緩解應力 降低位錯密度

　　硅襯底和其他兩種襯底，碳化硅和藍寶石相比，最大的技術難點是晶格失配和熱失配。“但這也正是在硅襯底上制作GaN LED對一個技術人員的吸引力和魅力所在。”陳振博士笑著說。

　　硅和氮化鎵的晶格失配最大，是碳化硅的幾倍。大的晶格失配會導致氮化鎵材料中出現較高的位錯密度，也正是這個原因使得人們在很長一段時間內認為硅襯底是一條走不通的技術路線。

　　另外，硅襯底和氮化鎵之間有很大的熱失配，這個問題導致在高溫生長時兩者達到一定的匹配，可是降到室溫后，由于兩者的熱膨脹系數差異很大，會導致龜裂等問題的產生。

　　面對這兩大技術難點，晶能團隊的辦法是：采用多種緩沖層來緩解應力，以及多種復雜的位錯過濾層來降低位錯密度。

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

　　突圍國際專利壁壘

　　硅襯底完整的專利保護是未來我國LED面臨專利風險的有效武器。陳振博士認為，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。晶能光電圍繞硅襯底LED技術已經申請或授權國際國內專利230多項，其中美國發(fā)明專利29項、歐洲43項。“這對于我們規(guī)避國外大廠的專利訴訟是有效的武器。”陳振博士如是說。

　　目前，全球LED產業(yè)格局成美國、亞洲、歐洲三足鼎立之勢，美國的CREE、歐洲的歐司朗、飛利浦(Philips Lumileds)、日本的日亞化學、豐田合成等五大廠商，掌控了全球LED市場，壟斷了GaN基藍光LED、白光LED的核心技術和專利。這些廠商為了維持競爭優(yōu)勢、保持自身市場份額而申請的專利，幾乎覆蓋了原材料、設備、封裝、應用在內的整個產業(yè)鏈。此外，廠商間通過專利授權和交叉授權來進行研發(fā)和生產，不僅阻礙了新進入者的產生，也在一定程度上增加了企業(yè)的生產成本。

　　中國作為LED行業(yè)的后來者，雖然擁有龐大的企業(yè)數量，但上游的襯底芯片企業(yè)占比少，加起來不超過100家，且沒有獲得核心技術，專利申請數量也少，企業(yè)規(guī)模較小時尚不足引起國外巨頭的關注，一旦規(guī)模做大，專利問題則無法規(guī)避。早前日亞化學與CREE的專利糾紛，結束了其一家獨大的競爭格局。雖然目前很多專利面臨到期問題，為中國企業(yè)提供了一個購買核心專利的契機，但這畢竟不能當作救命稻草。

　　因此，開發(fā)并建立一套具有自主知識產權的專利體系，不但可成為企業(yè)發(fā)展的基礎，也可以為中國企業(yè)未來的發(fā)展打破專利壁壘。從這個意義上講，硅襯底的研發(fā)，已不僅僅是單純的技術研發(fā)了，更是為中國LED企業(yè)的未來發(fā)展鋪路。

　　有望助力LED產業(yè)轉型升級

　　從生產角度看，硅襯底大尺寸可借用人類經過多年技術積累發(fā)展出來的硅集成電路生產工藝來制作LED，從而大幅度提高自動化程度，同時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%，這對于整個LED產業(yè)來說是一個革命性的顛覆。

　　此外，硅襯底上氮化鎵功率器件也是很重要的一個應用領域，有望超越傳統(tǒng)的功率器件開拓出一個新的應用領域。以氮化鎵為代表的第三代半導體一個主要特點就是禁帶寬度寬。這個特點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，因此在大功率、高溫電力電子器件應用方面性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)的硅和砷化鎵基電子器件。其應用范圍將涵括電腦，手機，數碼相機，電源，電機，UPS，電動汽車，基站，電廠等。采用硅來作為氮化鎵電子器件的襯底已經是國際共識，主要是由于硅具有其他襯底材料無可比擬的成本優(yōu)勢。

　　說起硅襯底的未來，陳振博士則向記者談到：“希望通過導入硅襯底，從本質上改變LED行業(yè)的技術，使得GaN LED從一個半自動化的、人力密集型的產業(yè)升級成為和現代集成電路工藝相當的高自動化、高精度的半導體行業(yè)。希望新技術同時帶來低成本和高控制精度，最終形成一個標準的制造業(yè)。”