发展硅衬底LED技术形成自主创新品牌

　　科技部近日发文(国科发计(2011)5号)，决定在全国范围内新组建29个国家工程技术研究中心，其中，国家硅基LED工程技术研究中心成为本次组建项目之一，依托单位为南昌大学。这是我国第一个国家级LED工程技术研究中心。组建国家工程中心的目的是着力提高新建中心工程化、产业化能力，提高开放服务能力，通过多种途径努力发挥新建中心对行业技术进步的推动作用，实现科技与经济的紧密结合。国家硅基LED工程技术研究中心的组建将有力地推动这一具有自主知识产权的技术实现真正意义上的大规模产业化。

　　发光二极管(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，是一种节能环保的冷光源。从20世纪60年代初第一只LED诞生以来，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。特别是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,这是人类文明进步的标志之一。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。令人欣喜地看到，这一领域从跟踪走上了跨越，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，在电子发展基金和“863”等计划的资助下，创造性发展了一条新的半导体照明技术路线-硅衬底LED照明技术路线，改变了日美等国垄断LED照明核心技术的局面。

　　该课题组在半导体照明领域从事研究开发工作10余年，前7年跟踪，近3年跨越。他们发明了一种特殊过渡层和特定的硅表面加工技术，攻克了多项国际难题，在第一代半导体硅材料上，成功地制备了高质量的量子阱结构的第三代半导体GaN材料，研制成功垂直结构GaN蓝光LED，白光效率达到100流明/瓦，其发光效率、可靠性与器件寿命等各项技术指标在同类研究中处于国际领先地位，并在国际上率先实现了批量生产，成功地运用在路灯、球泡灯、射灯和手电筒等场合。在这一领域他们已获得和公开发明专利60多项。采用该技术生产的LED照明芯片成本显著低于蓝宝石衬底和碳化硅衬底LED芯片。该技术是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。

　　目前为止，用于半导体照明的LED芯片按外延衬底划分有三条技术路线，即蓝宝石衬底LED技术路线，碳化硅衬底LED技术路线，和硅衬底LED技术路线。这三条技术路线都处在大力研发和生产之中，前两条技术路线相对领先，第三条技术路线与前两条技术路线相比，水平差距在不断缩小，目前尚不清楚哪条技术路线将是终极半导体照明技术路线。但有一共同特点，性能最好的功率型LED器件，均走到“剥离衬底将外延膜转移到新的基板”制备垂直结构LED芯片技术路线上来。其主要原因是，这种剥离转移垂直结构LED工艺路线，为制备高反射率的反射镜和高出光效率的表面粗化技术提供了便利，同时因p-n结距散热性能良好的新衬底(基板)很近，非常有利于器件散热，从而有利于提高器件的使用寿命，也有利于加大器件工作电流密度。在这三条技术路线中，硅衬底技术路线只需要用简单的湿法化学腐蚀就可去掉衬底，属无损伤剥离，非常适合剥离转移，有利于降低生产成本。