紅光LED：創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)

　　未來很“光明”

　　“我們應(yīng)該算是非常幸運(yùn)的，選擇了一個(gè)具有無限‘光明’前景的職業(yè)?！鄙綎|華光光電子有限公司管芯部主任夏偉博士說，“光電子技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一，是繼微電子技術(shù)之后迅猛發(fā)展的又一高新技術(shù)，具有強(qiáng)大的生命力和潛力。”

　　近年來，全球性的能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出，全世界各個(gè)國家都迫切希望應(yīng)用節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)。半導(dǎo)體照明作為新型高效固態(tài)光源將成為人類照明史上繼白熾燈，熒光燈之后的又一次飛躍，引發(fā)第三次照明革命。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈也是大勢所趨，僅僅是一個(gè)時(shí)間問題。

　　在同樣的照明效果下，LED的耗電量為白熾燈的1/8，為熒光燈的1/2。日本專家估計(jì)，如果采用光效比熒光燈高兩倍的LED來代替國內(nèi)一半的白熾燈和熒光燈，相當(dāng)于每年可節(jié)約60億升原油;美國圣地亞哥國家實(shí)驗(yàn)室預(yù)言，全球的白熾燈，日光燈都被白光LED取代的話，將相當(dāng)于節(jié)約38座核電站的發(fā)電量。據(jù)業(yè)內(nèi)估計(jì)，我國若目前1/3的白熾燈被半導(dǎo)體燈所代替，每年可以為國家節(jié)省用電1000億度，相當(dāng)于一座三峽工程的年發(fā)電量。

　　LED除了節(jié)能，還具有安全環(huán)保的特點(diǎn)。LED為一全固體發(fā)光體，耐震性好，不易破碎，它與熒光燈不同，沒有汞等元素的污染，廢棄物完全可回收。

　　“半導(dǎo)體照明”研究計(jì)劃風(fēng)起云涌

　　美國能源部預(yù)測，到2010年前后，美國將有55%%的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈替代，每年可節(jié)電350億美元。據(jù)測算，7年后僅在美國，半導(dǎo)體照明就可能形成一個(gè)500億美元的大產(chǎn)業(yè)。面對半導(dǎo)體LED照明市場的巨大吸引，世界各國也紛紛投入巨資，資助LED的研究和產(chǎn)業(yè)化，搶占這一高科技的制高點(diǎn)。美國推出了名為“美國半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖(2002—2020)”的國家半導(dǎo)體照明計(jì)劃，日本制定了“21世紀(jì)光計(jì)劃”，計(jì)劃到2008年完成替代50%%的傳統(tǒng)照明燈具的目標(biāo)。另外還有歐盟、韓國等近年來相繼推出類似計(jì)劃投入巨資進(jìn)行研發(fā)，我國臺灣地區(qū)也出臺了新世紀(jì)照明光源開發(fā)計(jì)劃，大力發(fā)展發(fā)光二極管照明產(chǎn)業(yè)。世界三大照明工業(yè)巨頭通用電氣集團(tuán)、飛利浦集團(tuán)、歐司朗集團(tuán)紛紛與半導(dǎo)體公司合作，成立半導(dǎo)體照明企業(yè)，并提出要在2010年前，使半導(dǎo)體燈發(fā)光效率再提高8倍，價(jià)格降低100倍。一場搶占半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)在全球打響。

　　我國也于2003年緊急啟動“國家半導(dǎo)體照明工程”，科技部會同信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部、教育部、中國輕工業(yè)聯(lián)合會、中國科學(xué)院等行業(yè)和地方，宣告成立國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組。并同時(shí)啟動了“十五”國家科技攻關(guān)計(jì)劃重大項(xiàng)目“半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)”，“十一五”“十大重點(diǎn)節(jié)能計(jì)劃”中綠色照明是其中非常重要的一項(xiàng)。各個(gè)項(xiàng)目的不斷推動，給LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的時(shí)機(jī)。

　　攻關(guān)“863”

　　山東華光光電子有限公司主要集中研究砷化鎵基底上的AlGaInP材料體系紅、橙、黃LED產(chǎn)品，在技術(shù)領(lǐng)頭人徐現(xiàn)剛教授的帶領(lǐng)下，近幾年有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，技術(shù)水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。徐現(xiàn)剛教授早在加拿大時(shí)，就跟兩位教授合作，采用MOCVD制備出高質(zhì)量的GaAsSb/InP雙異質(zhì)結(jié)晶體三極管，其結(jié)果處于國際領(lǐng)先地位。

　　以此研究結(jié)果發(fā)表的論文獲世界上兩個(gè)重要的學(xué)術(shù)組織英國工程師協(xié)會最佳論文獎(jiǎng)和美國工程師協(xié)會杰出論文獎(jiǎng)。2000年，他放棄了國外的優(yōu)厚工作生活條件，回國加入到國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工作，現(xiàn)在，作為國家新材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會專家組組長，在光電子行業(yè)享有較高的盛譽(yù)。

　　2006年11月，申請國家863計(jì)劃重大項(xiàng)目RGB三基色白光LED制造技術(shù)中倒裝襯底結(jié)構(gòu)高亮度紅光LED芯片的研制課題，徐現(xiàn)剛將主持項(xiàng)目的重?fù)?dān)壓到了夏偉的身上。

　　紅光LED作為三基色的一種和藍(lán)綠光LED組合在一起，變幻著五光十色。

　　AlGaInP四元紅光LED作為RGB三基色中的一種，在白光合成中具有不可替代的地位。所以深入分析其工作機(jī)理、優(yōu)化材料外延生長工藝，研究管芯制作工藝，提高AlGaInP紅光LED的亮度，改善散熱條件等都具有非常重要理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。這一項(xiàng)目的目的是：將在GaAs吸收襯底上生長AlGaInP紅光LED結(jié)構(gòu)材料，在管芯工藝中用Si或SiC等基板襯底替代GaAs襯底，制作出發(fā)光效率更高的高亮度紅光芯片。

　　夏偉說，他們這個(gè)年輕的團(tuán)隊(duì)充滿激情，加班加點(diǎn)，在公司上下一心共同的努力下，在不到一年的時(shí)間就取得了突破性的進(jìn)展，攻克了一個(gè)又一個(gè)難題，設(shè)計(jì)出了適合換襯底工藝的LED結(jié)構(gòu)，并對外延表面的顆粒及形變進(jìn)行了良好的控制，制作出了高反射率的多層金屬，成功地完成了外延結(jié)構(gòu)和襯底的粘接，并有效地實(shí)現(xiàn)了吸收襯底GaAs的剝離。

　　在實(shí)現(xiàn)AlGaInP外延層與基片的熔接工藝攻關(guān)中，怎樣實(shí)現(xiàn)大面積無孔洞的晶片粘接，在后續(xù)工藝制作中粘接牢固而不分層，曾經(jīng)困擾他們很長時(shí)間。研究人員經(jīng)過不懈地努力和一次次的試驗(yàn)，終于通過降低外延片的翹曲度和表面顆粒、優(yōu)化金屬界面結(jié)構(gòu)，終于克服了這一困難。相對于常規(guī)LED芯片，亮度提高到原來的兩倍，12mil芯片20mA測試達(dá)到了310mcd，40mil功率型芯片350mA測試達(dá)到4600mcd，提前完成了計(jì)劃的階段性目標(biāo)。