái)，陳振博士則向記者談到：“希望通過(guò)導(dǎo)入硅襯底，從本質(zhì)上改變LED行業(yè)的技術(shù)，使得GaN LED從一個(gè)半自動(dòng)化的、人力密集型的產(chǎn)業(yè)升級(jí)成為和現(xiàn)代集成電路工藝相當(dāng)?shù)母咦詣?dòng)化、高精度的半導(dǎo)體行業(yè)。希望新技術(shù)同時(shí)帶來(lái)低成本和高控制精度，最終形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制造業(yè)。”