转战同质外延氮化镓衬底并产业化

　　衬底材料的选用是制作LED芯片首先要考虑的问题。目前市面上一般将蓝宝石，硅，碳化硅这三种材料作为生产氮化镓材料衬底。“随着LED芯片技术的不断成熟，整个行业的逐渐发展，衬底的需求量将越来越大。”颇具发展眼光的张国义预感到未来市场的需求点，再次作出战略性的决策转战衬底研究。

　　“尽管在蓝宝石等材料上都可以生长出氮化镓材料，但这些毕竟不是最好的方法，从理论上考虑，最终的发展方向肯定是同质外延氮化镓衬底，到那时生长工艺会发生很大改变，也不会受现有专利的限制。”张国义表示，用氮化镓单晶材料作为衬底，还可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。

　　“最开始考虑做氮化镓衬底可以追溯到1997年，当时就招了一个博士研究生搭建了一台生长氮化镓衬底的HVPE设备， 1999年我也承担了氮化镓衬底项目的研究。在‘十一五’期间，我们也负责863计划‘半导体照明工程’重大项目课题‘GaN基同质衬底外延材料生长技术’。”长时间的关注与研究，让张国义在氮化镓同质外延衬底方面的研究取得了显著的成果与进展，开发出了高质量GaN衬底的制备和表面处理技术，通过优化LED外延结构、芯片结构和工艺过程，掌握了可重复的高质量GaN衬底及同质外延的核心技术。

　　根据未来产业发展趋势，自2008年开始，北京大学也开始酝酿将半导体氮化镓衬底材料产业化，并于2009年与广东光大企业集团进行洽谈，同年正式签署合作协议。2009年1月，东莞市中镓半导体科技有限公司正式注册成立。“中镓衬底的发展会相对当时发展蓝光芯片来说会容易一些，现在资金比较宽裕，技术力量也更雄厚。”张国义表示，这条路线是自己考虑的一个长远方向，因为用氮化镓单晶衬底到目前为止价格还太高，针对LED照明这种要广泛使用的器件其成本还不能被接受。

　　为了降低成本并达到同质外延的目的，张国义也开辟出了一条新路径——在蓝宝石上制备氮化镓复合衬底。“首先在蓝宝石上面生长十微米厚度的氮化镓并用它衬底，再在氮化镓表面上生长氮化镓，这可以称得上广义的或准同质的外延。然后采用激光剥离技术，将GaN材料转移到其它支撑衬底材料上，如Si衬底或金属基片上，进而制备竖直结构LED。”张国义表示，这项技术既满足了同质外延的概念，蓝宝石衬底还可以重复利用，让材料得到最大程度的节省，会大大降低成本。

　　“目前复合衬底的理念还有些超前，很多芯片生产公司还处于研发阶段。复合衬底达到批量化生产还有一个过程，中镓现阶段面对市场的主要还是图形衬底和激光剥离设备，随着复合衬底技术的发展，激光剥离技术将来也会有很大的市场。”张国义表示，作为专业的衬底公司，这种另辟蹊径的做法既避开了强硬的竞争对手，同时也为做芯片企业提供了具有竞争力的产品，等到复合衬底起来时候，中镓就会迎来一次真正的飞跃。

　　回首这些年将科研成果成功产业化的过程，张国义感叹道：科研成果产业化是长期科研成果积累的结果，是比科研更为艰难的过程，在选好方向后一定要坚持，如果不是较早切入LED蓝光氮化物的研发并推进其产业化就不可能有上海蓝光，在衬底方面如果没有这么多年的积累，那么也不会有如今的中镓，相信上海蓝光和中镓未来一定会有很好的发展前景。