国家半导体照明工程研发及产业联盟 吴玲 阮军
在国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）承办的第四届中国国际半导体照明论坛（CHINA SSL）期间，经过对140篇论文，论坛54位演讲人的报告分析，以及选择海内外24位嘉宾重点采访（分四组采访，会前进行了采访提纲交流），4个分会的现场问卷及互动式研讨（尤其是外延/芯片分会，在会议的互动式研讨环节，特别设计了一个调查问卷，通过台上7位嘉宾与45位在场人员互动讨论，与会代表们大胆地对未来技术的发展做出了预测），以及中外企业合作与竞争对话等形式的调研、归纳、分析后，对国内外半导体照明技术与产业发展最新动态及趋势总结整理如下：
（一）技术最新动态及发展路线图
1、现有的技术路线（蓝宝石衬底）在比较近的未来（3-5年）不可能替代，依此路线，在2010年有望实现130－150lm/W目标，现有的外延材料、芯片及工艺等技术在3-5年内不会有新的突破性进展。单纯通过改善衬底材料等方法提高流明瓦并非是现阶段LED发展的最大课题。衬底材料中蓝宝石和与之配套的垂直结构的衬底剥离技术仍将在较长时间内占统治地位。
2、目前LED最大的技术问题是两高两低，即提高内量子效率和出光效率，降低光衰（提高寿命）与降低成本。LED最终的功率效率是整个生产流程中电注入效率、内量子效率、出光效率、封装效率、光转换效率和斯托克斯效率的乘积。内量子效率和出光效率两大指标亟需大幅度提高。光效Droop（LED在大电流条件下出现光电效率的衰减）是比较大的问题。成本成为LED取代传统照明的最大障碍。加之LED的售价相对于其成倍于传统灯具的使用寿命并不高，尽管可节省后期使用的更换和维护等费用，但起始费用往往直接受制于购买预算。重大装备和原材料的国产化是降低成本的重要且有效的途径之一。如在生产一只1W大功率LED的成本中，芯片成本占整个器件的57％-87％（外延用原材料约占芯片成本37％，MOCVD设备折旧及动力约占芯片成本13％）。
3、目前解决出光效率的技术首选垂直结构和光子晶体（3-5年）。垂直结构的LLO-LED和低成本的Si衬底的薄膜生长技术在短期内仍将保持其优势。激光剥离的大尺寸垂直结构LED是目前实现高亮度、功率型白光LED的最佳方案。与传统工艺相比，不仅出光效率高、正向压降小、远场辐射好，而且其出光效率不会随管芯尺寸的增加显著降低，是提高内量子效率的首选。在大流注入的情况下，垂直结构LED的光电转换效率衰减的趋势也比原有工艺缓很多。光子晶体是提高外量子效率的必由之路。
4、未来技术趋势是非极性面外延（5-8年）、GaN衬底外延（8-10年）。非极性面生长技术能有效降低内建极化场，为提高内量子效率提供了一个新的选择，有望突破目前三基色LED的集成最大障碍——绿光LED高功率效率的问题。这使得实现暖色调以及可调色调的白光LED照明成为可能。GaN衬底生长技术能有效减少缺陷，控制非均匀性，是从根本上提高内量子效率的有效方法，专家们认为GaN衬底技术的应用能有效抑止大电流条件下出现的光电效率的衰减趋势，预计需要8-10年能有所突破。
5、封装及应用。国内封装与国外相比没有明显的差距，是最有可能通过自主创新占据制高点的领域。但是研发投入不够，特别是对可靠性的研究不够，如大功率共晶封装技术。相应的配套材料胶、支架，特别是装备依赖进口。在半导体照明全球产业链中，我国在景观照明、显示屏、LED灯具制造、太阳能LED照明等方面已有较好基础。
（二）应用发展趋势
1、市场驱动模式。由市场应用刺激和带动研发将成为今后发展趋势。对不同应用需求采用不同技术和优化不同参数指标，会成为今后LED技术与产品应用相结合的重要方式。特殊照明如交通信号、景观、汽车照明成为最具赢利可能的领域，并将在今后10年内持续增长。
2、大尺寸LCD背光源是最大的潜在市场之一。背光源是中国在平板显示中的最后一个机会，该技术的突破与推进涉及面很广，需要以下四个方面的共同努力：LCD面板设计、制造（甚至涉及到LCD基础理论及工艺的研究）；LED芯片制造及封装；LCD电视整机业；LED视频显示核心控制技术及集成电路设计技术等。联合攻关需要有技术牵头人、需要一条利益的纽带、需要政府按市场规律来办事。
