山东浪潮华光光电子公司最近在高功率碳化硅(SiC)衬底制备大功率LED芯片方面取得重大进展,其倒装垂直结构芯片裸晶功率达到400mW,与美国科瑞公司近期投放市场的产品指标相当。

　　又一个LED顶级“黑匣子”被打开了。

　　外观像镀膜玻璃,厚薄似一张纸,大小如一次性纸杯杯底。泰山学者、浪潮华光常务副总经理徐现刚博士告诉记者,这是一片用碳化硅做衬底、长上了氮化镓(GaN)发光薄膜的外延片,最多可以做成4万粒芯片(管芯)。

　　浪潮华光的前身是潍坊华光集团和山东大学、原山东工业大学1999年11月共同出资组建的山东华光光电子有限公司,当时承担的国家最早的半导体发光材料与器件产业化项目,标志着国内LED产业化的开端。2002年,山东华光批量生产并通过鉴定的高亮度LED芯片,被业界誉为“半导体发光器件的中国芯”。

　　徐现刚告诉记者,LED产业的特点是下游跟着上游走,得材料者得天下。目前生产蓝绿光LED外延片的衬底材料主要有蓝宝石和碳化硅,其核心技术分别被日本日亚公司和美国科瑞公司封锁；而在大功率LED器件制备上碳化硅衬底拥有绝对优势。

　　碳化硅晶体被称为第三代半导体材料,又称为宽禁带半导体材料、高温半导体材料等,在耐高温、抗辐射、抗腐蚀、耐高击穿电压等方面的性能非常优越,可广泛应用于电子、航天、军工、核能等领域,是目前国际上的研究热点。碳化硅单晶却是最难生长的人工晶体之一,需在2100℃以上保持高真空一周以上,对籽晶质量、固定方式等也有很高要求。一片2英寸的碳化硅晶片,国际售价高达500美元。高昂的原材料成本,使碳化硅半导体器件价格居高不下,虽具有诸多优点,但只能用于特殊领域,成为制约第三代半导体产业发展的瓶颈。

　　志在打造中国“光谷”的徐现刚锁定了碳化硅。

　　2008年,徐现刚带领他的技术团队自主研发成功碳化硅单晶生长炉,在短时间内成功生长出直径2英寸的碳化硅晶体,解决了切片、抛光等工艺,使我国成为继美国、日本、德国之后,第4个有能力生长这种晶体的国家。目前,山东大学晶体材料国家重点实验室,已经建成了碳化硅单晶生长、机械加工完整生产线,3英寸衬底达到“开盒即用”水平,且实现了小批量生产,4英寸衬底已经研制成功。

　　一片2英寸大的LED外延片,根据不同的规格可以做成2000-40000粒LED芯片,可为5台40寸的液晶电视提供背光源。利用LED背光源技术,可以使传统液晶电视厚度减少三分之二,能耗降低一半。近几年,中国LED芯片国产化率虽然达到了50%以上,但基本上还是集中在中低端市场,国产LED芯片很少能够打入液晶电视背光、车用照明等高端产品的供应链之中。2010年,浪潮华光研发成功液晶电视背光源芯片并实现量产,价格不到国外产品的二分之一,打破了国外厂商的垄断。

　　在浪潮华光与山东大学10余年的合作中,山东大学直接将徐现刚等核心技术人员派驻企业,其学术研究、人才培养跟踪行业前沿技术,课题项目和研发内容根据企业产品生产实际需求设立,同时坚持以市场为导向,确保技术成果在最短时间内转化为现实生产力。

　　目前,浪潮华光LED芯片及激光器产量和市场占有率居国内第一位,全色域(红黄蓝绿)LED外延和芯片市场占有率居国内第二位。

　　◆学者名片

　　徐现刚,山东大学材料科学与工程学院教授,博导,教育部第一批“长江学者奖励计划特聘教授”,聘任岗位:功能材料科学技术。2000年山东省十大杰出留学归国科技专家,2003年获山东省科学技术进步一等奖。

　　主要研究领域为:化合物半导体材料(包括As,P,Sb和氮化物)的外延生长和器件应用,以及宽禁带半导体材料的生长和器件应用。先后发表论文100多篇,发明专利27项。