從2003年“國家半導(dǎo)體照明工程”啟動至今，我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)已走過近十年發(fā)展歷程。這十年間，我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，并朝著大眾化應(yīng)用目標大步邁進。為了回顧這一發(fā)展歷史，本刊特開辟“十年LED路”欄目。本欄目將以時間為軸，以事件為框架，以人物為靈魂，用獨特視角回顧產(chǎn)業(yè)十年進程中那些顯現(xiàn)出智慧光芒、卓越創(chuàng)造力和非凡品格的人們，感謝他們?yōu)樾袠I(yè)做出的貢獻!
一個晴日的午后，在當年半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)起步時還是一棟破舊小樓，如今已是中科院半導(dǎo)體所“研發(fā)新樓”的CSA現(xiàn)址，我們迎來了陳皓明教授，他在一輪輪的四季交替中培育并伴隨半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)從初萌一點點成長壯大。
陳皓明教授身姿挺拔，一襲黑色風衣更平添了幾分瀟灑，他講起話來并不激昂，循循善誘且不失幽默，讓每一個在座聽講的人時而開懷，時而陷入沉思。
陳皓明教授是清華大學研究生院原常務(wù)副院長，清華大學物理系歷任副系主任、系主任，也是清華大學突出貢獻獎得主，1996年起先后擔任國家863計劃新材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會委員和光電子材料與器件專家組組長、973計劃新材料領(lǐng)域咨詢專家委員會專家。他是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展見證人之一，而他卻介紹說，“自己的工作像工會一樣——不做LED的研究，只是組織大家研究”。
在“播種”并用心澆灌半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路中，陳皓明教授也反復(fù)驗證著恩格斯的那句言，“社會一旦有技術(shù)上的需要，這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進。” 陳皓明教授當初就是抱著這樣的心態(tài)，推進產(chǎn)業(yè)的一步步發(fā)展。
當前，隨著LED照明應(yīng)用的快速推進，全球萬億元的照明市場已經(jīng)向LED產(chǎn)業(yè)敞開，LED照明應(yīng)用將帶動半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)第三波發(fā)展高潮的趨勢已經(jīng)明朗，當初的“播種”終于等來了枝頭的繁花。
初期發(fā)展與創(chuàng)新思路
“我國LED的研究大概是從上個世紀60年代開始，發(fā)展很慢。改革開放以后，在玩具、儀器儀表、信號燈產(chǎn)業(yè)帶動下，我國開始引進在臺灣做好的功率很小的磷化鎵、砷化鎵外延片，做簡單的封裝、加工工作，前端利潤空間大的外延、芯片還做不了 ” 陳皓明教授娓娓道來。
在陳皓明教授的記憶中，LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一個契機是在1995年年底，當時的電子工業(yè)部所屬的企業(yè)——南昌746廠引進了一臺德國量產(chǎn)型的GaP液相外延設(shè)備，有了這臺設(shè)備外延、芯片就可以批量生產(chǎn)，這臺設(shè)備軟件加硬件的投資將近90多萬美元，在當時的中國來講是一筆巨資，企業(yè)買不起第二臺，那時便下決心在這臺設(shè)備的基礎(chǔ)上研發(fā)生產(chǎn)出自己的外延設(shè)備。“從某種程度上來看，這是中國第一條LED獨立生產(chǎn)線，也就是說直到第八個五年計劃完成的時候我們才有了自己的生產(chǎn)線”。
1996年我國“九五”計劃正式啟動，這一年，陳皓明教授被科技部聘為863材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會委員，負責功能材料光電子領(lǐng)域，開始了他與LED的正式結(jié)緣。“863計劃將‘讓我國LED工業(yè)發(fā)展起來’作為其中的一項重要任務(wù)，并首先選定在材料領(lǐng)域設(shè)立一個重大項目。當時，電子工業(yè)部副司長鄭敏正、中科院半導(dǎo)體所王占國院士和我在一個組，我們?nèi)齻€人開始琢磨這個項目。”陳皓明教授講述到。
當時從全國范圍看，LED有一些相對集中的發(fā)展區(qū)域，“我們從區(qū)域上作了劃分和部署，南方以江西為基地，把原來的南昌746廠和南昌大學，以及長沙48所(中國電子科技集團公司第48研究所)組成一個協(xié)作結(jié)合體，讓他們聯(lián)合起來研發(fā)普通亮度的紅、綠光芯片使之達到規(guī)模生產(chǎn)并形成獨立發(fā)展能力;中部地區(qū)以山東大學和當時的電子工業(yè)部第13研究所(現(xiàn)中國電子科技集團公司第13研究所)這兩個單位做高亮度黃、橙光產(chǎn)品;北方以長春物理所和長春半導(dǎo)體廠這兩家單位聯(lián)合起來解決紅光高亮度發(fā)光二極管芯片”。
“這樣布下去，當初也捏了一把汗，因為中國對半導(dǎo)體LED液相外延的生產(chǎn)設(shè)備研究沒有把握，原來的機制下做出來的設(shè)備只有研制的當事人能使用，用戶卻常常不滿意。我們認為重要的是要改變機制，否則先進設(shè)備永遠做不出來”。所以要求這幾家院所的研發(fā)信息完全互相開放，進口設(shè)備也完全開放，“協(xié)作體內(nèi)所有人怎么參與都可以，所有的技術(shù)資料都公開”，形成一種全新的研發(fā)氛圍。
這些項目在“九五”計劃末驗收時，都按戰(zhàn)略目標取得了成果，談起這一階段的成果及對于LED產(chǎn)業(yè)后來的影響，陳皓明教授總結(jié)了以下幾點：第一是創(chuàng)新性地走出了一條設(shè)備研發(fā)與工藝結(jié)合的發(fā)展道路，為我國重大儀器和設(shè)備的開發(fā)樹立了一個模式，如把科研經(jīng)費交給746廠，讓48所與746廠共同組成研發(fā)團隊，后利用746廠的設(shè)備進行產(chǎn)品開發(fā)及工藝再創(chuàng)新，而驗收時必須在746廠(使用方)現(xiàn)場驗收，如此只用了300萬元就做成了量產(chǎn)型GaP液相外延設(shè)備。第二是培養(yǎng)了一批人，這些人都成為LED產(chǎn)業(yè)后來的重要推動人物。
然而LED中最難研究的是藍光。1994年，日本人中村修二首先宣布取得了第三代半導(dǎo)體氮化鎵的突破，研制出第一只藍色發(fā)光二極管，由此人們看到了白光LED的曙光以及GaN基LED廣闊的市場前景和巨大商機。藍光的出現(xiàn)在光電界是一個很重要的突破，用陳皓明教授的話講：“一下子就轟動了”，也由此引發(fā)了產(chǎn)業(yè)內(nèi)對GaN基LED研究和開發(fā)的熱潮，并逐漸進入到應(yīng)用市場領(lǐng)域。
我國對藍光的研發(fā)部署其實并不晚，1996年在中科院半導(dǎo)體所、北大、清華、中科院物理所開始立項研究，即以中關(guān)村為核心的四個“大院大所”承擔著藍光的研發(fā)工作。到1999年末，負責“藍光”技術(shù)研發(fā)的這四家院所都表示“已經(jīng)出光”，但是光效率還非常低。“窗簾全部拉上，然后拿著電極，里面還用黑布再罩一下，之后通電一下，研究人員興奮的問我，‘陳老師，藍光你看見了嗎?’而當時國際上已經(jīng)開始能在市場上銷售藍光LED，價錢很貴，好幾美元一個。”陳皓明教授詼諧地描述了當時艱難的、也是里程碑般的藍光歷程。
而正是這點藍色的星星之火點亮了我國 “十五”期間的LED大發(fā)展。
全面布局與市場導(dǎo)向
“十五”計劃伴隨著21世紀的到來，由原來專家組的一部分人組成9人“光電子材料和器件”專家組，陳皓明教授任組長，“當年是一幫少壯派，他們比我都小很多。”其中的很多人如今成為知名院、所的中堅力量，陳明教授不無感慨地講道。
專家組開始研究“十五”計劃到底光電子領(lǐng)域做些什么，“我們想了兩條，第一就是國際上有的LED關(guān)鍵技術(shù)必須突破;第二是我國特有的、有優(yōu)勢的，必須發(fā)揚。”
明確了戰(zhàn)略布局的指導(dǎo)思想后，“我們把‘氮化鎵’作為重中之重，因為已經(jīng)看到了氮化鎵藍光會迅速發(fā)展的趨勢，而且它的發(fā)展會帶來半導(dǎo)體行業(yè)的重大變革，” 陳皓明教授強調(diào)說，“不能說成是革命，因為它不會推翻什么，但是它會變革。”當然那個時候還沒有提出半導(dǎo)體照明的概念，但是陳皓明教授說專家們看到氮化鎵的優(yōu)勢：氮化鎵的禁帶寬度大，所以能耐高溫，適合做高頻高溫器件。其次，氮化鎵的發(fā)光短波長，大大填補了可見光波段。當時LED發(fā)光效率不到10lm/W，但是專家組已瞄準了照明這一目標。由此，專家組將光電子領(lǐng)域的高技術(shù)發(fā)展分成三塊，第一是氮化鎵，第二是人工晶體，對此陳皓明教授補充說“這是我國特有的，我們國家做得比較好的”，第三是光通信器件，包括各樣的調(diào)制器。
關(guān)于具體的布局情況，陳皓明教授介紹說，“當初863計劃的宗旨就是要把技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，于是我們提出，‘十五’計劃第一不能光是做展品，要讓它變成產(chǎn)品，必須要系統(tǒng)的考慮問題，相關(guān)的材料和技術(shù)都要配套布局。”陳皓明教授著重指出，863計劃把重心放在產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈的中上游：我們啟動了上游核心材料的研究，如MO源,“十五”期間給予持續(xù)關(guān)注和支持。基礎(chǔ)材料方面，如Al2O3襯底，布局在上海光機所和深圳淼浩公司;高純氨布局在大連。關(guān)鍵設(shè)備方面，基于液相外延爐項目已經(jīng)獲得成功，這次啟動MOCVD外延爐的研發(fā)。
陳皓明教授認為中國發(fā)展MOCVD外延爐設(shè)備不能盲目照抄國外的技術(shù)，必須要做以理論模擬為先導(dǎo)的研究。MOCVD外延爐設(shè)備中最關(guān)鍵的技術(shù)問題是氣場分布、溫場分布和反應(yīng)動力學等問題，當時請來了清華大學流體力學的研究人員加入到研發(fā)隊伍中。“我們又到48所去協(xié)商，問他們是否有興趣再來承擔研發(fā)設(shè)備的工作。經(jīng)協(xié)商48所準備和南昌大學合作，專家組采取之前的辦法——產(chǎn)品可以使用以后再到用戶方(南昌大學)驗收。”到2005年，布局的項目基本成功：48所與南昌大學合作的MOCVD外延爐設(shè)備投入生產(chǎn)，7片機已經(jīng)與2000年的國際水平持平。
但至今讓陳皓明教授遺憾的是MOCVD外延爐設(shè)備的研究后來沒有跟上，“如果當時再‘燒一把火’，我國的MOCVD外延爐設(shè)備的國產(chǎn)化問題也許可以解決得快一些”。MOCVD外延爐設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的心腹大患，特別是隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這一核心設(shè)備已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的絆腳石。“最可惜的是當時的隊伍已經(jīng)散了，如果繼續(xù)研發(fā)，還要從頭再來”。
此后，我們開始考慮如何進行市場導(dǎo)向。“十五”期間863計劃在產(chǎn)業(yè)前段已取得一定的成績，但從整體發(fā)展來看，產(chǎn)業(yè)還是要依托市場，用市場的需求來拉動上游技術(shù)的發(fā)展。“2003年，我們建議科技部要加強中下游應(yīng)用技術(shù)研究，要單獨建立攻關(guān)項目進行支持，特別是要側(cè)重推動市場發(fā)展。”陳皓明教授講到。
“當年時任科技部高新司司長的李健準備做一項LED產(chǎn)業(yè)的攻關(guān)計劃，我們商議可以把這個攻關(guān)計劃的錢放在下游應(yīng)用上，把下游的‘火’給點起來，等到這些應(yīng)用行業(yè)或者應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展起來，對上游自然就會產(chǎn)生一種強烈的吸引力。當時我認為推動下游發(fā)展我們做863科研的人做不了，民間機構(gòu)更適合發(fā)動下游的技術(shù)。于是，北京麥肯橋咨詢管理有限公司，進入了我們的視野，我們希望引進一個專業(yè)的第三方來推進和落實這一計劃，這在當時還沒有先例，引起了很大的爭議，而實踐和后來的成果證明了我們的選擇是正確的：以吳玲女士為核心的這支隊伍成為產(chǎn)業(yè)推動的重要力量——國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)”。
接著陳皓明教授回憶到，“2003年正值非典最嚴重時，我們(李健、陳皓明、吳玲)聚在科技部高新司，一起討論LED的發(fā)展。半導(dǎo)體照明的真正市場推動就是從那以后才正式開始的……”這就是國家半導(dǎo)體照明工程的啟動。
2003年6月，科技部聯(lián)合工信部等緊急啟動了國家半導(dǎo)體照明工程，工程根據(jù)我國的國情確立總體目標：抓住照明革命的歷史機遇，瞄準成熟的產(chǎn)業(yè)技術(shù)(低成本技術(shù))，以近期解決市場應(yīng)用和產(chǎn)品的性價比，中遠期培育新興的大功率通用照明(白光)產(chǎn)業(yè)為目標，從形成一個完整產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，體現(xiàn)政府引導(dǎo)、企業(yè)主體、市場化運作的原則;以應(yīng)用促發(fā)展、解決產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)和原創(chuàng)性核心技術(shù)，形成一批專利、培育一批企業(yè)、建設(shè)一批基地，形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的標準體系，最終發(fā)展成為具有國際競爭力的中國半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)。
具體目標是：解決功率型半導(dǎo)體芯片設(shè)計、功率型LED封裝技術(shù)及熒光粉等封裝材料制備等產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出市場急需的特殊照明應(yīng)用產(chǎn)品，形成原創(chuàng)性核心技術(shù)和一批專利;建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體照明評價標準和知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟;建設(shè)半導(dǎo)體照明特色產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用示范基地，培育一批掌握核心技術(shù)的高技術(shù)企業(yè)。此外，國家半導(dǎo)體照明工程還進一步明確了工程的組織措施和上海、大連、南昌、廈門等四大示范基地的開發(fā)。這一工程使我國半導(dǎo)體照明工程進入實質(zhì)性推進階段。
天時地利人和
“從整體來看LED這十年的發(fā)展是比較順利的，第一是技術(shù)的早期發(fā)展有力地推動了產(chǎn)業(yè);第二，趕上了一個時機——節(jié)能減排的戰(zhàn)略需求;第三，在聯(lián)盟組織下，以及科研和行業(yè)的推動下進展比較順利。”特別是用下游需求的力量來引導(dǎo)研發(fā)的思路讓這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。“我們當初也考慮在價格暫時降不下來的情況下，推廣到民用還是有相當?shù)睦щy，而且當時LED燈的亮度又不高，比如一個LED燈賣100元，買一個白熾燈才2元錢，老百姓絕對不會買LED燈”，陳皓明教授認為，第一步還是要走政府采購渠道，另外是走特殊用途渠道，比如飛機上的信號燈，城市的景觀照明以及安全更為凸顯的礦用照明。
可以看出，在LED推廣的道路上也是由小到大，符合中國國情的推廣方式，所以“整體過程中間沒有碰到大的問題，同時我們也采取了很多靈活的方式，比如與院所、組織機構(gòu)來配合，在這個過程中，聯(lián)盟發(fā)揮的作用是院校專家做不成的。中國的LED現(xiàn)在做到世界上當前的地位，聯(lián)盟功不可沒，陳皓明教授認為，推動科研向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化是一個非常重要的事情，“在這個過程中，創(chuàng)新不足是我們科研體系里面的一大問題。創(chuàng)新是一種探索，是別人沒有做過的事情。半導(dǎo)體照明的發(fā)展歷程對于我們國家來說是一次很好的探索——就是怎樣把實驗室的研究跟市場需求緊密的結(jié)合起來，我覺得這是一個很好的范例。”
“十一五”后期陳皓明教授因年齡原因沒有繼續(xù)跟進半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，但其一直關(guān)心半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并為聯(lián)盟的發(fā)展提供寶貴建議。與陳皓明教授這樣一位走在時代前沿學者的交流，自始至終貫穿著同一個感觸，無論從科學研究、教學、管理以及“哺育”我國半導(dǎo)體照明行業(yè)的成長。陳皓明教授始終踐行這他自己的一句話，“有人是用手做，有人是用眼睛看，但是歸根結(jié)底是要用心去完成。”
在陳皓明教授說“我的故事講完了”的時候，大家仍然沉浸在思考中，余音繞梁許久才爆發(fā)了掌聲。和陳皓明教授的交流意猶未盡，接著陳皓明教授談到，他退休后褪去多種職務(wù)的煩擾，依然關(guān)注信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，如：關(guān)注各大門戶網(wǎng)站，嘗試淘寶、應(yīng)用微信等，意在不能做新時代的“文盲”。
