晶能光電讓中國“芯”點亮世界

文｜鄭 波 賴永峰 劉志奇 劉 興

邁過2020年，晶能光電（江西）有限公司CEO王敏再一次迎來榮耀時刻，疫情影響下，企業(yè)主營業(yè)務收入仍實現(xiàn)增長近七成。這是晶能光電投身硅襯底LED照明產(chǎn)業(yè)15年來，第一次實現(xiàn)如此大幅的增長。

王敏說：“自己上一次感受如此榮耀，還是2016年的事。那一年，晶能光電、南昌大學與晶和照明聯(lián)合申報的‘硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管’項目，獲得2015年度國家技術(shù)發(fā)明獎唯一的一等獎”。5年過去，王敏覺得很多事情都在改變。比如，現(xiàn)在國家大的營商環(huán)境好了很多，和前些年的磕磕絆絆相比，企業(yè)已經(jīng)步入正軌，不再差那些“小錢”。不過王敏也不敢松懈，行業(yè)競爭更加激烈，資金、技術(shù)、人才、上下游產(chǎn)業(yè)配套、市場政策環(huán)境等，依舊是前進道路上必須應對的挑戰(zhàn)。王敏說：“雖然手握尖端科技，但他們用了10多年的時間，也才剛剛?cè)腴T”。這是王敏的感慨，也是很多手握核心科技的企業(yè)共同的感慨。

找到夢想的“支點”

“給我一個支點，我就能撬起整個地球。”這個“支點”是很多企業(yè)的夢想。2004年，當時還是南昌大學一名普通教授的江風益，在國際上率先攻克了硅襯底上生長氮化鎵基LED材料的難題。王敏毫不猶豫地認為，他找到了夢想的“支點”。也是從那時起，王敏和他的師兄江風益商量著，搭起了晶能光電的最初“骨架”——與南昌大學成立昌大光電。為此，王敏向弟弟借了10萬元人民幣入股。我們的夢想是讓‘中國芯’點亮整個世界。時至今日，回想起當年喊出的豪言壯語，王敏仍然掩飾不住臉上的自信，這份自信，源自硅襯底氮化鎵基LED技術(shù)的獨一無二。

這個技術(shù)有多了不起呢？在LED的制備上，上游材料生長是決定LED顏色、亮度、壽命等性能指標的主要因素，也是公認的半導體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。在硅襯底技術(shù)問世之前，LED制備已有兩條技術(shù)路線實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，一個是日本公司的藍寶石襯底技術(shù)，另一個是美國公司發(fā)明的碳化硅襯底技術(shù)。在業(yè)界看來，這兩條技術(shù)路線的優(yōu)缺點都很明顯。藍寶石襯底強度高、耐沖刷，高溫下化學性質(zhì)穩(wěn)定。不過，藍寶石是絕緣體，無法制成垂直結(jié)構(gòu)的器件。此外，藍寶石硬度高，散熱差，難以薄化和切割。所以，用藍寶石襯底制作大功率LED，局限性很大。

碳化硅倒是克服了藍寶石的這些毛病，材料屬性上是導電的半導體，可以做垂直結(jié)構(gòu)，導熱性能也要比藍寶石高10倍以上。不過，碳化硅技術(shù)門檻很高，成本同樣很高。而硅襯底技術(shù)出現(xiàn)，恰好集中了兩者優(yōu)勢，容易獲得低成本、大尺寸、高質(zhì)量的襯底，大幅降低LED造價。國家863專家組當時這樣評價江風益團隊的發(fā)明，這一技術(shù)改變了日本公司壟斷藍寶石襯底和美國公司壟斷碳化硅襯底半導體照明技術(shù)的局面，形成了藍寶石、碳化硅、硅基半導體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。硅作為襯底材料的優(yōu)點很突出，但要在硅襯底上制備高光效LED芯片，卻一直是個世界級難題。難在哪？王敏說，難在制備LED芯片先要在襯底上長出氮化鎵發(fā)光薄膜，因為硅和氮化鎵材料存在嚴重的熱失配和晶格失配，各國研究者窮盡40余年鉆研，遲遲沒有找到攻克關(guān)鍵技術(shù)難點的理想方法，硅襯底這一技術(shù)路線也因此一度被業(yè)界宣判“死刑”。

2003年，江風益團隊在嘗試過多種新材料后，再次瞄準用硅襯底生長LED材料，決心奮力一搏?！拔覈敲逼鋵嵉腖ED產(chǎn)品制造大國，國內(nèi)LED企業(yè)采用的藍寶石技術(shù)路線，布滿了國外LED巨頭精心埋下的專利‘地雷’。過去許多企業(yè)為此吞下苦果，很大程度上阻礙了我國LED企業(yè)進入國際市場?！闭勂鸪踔?，王敏的話語里是沉甸甸的責任感，而在江風益看來，“硅襯底技術(shù)路線是中國有可能全面沖破國外專利封鎖的絕好機遇”?？茖W探索有著自身規(guī)律，內(nèi)含必然，又充滿偶然。后來成為晶能光電投資人的潘曉峰曾這樣比喻，“就像一副撲克牌里面一定有大王，但不會那么巧一翻牌就翻到。運氣好可能第三張就翻到了，但也可能54張牌要翻到50張才能亮相”。也就是從江風益下定決心的那天起，南昌大學的半導體發(fā)光材料實驗室里多出了一張床。江風益吃住在這里，每天十幾個小時，“大學＋企業(yè)”一起產(chǎn)、學、研，輪軸轉(zhuǎn)。前前后后歷經(jīng)3000多次科學實驗，江風益團隊終于翻到這張“大王”——在硅上成功生長出氮化鎵發(fā)光薄膜，性能達到實用水平?！跋乱徊?，必須要產(chǎn)業(yè)化。我們沒有理由再點洋半導體燈?！背鯂L喜悅成果的江風益憧憬著未來。

2005年實驗室出樣品，2006年創(chuàng)辦晶能光電，2007年建工廠，2008年小批量試生產(chǎn)，2009年顯示用小功率LED芯片量產(chǎn)，2012年大功率LED芯片量產(chǎn)……多年艱苦卓絕的攻關(guān)研發(fā)，晶能光電的硅襯底LED技術(shù)日臻成熟。更重要的是，以此技術(shù)為核心，晶能光電已申請和獲得國際國內(nèi)專利420多項，在LED外延生長、芯片制造、封裝及應用等領(lǐng)域均有布局。2011年，美國麻省理工《科技創(chuàng)業(yè)》雜志評選的“全球最具創(chuàng)新力企業(yè)50強”中，晶能光電憑此與Apple、IBM等公司一同上榜；2012年，晶能硅襯底大功率LED芯片量產(chǎn)，被國際半導體照明聯(lián)盟ISA評為“2012年度新聞事件”；2014年8月，美國能源部《固態(tài)照明研究與發(fā)展制造藍圖報告》中稱，“晶能光電是硅襯底LED技術(shù)的最早實踐者，并在2012年6月開始量產(chǎn)硅襯底GaN基LED芯片”；2016年，“硅襯底高光效GaN基藍色發(fā)光二極管”項目獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎……

逼出來的產(chǎn)業(yè)鏈

硅襯底技術(shù)對整個LED產(chǎn)業(yè)的影響無疑是深刻的。舉個簡單的例子，10多年前，高端智能手機閃光燈LED燈珠配件的價格曾高達每粒3美元，而隨著硅襯底技術(shù)的出現(xiàn)，同樣性能的閃光燈燈珠價格，已降至每粒0.5元以內(nèi)。今天的晶能是資本市場的香餑餑，更是無數(shù)正處于成長階段科創(chuàng)企業(yè)羨慕的對象。然而，所有偉大的背后，其實都是苦難。

2006年，晶能光電（江西）有限公司正式成立。江風益和王敏讓中國芯點亮世界的夢想呱呱墜地。硅襯底氮化鎵基LED技術(shù)邁出了產(chǎn)業(yè)化的第一步。在江風益的樸素理解中，科技成果的產(chǎn)業(yè)化，需要完成“0到1”“1到N”和“N到0”三個步驟，也就是先要解決科技成果有沒有的問題，然后再把成果轉(zhuǎn)化為N個合格產(chǎn)品，最后把N個產(chǎn)品歸0，全部賣出去。從“1到N”這一步，晶能走得異常艱難。

“研發(fā)成功和實現(xiàn)量產(chǎn)是兩個完全不同的階段，在研發(fā)階段，100個樣品中有一個合格就算成功了，但實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，你要保證很高的合格率，況且制作硅襯底LED芯片有十幾道工序，每一道工序都會遇到形形色色的問題?！苯L益說。以硅襯底加工為例，實驗室階段，由于產(chǎn)品數(shù)量少，用于硅襯底加工的液體濃度與時間都很容易掌控，而到了生產(chǎn)階段，一方面浸泡的硅襯底數(shù)量多，環(huán)境的溫度濕度變化很大；另一方面市場上缺少與硅襯底相匹配的設(shè)備，這就導致產(chǎn)品良率大幅下降。一開始，晶能的良率甚至只有5%，比在實驗室的時候糟糕太多。看到結(jié)果的那一刻，王敏整個人都懵了。

開弓沒有回頭箭，王敏只能從市場上買回相近設(shè)備，摸索著一點點改造完善。沒有可供參考的相關(guān)文獻，沒有可資借鑒的經(jīng)驗，每走一步都要摸著石頭過河，解決了一個問題，又冒出了新的問題?！叭绻賮硪淮?，真不知道能否堅持下來，好在見到了回報。”王敏說。從試制硅襯底小功率LED芯片到實現(xiàn)量產(chǎn)，晶能用了3年，然后又用了3年直到2012年，才實現(xiàn)大功率LED芯片規(guī)?；慨a(chǎn)。經(jīng)過10多年的工序改善和技術(shù)迭代，晶能產(chǎn)線如今的良率高而穩(wěn)定。比如，晶能的手機閃光燈良率達到了4ppm（百萬分之一）的水平，即每百萬顆只允許4顆失效，甚至很多批次做到了0ppm，遠好于行業(yè)要求的20ppm。

拿下一場場技術(shù)攻堅戰(zhàn)難，比這更難的是“N到0”這最后一步。盡管深知產(chǎn)品質(zhì)量過硬，但王敏仍然低估了市場對新鮮事物的排斥。按照王敏和江風益的規(guī)劃，晶能在LED產(chǎn)業(yè)的長鏈中專注于上游LED芯片的生產(chǎn)，至于中下游的芯片封裝以及照明應用，雖然市場很大，但應當由中下游廠商來進行，這樣才能形成良性的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)?，F(xiàn)實情況卻是，中下游企業(yè)對晶能的好東西并不“感冒”。彼時，中游封裝企業(yè)基本采用的是主流藍寶石襯底芯片，設(shè)備也是根據(jù)藍寶石襯底芯片特點設(shè)計。好不容易說服一些封裝企業(yè)試水，受工藝條件不同帶來的限制，很難將硅襯底芯片的優(yōu)勢發(fā)揮出來。而下游照明應用企業(yè)，也早已習慣了使用成熟的藍寶石襯底LED燈珠，擔心晶能的硅襯底芯片一旦供應不上，自己跟著“完蛋”。通過南昌市政府的支持，晶能倒是拿下了幾個市政照明改造項目。產(chǎn)品使用后，各項工況指標、節(jié)能效果反饋都很不錯，南昌八一大橋、紫陽大道上的路燈好多年都沒有壞，大家都說好。

但等晶能滿懷信心開拓更大市場時，王敏發(fā)現(xiàn)，市場上愿意“吃螃蟹”的人還是太少，客戶指定要用成熟的藍寶石襯底產(chǎn)品居多，不少還指定要用國外品牌，晶能有時連投標資格都輪不到?！霸趪夜膭钸M口替代的大環(huán)境下，有不少地方招標書上依然指定國外品牌產(chǎn)品，即便國產(chǎn)LED產(chǎn)品性能比國外產(chǎn)品還好?！蓖趺粽f。晶能只能自己想辦法突圍。10年時間，愣是被逼出來一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈：上游的晶能光電是全球排名前列的大功率LED光源提供商；中游封裝的晶能半導體是中國最大的大功率LED陶瓷封裝企業(yè)；下游的中節(jié)能晶和科技是全國最大的道路照明合同能源管理運營廠商，其LED隧道燈2020年出貨量全國最大；綠野汽車照明是國內(nèi)領(lǐng)先的汽車照明燈具廠家……

“我們新研制的產(chǎn)品跟別人不一樣，要說服客戶采用，而客戶要等市場驗證，誰都不愿意做‘小白鼠’，所以我們做起來就特別難。如果當初不果斷建立這些示范企業(yè)，我們可能會更加困難。”王敏說，正是在這些企業(yè)的示范下，晶能現(xiàn)在才逐步有了340多家硅襯底LED客戶。

資本聯(lián)姻之路

回顧這些年的創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷，王敏時常覺得自己站到了風口上。但事實上，風并沒有來。和許多科創(chuàng)企業(yè)一樣，除了要面對市場對新生事物的排斥，競爭對手有意無意地打壓，缺錢是困擾晶能的又一大難題。王敏說，自始至終，晶能都卡在錢上。巨額的科研成本、高端人才的引進、公司的運營、市場的營銷，還有打造的全產(chǎn)業(yè)鏈，都需要靠巨額資金支撐，“當時，我們心里想著，‘靚女’不愁嫁，錢應當主動來找我們才對，沒想到根本不是這么回事”。

錢從哪里來？王敏首先想到了銀行。銀行的回答是，新技術(shù)能不能產(chǎn)業(yè)化，大家心里都沒有底，沒有抵押物，萬一貸款打了水漂，誰也承擔不起責任。王敏于是想到了國內(nèi)的一些投資基金。彼時國內(nèi)投資基金剛剛興起，但談了一圈下來，王敏發(fā)現(xiàn)，這些基金除了考慮產(chǎn)業(yè)化的可行性，計算更多的還有回收周期、資本回報率，根本等不了晶能慢慢研發(fā)產(chǎn)品，恨不得第二年就收回投資。王敏還想到找政府，“省、市政府給的支持很多，給政策、給優(yōu)惠，評定高新技術(shù)企業(yè)，還有各種補貼”。但這些支持并不“解渴”，因為與同處LED賽道上的藍寶石技術(shù)路線企業(yè)相比，這些企業(yè)依靠先發(fā)優(yōu)勢，進一步取得規(guī)模優(yōu)勢，并因此獲得了海量的資金投入。晶能既要保持技術(shù)上的領(lǐng)先，又要在殘酷的市場競爭中贏得一席之地，需要巨額的產(chǎn)業(yè)化投入，即便有政府資助往往也是杯水車薪。王敏是個執(zhí)著的人，缺錢的困難并沒有影響王敏逢人便介紹硅襯底LED的耐心。

一個人鍥而不舍地專注于一件事，終究是會打動人的。王敏一次偶然的蹭飯，成就了晶能與風投的聯(lián)姻。其中最為關(guān)鍵的風投來自王敏的浙大校友——潘曉峰和幾位實業(yè)家聯(lián)合成立的金沙江創(chuàng)投。那時，潘曉峰剛從國際知名的高科技實業(yè)公司抽身轉(zhuǎn)做了風投，愿景很宏大，目標是在中國成就世界級的科技企業(yè)。當然，潘曉峰也很謹慎，一年里，他帶著不同專家前前后后跑到南昌大學實驗室不下50趟。金沙江最后決定一筆投出1000萬美元，占了當時基金規(guī)模的十分之一。潘曉峰說，“技術(shù)本身的創(chuàng)新很重要，但當時我們更多想到的是這個創(chuàng)新，特別是原創(chuàng)技術(shù)的溢出效應，它能帶動后面一群產(chǎn)業(yè)，這才是我們投這個項目的意義”。以金沙江為起點，晶能光電先后吸引了新加坡淡馬錫基金、美國梅菲爾德基金、國際金融公司（IFC）等風投，陸續(xù)獲得了風險投資1.95億美元。王敏說，這時，晶能才第一次真正看到了產(chǎn)業(yè)化成功的曙光。

看得見的未來

“國家要給予上游硬核科技更多的支持。創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，上游芯片要做成很大的規(guī)模很難，但它是這條產(chǎn)業(yè)鏈的核心基礎(chǔ)，其可帶動中游和下游大規(guī)模發(fā)展?！弊屚趺艉徒L益尤其振奮的是，在硅襯底LED技術(shù)邁步前進之時，全球LED產(chǎn)業(yè)格局正發(fā)生翻天覆地的變化，隨著世界主流LED廠商，如美國Lumileds（亮銳）從Philips（飛利浦）集團剝離、德國Osram（歐司朗）照明業(yè)務Ledvance（朗德萬斯）改嫁中國、LG（樂金）出售LED業(yè)務，中國LED逐漸成為全球LED制造擔當。

在國家硅基LED工程研究中心，一盞盞金黃光LED燈隨著外部光線的變化，懂得自適應調(diào)節(jié)亮度。江風益介紹，這是硅襯底LED技術(shù)的新產(chǎn)品——采用硅襯底黃光LED芯片做成的健康光源。目前，硅襯底黃光LED（565nm＠20A/cm2）電光轉(zhuǎn)換效率達到27.9%，中國又一次處于世界領(lǐng)先水平。“硅襯底GaN技術(shù)是一項根技術(shù)，它可以延伸出多條產(chǎn)業(yè)鏈分支，LED領(lǐng)域雖然較為成熟，但根據(jù)美國能源部發(fā)布的LED照明研發(fā)路線圖，藍光、綠光、黃光、紅光等LED依然還有很大的提升空間，還有更多更難的技術(shù)要突破；同時微顯示（MicroLED）和GaN HEMT兩個前沿技術(shù)，硅襯底也有優(yōu)勢和基礎(chǔ)?！苯L益說。而王敏的興奮則在于，“GaN作為第三代半導體材料，不僅是LED發(fā)光的重要材料，也是5G傳輸、新基建、手機和新能源汽車快充、雷達航空等產(chǎn)業(yè)必不可少的核心器件——GaNHEMT器件的基礎(chǔ)材料?！蓖趺粽f，早在2013年，晶能就開始在國家“863”計劃的支持下，開展硅襯底GaNHEMT器件材料研究。目前，晶能可以在8英寸硅襯底上生長HEMT器件用的GaN材料，同樣跑在了行業(yè)前列。

在晶能光電產(chǎn)品展廳，王敏經(jīng)常會拿起一塊小屏，向參觀者展示他心中的“未來之光”。這塊樣品屏，用的是晶能最新技術(shù)產(chǎn)品——硅襯底mini LED芯片?！拔覀児枰r底LED的結(jié)構(gòu)，從物理本質(zhì)上解決了離子遷移等困擾業(yè)界的問題，但這不是終點，我們還在做硅襯底Micro LED，這是終極顯示技術(shù)，可以發(fā)揮硅襯底垂直結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，目前江風益團隊在Micro LED紅光材料方面已有突破性進展?！?/p>