發(fā)展硅襯底LED技術(shù)形成自主創(chuàng)新品牌

    科技部近日發(fā)文(國科發(fā)計(2011)5號)，決定在全國范圍內(nèi)新組建29個國家工程技術(shù)研究中心，其中，國家硅基LED工程技術(shù)研究中心成為本次組建項目之一，依托單位為南昌大學(xué)。這是我國第一個國家級LED工程技術(shù)研究中心。組建國家工程中心的目的是著力提高新建中心工程化、產(chǎn)業(yè)化能力，提高開放服務(wù)能力，通過多種途徑努力發(fā)揮新建中心對行業(yè)技術(shù)進步的推動作用，實現(xiàn)科技與經(jīng)濟的緊密結(jié)合。國家硅基LED工程技術(shù)研究中心的組建將有力地推動這一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)實現(xiàn)真正意義上的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

    發(fā)光二極管(LED)是利用半導(dǎo)體中電子與空穴復(fù)合發(fā)光的一種電子元器件，是一種節(jié)能環(huán)保的冷光源。從20世紀60年代初第一只LED誕生以來，經(jīng)過40多年的努力，已經(jīng)實現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七彩色LED的生產(chǎn)和應(yīng)用。特別是1994年高亮度藍光LED的誕生，拉開了半導(dǎo)體照明燈(白光LED)逐步替代現(xiàn)有的白熾燈、日光燈作通用照明光源的序幕，正在引發(fā)照明工業(yè)的革命,這是人類文明進步的標(biāo)志之一。在這一領(lǐng)域，日美等國占盡先機，分別壟斷了藍寶石襯底和碳化硅襯底LED照明技術(shù)。

    我國近三個五年計劃中多類科技與產(chǎn)業(yè)計劃均安排了若干個課題跟蹤這一高技術(shù)前沿。令人欣喜地看到，這一領(lǐng)域從跟蹤走上了跨越，部分核心技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位，具有原始創(chuàng)新性。南昌大學(xué)發(fā)光材料與器件教育部工程研究中心，在電子發(fā)展基金和“863”等計劃的資助下，創(chuàng)造性發(fā)展了一條新的半導(dǎo)體照明技術(shù)路線-硅襯底LED照明技術(shù)路線，改變了日美等國壟斷LED照明核心技術(shù)的局面。

    該課題組在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域從事研究開發(fā)工作10余年，前7年跟蹤，近3年跨越。他們發(fā)明了一種特殊過渡層和特定的硅表面加工技術(shù)，攻克了多項國際難題，在第一代半導(dǎo)體硅材料上，成功地制備了高質(zhì)量的量子阱結(jié)構(gòu)的第三代半導(dǎo)體GaN材料，研制成功垂直結(jié)構(gòu)GaN藍光LED，白光效率達到100流明/瓦，其發(fā)光效率、可靠性與器件壽命等各項技術(shù)指標(biāo)在同類研究中處于國際領(lǐng)先地位，并在國際上率先實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，成功地運用在路燈、球泡燈、射燈和手電筒等場合。在這一領(lǐng)域他們已獲得和公開發(fā)明專利60多項。采用該技術(shù)生產(chǎn)的LED照明芯片成本顯著低于藍寶石襯底和碳化硅襯底LED芯片。該技術(shù)是LED學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界夢寐以求的一種新技術(shù)，對藍光LED來說是一種顛覆性技術(shù)，屬于改寫LED歷史的一種新技術(shù)。

    目前為止，用于半導(dǎo)體照明的LED芯片按外延襯底劃分有三條技術(shù)路線，即藍寶石襯底LED技術(shù)路線，碳化硅襯底LED技術(shù)路線，和硅襯底LED技術(shù)路線。這三條技術(shù)路線都處在大力研發(fā)和生產(chǎn)之中，前兩條技術(shù)路線相對領(lǐng)先，第三條技術(shù)路線與前兩條技術(shù)路線相比，水平差距在不斷縮小，目前尚不清楚哪條技術(shù)路線將是終極半導(dǎo)體照明技術(shù)路線。但有一共同特點，性能最好的功率型LED器件，均走到“剝離襯底將外延膜轉(zhuǎn)移到新的基板”制備垂直結(jié)構(gòu)LED芯片技術(shù)路線上來。其主要原因是，這種剝離轉(zhuǎn)移垂直結(jié)構(gòu)LED工藝路線，為制備高反射率的反射鏡和高出光效率的表面粗化技術(shù)提供了便利，同時因p-n結(jié)距散熱性能良好的新襯底(基板)很近，非常有利于器件散熱，從而有利于提高器件的使用壽命，也有利于加大器件工作電流密度。在這三條技術(shù)路線中，硅襯底技術(shù)路線只需要用簡單的濕法化學(xué)腐蝕就可去掉襯底，屬無損傷剝離，非常適合剝離轉(zhuǎn)移，有利于降低生產(chǎn)成本。

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