半导体照明市场广阔基础研究仍需加强

    “由于巨大的应用需求，半导体照明发展出现了市场领先技术发展，技术研究领先于基础研究的特点。”在近日召开的相关主题的香山科学会议上，南京大学物理系教授张荣等专家指出，我国半导体照明基础研究虽然在过去10年中得到一定支持，但也存在缺位。前期积累的基础研究成果，已不能适应半导体照明技术发展的快速需求。因此，加快半导体照明若干重大基础科学问题研究，解决产业发展的技术瓶颈，已经迫在眉睫。

    半导体照明，被公认为照明史上的第二次革命。“其发光方式与目前传统照明的发光方式完全不同，在发光效率、寿命、环保方面有巨大的潜在优势。它具有安全、无频闪等特点，而且不存在红外、紫外辐射，不会造成二次污染。”张荣介绍。

    “根据理论预期，半导体照明发光效率可以达到400lm/W左右，是节能灯预期效率的3—4倍。”中科院半导体研究所研究员曾一平分析，按照技术发展预期，如果半导体照明光源的发光效率达到200lm/W以上，并取代传统照明光源，则至少可使我国的照明用电每年节省1/3以上。按照当前的照明用电量计算，每年节电近1000亿度，超过三峡工程的全年发电量，并减少二氧化碳排放1亿多吨。

    记者从会议上了解到，目前国际上半导体照明产品水平已经达到100lm/W，我国产业水平在80lm/W左右，已经超过了节能灯的发光效率。

    半导体照明包括基础材料、外延材料、芯片、封装、二次光学设计、应用等一系列内容，但是，影响半导体照明发光效率的核心是材料和芯片。“目前在关键的白光LED技术上，虽然已经在一定范围内获得实际应用，但与传统照明光源和技术相比，没有体现出明显的优势。”曾一平认为，如何实现半导体白光照明的超高效，是全世界半导体照明领域面临的最重要问题。

    “半导体照明发光效率每提高10lm/W，应用市场就扩大50%。”张荣告诉记者，半导体照明发展的特点是市场发展领先于技术发展，技术发展促进市场应用。但目前，由于半导体照明的基础研究还相对滞后，对于半导体照明核心氮化物LED发光过程中的许多基础问题还不完全清楚或存在争议。

    在本次题为“高效氮化物半导体白光照明材料及芯片基础问题”的香山科学会议上，张荣认为，半导体照明发光效率，归结到基础科学层面，主要是高应变、强极化氮化物异质结构能带的优化设计及实现，氮化物外延生长动力学与缺陷行为控制，氮化物异质结构载流子复合动力学和光子传输行为控制等关键科学问题。正是由于对这些问题的了解还不够深入，影响了半导体照明技术的发展。

    “半导体照明正是后危机时代的产业制高点。”张荣指出，由于半导体照明在节能减排方面蕴含着巨大的市场前景，美、日等国政府纷纷推进相关科技计划。

    美国能源部在2009年公布了固态照明（SSL）制造研发的产品路线图，并将实验室实现200lm/W发光效率的时间表，从原定的2020年提前到2015年。

    “分析这个路线图，可以看出，美国对于这个产业是均衡、科学的部署，覆盖各个环节，基础研究、技术开发、产业化工程示范、市场推广应用并重。”在张荣看来，其组织框架是以研发机构为主体，市场需求为导向，产业化平台为支撑。

“而我国在基础研究领域还应该加大支持力度。”张荣表示，“从目前100lm/W发光效率到200lm/W，还需要若干年的努力，基础研究有待进一步突破。”