半导体照明产业技术路线图

1、半导体照明产业技术路线图实践中国科学技术发展战略研究院2009年3月半导体照明产业技术路线图实践n 产业技术路线图理论n半导体照明产业技术路线图实践n 作用与启示技术路线图定义定义 综合若干权威机构和专家的概念和描述， 技术路线图的定义应该是：技术路线图是通过时间序列系统描述技术创新过程中技术、产品和市场的互动关系，研究技术创新方向和产业竞争态势，确定影响未来主导产品（产业）的关键技术及其发展路径，为科学制定研发计划、有效组织产品研发、合理配置创新资源提供支撑。 到目前为止，技术路线图已经成为一些发达国家的技术前瞻、研发和管理中的一个基本工具。技术路线图的分类n从技术路线图的开发目的来看，可分

2、为：从技术路线图的开发目的来看，可分为：产品规划、项目规划、战略规划从技术路线图的开发主体来看，可分为：从技术路线图的开发主体来看，可分为：企业技术路线图、产业技术路线图、国家技术路线图n从技术路线图的格式来看，可分为：从技术路线图的格式来看，可分为：多层次型、表格型、流程型、文本型等产业技术路线图 定义 产业技术路线图是以需求为出发点，通过联合企业、大学、研究机构和政府等技术创新主体，对产业技术及其变动因素作出判断，确认产业的技术需求，选择技术发展路径和发展重点，指出技术、产品和服务以及未来市场之间的互动关系，以提高决策的科学性。产业技术路线图要素要素 关于产业技术路线图要素，没有统一标准，

3、根据制定主体、目的，设计不同要素。各种类型技术路线图的要素一般为35个。 四要素：时间、技术、产品或流程、市场。产业技术路线图的架构n技技术层术层面面确定产业技术分类体系和产业发展的关键技术 n产产品品/ /流程流程层层面面分析不同时段市场中可能出现的主要产品，确定产品的主要特性 n产业层产业层面面明确产业发展不同时段的远景目标和需求 产业技术路线图的架构产业产业 产品产品技术技术201020152020时间时间制定技术路线图的基本方法n技术路线图的制定可分为三个阶段： 1、准备阶段 2、开发阶段 3、修订阶段n这是一套适合产业或大企业开发技术路线图的方法。制定技术路线图的基本方法满足必要条件

4、组建核心团队，确定参与者明确产业目标和主导产品确定关键特性和目标形成技术路线图报告分析评价并推荐需要研发的关键技术确定主要技术领域确定备选技术评价技术路线图提出实施计划技术路线图更新确定技术路线图的范围、边界和时间启动阶段修订阶段开发阶段国外实践和经验n技术路线图始于美国汽车行业。20世纪70年代后期，摩托罗拉与康宁等企业开始在企业层面采用技术路线图方法进行产品规划和企业管理。之后，美国、加拿大、英国等国家开始绘制产业层面的技术路线图，如美国的国际半导体技术发展路线图，在行业内产生了深远影响。韩国等国家还开展了国家技术路线图研究，为科技发展规划和国家战略政策的制定提供支撑。国外实践和经验n各国

5、政府在制定技术路线图中发挥着重要作用各国政府在制定技术路线图中发挥着重要作用n1999年，美国白宫科技政策办公室要求各产业制定技术路线图以改进政府R&D资金的配置，提高产业的制造能力和竞争力。n加拿大工业部把制定产业技术路线图作为己任，把它作为提高产业竞争力的重要工具。n日本经济产业省已经制定了三期“战略技术路线图”。半导体照明产业技术路线图的实践n(一)背景n(二)实践(一)背景n1、我国产业技术创新存在的问题、我国产业技术创新存在的问题n目前我国产业技术创新中，产业技术水平和组织协调能力同我国经济社会发展的要求还有许多不相适应的地方，主要表现在：n一是关键技术自给率低，自主创新能力不强，产

6、业技术的一些关键领域存在着较大的对外技术依赖，不少高技术含量和高附加值产品主要依赖进口;n二是我国的产业技术创新过程存在着技术创新与市场需求、产业需求相脱节，技术的创新过程被线型分割，使得技术发明与技术创新环节无法有效衔接。企业、研究机构、大学各创新主体彼此分离，创新链断裂，每个单位从研究到产业，一切从头做到尾，造成创新效率低下;(一)背景n三是科技资源过于分散，科技支撑条件、资源的整合与社会共享不足，资源利用率较低。因此，提升我国产业自主创新能力，就是要构建以企业为主体，产学研相结合的技术创新体系，共同研发产业关键技术。n从产业技术路线图的作用和功能看，制定产业技术路线图对于现阶段我国产业关

7、键技术研发、产业创新链的构建、平衡产业研发的投资和政府决策方面将发挥积极作用，从而有利于构建我国技术创新体系，提升产业自主创新能力。 (一)背景n2. 目前科技管理中存在的问题目前科技管理中存在的问题n一是项目论证合理性。目前项目的选择主要以开510个专家的小型专家会确定，管理专家质疑是否选择其他几个专家结果是否会有不同。美国半导体协会集成了全球800多名业内专家对半导体技术发展进行了研究，制定了半导体技术路线图，具有论证的广泛性和科学性。n二是既有技术研发论证只告诉管理部门唯一技术路径，由于缺乏技术路径的优劣比较，管理专家或领导人质疑是否有其他更好的技术路径。(一)背景n三是目前科技项目安排

8、只注重单项技术突破，而以产品为对象的技术集成相对较弱。这成为管理部门寻求突破的一个重要问题。n因此，科技决策的管理专家，这些管理专家非技术专家，他们一直在考虑有没有办法在技术专家支持下做出科学的决策。n从这个角度出发，希望探索一套产业技术路线图方法试图解决科技管理中的困惑。（二）半导体照明产业技术路线图的实践n根据科技部的部署，中国科学技术发展战略研究院组织开展了“产业技术路线图研究”，并以“中国半导体照明产业技术路线图研究”为例，探索一套适合我国国情的技术路线图制定的方法和流程。n按照技术路线图的制定流程，战略研究院和中国半导体照明产业联盟（相当于行业协会）联合开展研究。n确定了研究方案，成

9、立了总体研究组、技术研究组、产业研究组。研究思路n本次研究围绕“技术产品产业”为主要思路。选择以半导体照明器件发光效率为主线、兼顾成本和寿命，确定发展目标和发展道路。n以器件为主轴，向上延伸到照明产品，向下延伸到技术。器器件件半导体照明研究模型发光效率使用寿命应用成本技技术术层层技术发展重点产产品品层层道路照明大尺寸背光源汽车照明通用照明 产业层材料外延与装备芯片制备封装集成与应用研究主要内容（一）产业和技术发展现状与趋势分析（二）技术经济分析（三）产业技术分类体系和产品特性研究（四）知识产权分析研究（五）技术清单、主导产品清单和指标体系研究（六）调查、访谈座谈及分析研究（七）政策分析研究 (

10、八)产业技术路线图和研发计划研究（一）产业和技术发展现状与趋势研究 通过文献调研、会议研讨等方式，完成半导体照明产业及其技术发展现状以及到2020年发展趋势，形成未来产业技术发展的趋势判断和初步结论。通过现状和趋势分析，明确了技术路线图的范围，为后面未来发展的主要产品和关键技术提供依据。（一）产业和技术发展现状与趋势研究区域区域主要特点主要特点上海、江苏、浙江（长三角） 产业配套能力最强，高端应用突出，人才、资金比较集中。深圳、佛山、广州（珠三角） 封装和应用国内规模最大、离市场最近，投资活跃。北京、大连、河北（北方地区）研发力量最强，研发机构最集中，拥有国内外延芯片的最好技术。厦门、南昌（闽

11、三角）外延及芯片产能国内最大，普亮芯片企业规模较大。国内半导体照明四大区域主要特点（一）产业和技术发展现状与趋势研究中国高亮LED市场发展预测 “十一五”半导体照明重大项目在技术全图中的分布 基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层缓冲层ELO GaN缓冲层缓冲层厚的可剥离的GaN缓冲层缓冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近

12、距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）蚀刻、芯片修理与纹理化金属化与薄膜晶片键合与薄膜转移器件工艺技术与装备单片白光LED绿色、蓝色与紫外LED红色LEDLED与集成LEDTFFC芯片制备技术选择性刻蚀技术光子晶体技术硅上GaN的剥离技术金属/薄膜转移技术用于刻蚀与抛光的激光切割技术光增强电化学刻蚀技术干法刻蚀技术VCSELs边缘发射激光器共振腔与超发光LED光电仿真工具定向发射器热控制的封装材料新型添加剂新型热阻材料虑紫外的封装材料模封大功率LED技术多芯片集成封装技术LED单芯片封装技术封装材料在线芯片测试

13、技术装备包装技术分选技术及装备芯片检测技术划片（切片）技术芯片封装墨水“印刷”新的合成技术涂敷磷光质磷光质粉浆与封装材料的集成纳米晶体磷光质封装材料与技术磷光质的合成与应用磷光质材料大功率灯具灯与电子装置长期可靠性角度及温度稳定性建模工具发生器新型衬底与散热材料新型封装结构芯片装配选择技术芯片装配和焊接技术灯具设计技术散热技术砷化镓（砷化镓（GaAs）氧化锌（氧化锌（ZnO）氮化镓氮化镓(GaN)碳化硅（碳化硅（SiC）蓝宝石（蓝宝石（Al2O3）硅（硅（Si）氮化铝氮化铝(AlN)GaN材料材料AlGaInAs器件材器件材料料）AlGaInN器件材料器件材料AlGaInP器件材料器件材料绿色

14、、蓝色、绿色、蓝色、紫外系列外紫外系列外延材料延材料红、黄、橙红、黄、橙系列外延材系列外延材料料反应器气体输送加热和温度控制计算机及安全控制废气处理设备器件设计与装备技术溅射蒸发设备PECVDICP键合设备光刻设备芯片集成封装集成技术与照明系统器件工艺与装备封装装备技术智能切割技术激光剥离技术非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与激活技术激光剥离设备大功率LED点胶技术封装胶体制备技术磷（荧）光质材料技术散热材料技术le共晶焊、倒装焊芯片粘接技术高振动频率的磷光质多波长转换纳米晶体半导体材料新型感光剂设计技术有机复合成分的磷光质纳米尺度半导体的光学性评价

15、技术与带电状态设计磷光质组合发现电子驱动器混色与波长转换照明系统光学器件背光源灯具可靠性与废弃1547、485、6、19、20、21、222、4、7、8、9、10、11、12、1845、461、328、2940、4155、56、57、66、67、68、69、7026、52、53、54、5849、50、5163、64、6530、31、3233、36、37、3839271714、23、24、25121342、4416（二）技术经济分析研究 通过情景分析确定未来市场中产业发展的目标和主要产品，了解未来的市场需求，通过SWOT（即未来产业发展所面临的优势、劣势、机遇和威胁 ），修正我国半导体照明发展的

16、产业目标和主要产品。目的就是要提出未来产业及技术发展的目标，为确定不同时段研发关键技术提供支撑。国内LED行业SWOT分析 我国LED产业应对策略 （三）产业技术分类体系和产品特性研究n根据上面的研究模型，我们主要开展了下面三个方面的研究： 1. 产业技术分类体系研究。根据产业技术的特征，归纳了三种技术领域分类，通过专家研讨，根据我国产业发展的需要，确定从技术到应用对我国半导体照明产业技术进行分类，具体分为四类：（1）材料外延和装备（2）芯片制备（3）封装工艺（4）应用集成（三）产业技术分类体系和产品特性研究n2. 开展了技术全景图研究。目的有三个： 一是使参与研究的人员对整个产业技术有一个全

17、面的了解，对一些基本问题形成共识； 二是为知识产权分析和寻找我国发展的技术路经提供基础，找出不同领域和不同路径下的关键技术； 三是为分析国家科技计划的布署和调查关键技术的分布做准备，解决管理过程中的信息不对称，为后面制定产业路线图提供基础。技术全图技术全图基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层缓冲层ELO GaN缓冲层缓冲层厚的可剥离的GaN缓冲层缓冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的

18、溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）蚀刻、芯片修理与纹理化金属化与薄膜晶片键合与薄膜转移器件工艺技术与装备单片白光LED绿色、蓝色与紫外LED红色LEDLED与集成LEDTFFC芯片制备技术选择性刻蚀技术光子晶体技术硅上GaN的剥离技术金属/薄膜转移技术用于刻蚀与抛光的激光切割技术光增强电化学刻蚀技术干法刻蚀技术VCSELs边缘发射激光器共振腔与超发光LED光电仿真工具定向发射器热控制的封装材料新型添加剂新型热阻材料虑紫外的封装材料磷（荧）光质材

19、料技术多芯片集成封装技术LED单芯片封装技术封装材料在线芯片测试技术装备包装技术分选技术及装备芯片检测技术划片（切片）技术芯片封装墨水“印刷”新的合成技术涂敷磷光质磷光质粉浆与封装材料的集成纳米晶体磷光质封装材料与技术磷光质的合成与应用磷光质材料大功率灯具灯与电子装置长期可靠性角度及温度稳定性建模工具发生器新型衬底与散热材料新型封装结构芯片装配选择技术芯片装配和焊接技术灯具设计技术散热技术砷化镓（砷化镓（GaAs）氧化锌（氧化锌（ZnO）氮化镓氮化镓(GaN)碳化硅（碳化硅（SiC）蓝宝石（蓝宝石（Al2O3）硅（硅（Si）氮化铝氮化铝(AlN)GaN材料材料AlGaInAs器件材料器件材料）

20、AlGaInN器件材料器件材料AlGaInP器件材料器件材料绿色、蓝色、绿色、蓝色、紫外系列外紫外系列外延材料延材料红、黄、橙红、黄、橙系列外延材系列外延材料料反应器气体输送加热和温度控制计算机及安全控制废气处理设备器件设计与装备技术溅射蒸发设备PECVDICP键合设备光刻设备芯片集成封装集成技术与照明系统器件工艺与装备封装装备技术智能切割技术激光剥离技术非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与激活技术激光剥离设备大功率LED点胶技术散热材料技术封装胶体制备技术模封大功率LED技术le共晶焊、倒装焊芯片粘接技术高振动频率的磷光质多波长转换纳米晶体半导体材料

21、新型感光剂设计技术有机复合成分的磷光质纳米尺度半导体的光学性评价技术与带电状态设计磷光质组合发现电子驱动器混色与波长转换灯具可靠性光学器件背光源照明系统（三）产业技术分类体系和产品特性研究 3. 3. 未来主要产品特性研究。未来主要产品特性研究。研究包括两个方面： 一是产品的选择。一是产品的选择。由于半导体照明产业的特殊性，课题组选择了产业中的中间产品器件。 二是产品特性分析。二是产品特性分析。由于产品最终实现是市场，因此，影响产品的主要因素有技术因素和市场因素。通过对市场和技术因素的分析，结合调查和专家研讨，最后确定了“发光效率、寿命、成本”三个产品主要特性。（四）知识产权分析n目的是分析我

22、国发展半导体照明产业将遇到知识产权方面的制约和挑战，以及我国可能的机遇，最终为找出我国需要突破的主要核心技术提供依据。n根据半导体照明产业技术分类体系和技术全景图，我们对领域进行细分。例如：材料外延技术与装备包括GaN、SiC、Ai2O3、Si、AiN、ZnO、MgO及复合衬底等衬底材料及外延技术等 。（四）知识产权分析n半导体照明产业技术体系整体框架 材料外延技术与装备材料外延技术与装备芯片制备技术与装备芯片制备技术与装备封装材料、工艺技术与封装材料、工艺技术与装备装备系统集成技术及应用系统集成技术及应用涉及GaN、SiC、Ai2O3、Si、AiN、ZnO、MgO及复合衬底等衬底材料及外延技

23、术等合衬底等外延材料涉及芯片制备、表面粗糙化、光子晶体、微结构、划片、蚀刻、衬底剥离与键合、钝化等技术涉及单芯片封装、多芯片封装、以及散热技术、二次光学设计技术、荧光粉制备技术等涉及灯具的系统结构设计、显色性技术、电源电路与灯具集成技术、可靠性技术等（四）知识产权分析研究nLED外延技术（四）知识产权分析研究n专利总量分析专利总量分析n专利国别与特点专利国别与特点n专利企业（机构）分析专利企业（机构）分析n重要国外专利公司（机构）特点分析重要国外专利公司（机构）特点分析n中国重要专利企业（机构）特点分析中国重要专利企业（机构）特点分析n核心专利分析核心专利分析n专利地图专利地图n专利总量分布专

24、利总量分布n专利的技术重点与国别分布专利的技术重点与国别分布n核心专利分布核心专利分布（四）知识产权分析n检索到国内申请专利5071项，通过专家判断和筛选，找出有效专利2733项。Ai2O3、SiC、GaN、ZnO衬底材料专利及核心专利分布 有效专利：5 100Al2O3（67）SiC（25）GaN（10）核心专利：5 50ZnO（5）（5）（10）（19）（4）材料外延技术与装备专利半导体照明产业相关专利总体分布半导体照明产业相关专利总体分布 基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层缓冲层ELO GaN缓冲层缓冲层厚的可剥离的GaN缓缓冲层冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czoc

25、hralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）蚀刻、芯片修理与纹理化金属化与薄膜晶片键合与薄膜转移器件工艺技术与装备单片白光LED绿色、蓝色与紫外LED红色LEDLED与集成LEDTFFC芯片制备技术选择性刻蚀技术光子晶体技术硅上GaN的剥离技术金属/薄膜转移技术用

26、于刻蚀与抛光的激光切割技术光增强电化学刻蚀技术干法刻蚀技术VCSELs边缘发射激光器共振腔与超发光LED光电仿真工具定向发射器热控制的封装材料新型添加剂新型热阻材料虑紫外的封装材料模封大功率LED技术多芯片集成封装技术LED单芯片封装技术封装材料在线芯片测试技术装备包装技术分选技术及装备芯片检测技术划片（切片）技术芯片封装墨水“印刷”新的合成技术涂敷磷光质磷光质粉浆与封装材料的集成纳米晶体磷光质封装材料与技术磷光质的合成与应用磷光质材料大功率灯具灯与电子装置砷化镓（砷化镓（GaAs）氧化锌（氧化锌（ZnO）氮化镓氮化镓(GaN)碳化硅（碳化硅（SiC）蓝宝石（蓝宝石（Al2O3）硅（硅（Si）

27、氮化铝氮化铝(AlN)GaN材料材料AlGaInAs器件材料器件材料）AlGaInN器件材料器件材料AlGaInP器件材料器件材料绿色、蓝色、绿色、蓝色、紫外系列外紫外系列外延材料延材料红、黄、橙红、黄、橙系列外延材系列外延材料料反应器气体输送加热和温度控制计算机及安全控制废气处理设备器件设计与装备技术溅射蒸发设备PECVDICP键合设备光刻设备芯片集成封装集成技术与照明系统器件工艺与装备封装装备技术智能切割技术激光剥离技术非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与激活技术激光剥离设备大功率LED点胶技术封装胶体制备技术磷（荧）光质材料技术散热材料技术le共

28、晶焊、倒装焊芯片粘接技术高振动频率的磷光质多波长转换纳米晶体半导体材料新型感光剂设计技术有机复合成分的磷光质纳米尺度半导体的光学性评价技术与带电状态设计磷光质组合发现电子驱动器混色与波长转换照明系统光学器件背光源灯具可靠性与废弃新型衬底与散热材料新型封装结构芯片装配选择基数芯片装配和焊接技术灯具设计技术散热技术长期可靠性角度及温度稳定性建模工具发生器注释注释：图中椭圆注明专利分布1073608366445903298146半导体照明产业相关专利分布（按国别、技术领域）半导体照明产业相关专利分布（按国别、技术领域） MOCVD：608中国：29；美国：35德国：9；波兰：3日本：29；韩国：2意

29、大利：4；南非：1澳大利亚：1；瑞典：1美国：120；英国：2奥地利：3；法国：9中国：114；德国：35荷兰：9；爱尔兰：1日本：243；韩国：35美国：68；英国：5加拿大：5；瑞士：45；瑞士：4基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层缓冲层ELO GaN缓冲层缓冲层厚的可剥离的GaN缓缓冲层冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（P

30、VT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）蚀刻、芯片修理与纹理化金属化与薄膜晶片键合与薄膜转移器件工艺技术与装备单片白光LED绿色、蓝色与紫外LED红色LEDLED与集成LEDTFFC芯片制备技术选择性刻蚀技术光子晶体技术硅上GaN的剥离技术金属/薄膜转移技术用于刻蚀与抛光的激光切割技术光增强电化学刻蚀技术干法刻蚀技术VCSELs边缘发射激光器共振腔与超发光LED光电仿真工具定向发射器热控制的封装材料新型添加剂新型热阻材料虑紫外的封装材料模封大功率LED技术多芯片集成封装技术LED单芯片封装技术封装材料在

31、线芯片测试技术装备包装技术分选技术及装备芯片检测技术划片（切片）技术芯片封装墨水“印刷”新的合成技术涂敷磷光质磷光质粉浆与封装材料的集成纳米晶体磷光质封装材料与技术磷光质的合成与应用磷光质材料大功率灯具灯与电子装置砷化镓（砷化镓（GaAs）氧化锌（氧化锌（ZnO）氮化镓氮化镓(GaN)碳化硅（碳化硅（SiC）蓝宝石（蓝宝石（Al2O3）硅（硅（Si）氮化铝氮化铝(AlN)GaN材料材料AlGaInAs器件材料器件材料）AlGaInN器件材料器件材料AlGaInP器件材料器件材料绿色、蓝色、绿色、蓝色、紫外系列外紫外系列外延材料延材料红、黄、橙红、黄、橙系列外延材系列外延材料料反应器气体输送加热

32、和温度控制计算机及安全控制废气处理设备器件设计与装备技术溅射蒸发设备PECVDICP键合设备光刻设备芯片集成封装集成技术与照明系统器件工艺与装备封装装备技术智能切割技术激光剥离技术非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与激活技术激光剥离设备大功率LED点胶技术封装胶体制备技术磷（荧）光质材料技术散热材料技术le共晶焊、倒装焊芯片粘接技术高振动频率的磷光质多波长转换纳米晶体半导体材料新型感光剂设计技术有机复合成分的磷光质纳米尺度半导体的光学性评价技术与带电状态设计磷光质组合发现电子驱动器混色与波长转换照明系统光学器件背光源灯具可靠性与废弃电源驱动电路：37G

33、aN：10ZnO、ZnSe、GaNAs、GaNP等材料：3倒装芯片技术：118表面粗化技术：148芯片外形技术：56键合技术：265全方位反射膜：27金属键合剥离：309光子晶体：13微芯片阵列：21稀土黄荧光粉：32驱动程序可编：9系统集成技术及应用专利封装材料、工艺技术与装备专利芯片制备技术与装备专利外延材料技术与装备专利注释注释：下列标注图注明专利数量按照国别的专利分布比利时：1；瑞士：2德国：34；荷兰：8中国：282；法国：3日本：420；韩国：83瑞典：1；英国：3以色列：1；美国：118法国：1；荷兰：1中国：28；加拿大：1美国：2；英国：1日本：2；韩国：1散热技术：822次

34、光学设计：9功率LED白光：806检测与标准：40筛选与可靠性：7芯片测试分选：37奥地利：1；法国：3中国：582；德国：42荷兰：12；瑞典：2日本：253；韩国：36中国：24；美国：2日本：8；韩国：4ZnO：5SiC：25Ai2O3：67新型衬底与散热材料新型封装结构芯片装配选择基数芯片装配和焊接技术灯具设计技术散热技术长期可靠性角度及温度稳定性建模工具发生器GaN外延材料：107Ai2O3、SiC、GaN、ZnO等衬底材料专利、核心专利分布等衬底材料专利、核心专利分布 材料外延技术与装备领域核心专利注释注释：以图示表示专利分布薄GaN缓冲层缓冲层ELO GaN缓冲层缓冲层厚的可剥离

35、的GaN缓冲层缓冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）砷化镓（砷化镓（GaAs）（Gs）氧化锌（氧化锌（ZnO）氮化镓氮化镓(GaN)N)碳化硅（碳化硅（SiC）硅（硅（S）蓝宝石（蓝宝石（Al2O3）O

36、）硅（硅（Si）氮化铝氮化铝(AlN)GaN材料材料AlGaInAs器件材料器件材料）AlGaInN器件材料器件材料Al器件材料器件材料绿色、蓝色、紫外绿色、蓝色、紫外系系外延外延料料红、黄、橙系列外红、黄、橙系列外延材料延材料反应器气体输送加热和温度控制计算机及安全控制废气处理设备非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与技术一般专利1076083GaN核心专利：5：ZnO核心专利：4SiC核心专利：10Al2O3核心专利：19分析结论n1、材料外延与装备、芯片制备、封装材料、工艺技术与装备是目前专利争夺的重点，而系统集成技术及应用专利较少。n2、MOCV

37、D系统及功率型LED白光技术国外专利较多。n3、目前，衬底材料专利主要集中于蓝宝石（Al2O3）为主的材料，GaN、SiC、ZnO等衬底材料的专利相当较少。n4、金属键合剥离技术、键合技术、倒装芯片技术、表明粗化技术、LED衬底材料技术等上游技术，发达国家跨国公司和知名厂商通过专利加紧了争夺。n5、中国在封装材料、工艺技术方面的专利处于主导地位，我国企业在该领域将大有可为。n6、芯片制备专利主要以日本、中国、美国、韩国等国家为主，中国占据了一定的份额。从国外主要半导体照明知名企业在中国的专利情况看，Cree、Lumileds、Toyoda Gosei、Osram等国际知名公司还没有足够关注中国

38、市场，当前我国具有较大的发展空间。 （五）主导产品和关键技术分析1、技术和产品的指标研究2、主导产品分析3、关键技术分析4、技术和主导产品的关联分析5、关键技术专利分析（五）主导产品和关键技术分析n这一部分是技术路线图研究与制定的核心，主要采用文献调研、问卷调查、专家研讨等方式开展研究。其中问卷调查共发放问卷57份，结果如下：根据反馈情况，来自企业、研究机构、高校的专家比例分别为62%、31%、7%。1、技术和产品的指标研究 根据产品特性、技术因素、时间因素、国内基础、研发方式等多种要素的分析，确定所要调查的11项技术和产品指标，这些技术和产品指标通过产品特性形成有机的联系。通过这些指标对确定

39、的关键技术和主要产品进行问卷调查。这些要素也是未来绘制技术路线图的基本要素。1、技术和产品的指标研究n技术方面技术方面，主要涉及该技术对产业的重要性、我国的研发基础、技术发展途径、该技术对器件发光效率（单位lm/w）的作用及其实现时间、该技术发展受到的专利制约5项指标。 n器件层面器件层面，主要涉及不同时间预期实现的发光效率、寿命、成本三项指标。n产品层面产品层面，涉及产业发展中“道路照明、大尺寸背光源、汽车照明、通用照明”四种主要产品的“首次应用时间、大规模商业化应用时间、所需LED的发光效率”三项指标。2、主导产品分析 2 20 00 08 8- -2 20 00 09 9 2 20 01

40、 10 0- -2 20 01 12 2 2 20 01 13 3- -2 20 01 15 5 2 20 01 15 5- -2 20 02 20 0 发发 光光 效效 率率 70-100lm/W 100-130lm/W 130-150lm/W 150-200lm/W 寿寿 命命 20kh 30kh 50kh 50-70kh 购购 置置 成成 本本 140元 /1000 lm 100元 /1000 lm 70元 /1000 lm 35元 /1000 lm 产品的器件目标专家对半导体照明器件预期实现发光效率的判断（专家比例：）专家对半导体照明器件预期实现发光效率的判断（专家比例：） 半导体照明

41、器件预期寿命（单位：kh） 半导体照明器件成本（单位：元/1000lm） 半导体照明产品首次市场应用和大规模应用时间表（年）产 品 首 次 应 用 时 间 大 规 模 商 业 化 应 用 时 间 上 四 分 点 中 位 数 下 四 分 点 上 四 分 点 中 位 数 下 四 分 点 道 路 照 明 2008 2008 2009 2010 2013 2014 大 尺 寸 背 光 源 2008 2008 2009 2011 2012 2014 汽 车 照 明 2008 2010 2011 2012 2014 2016 通 用 照 明 2008 2011 2013 2013 2015 2020 产品

42、市场规模分析 3、关键技术分析 采用文献调研、问卷调查、专家研讨等方式，收集到国内外产业发展主要技术，在考虑到技术发展的延续性、产业及其技术国际竞争特点、技术的实现时间、技术对未来主导产品的贡献等要素，已收集产业发展关键技术102项进行分析、归纳整理，凝练成37项。具体分布如下：9其他技术102278201622标准、检测平台应用集成技术045378812封装工艺芯片制备材料、外延、装备合计37项技术在技术全图中的分布单芯片白光技术功率型GaN基芯片设计、加工工艺基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层缓冲层ELO GaN缓冲层缓冲层厚的可剥离的GaN缓冲层缓冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定

43、硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）蚀刻、芯片修理与纹理化金属化与薄膜晶片键合与薄膜转移器件工艺技术与装备单片白光LED绿色、蓝色与紫外LED红色LEDLED与集成LEDTFFC芯片制备技术选择性刻蚀技术光子晶体技术硅上GaN的剥离技术金

44、属/薄膜转移技术用于刻蚀与抛光的激光切割技术光增强电化学刻蚀技术干法刻蚀技术VCSELs边缘发射激光器共振腔与超发光LED光电仿真工具定向发射器热控制的封装材料新型添加剂新型热阻材料虑紫外的封装材料模封大功率LED技术多芯片集成封装技术LED单芯片封装技术封装材料在线芯片测试技术装备包装技术分选技术及装备芯片检测技术划片（切片）技术芯片封装墨水“印刷”新的合成技术涂敷磷光质磷光质粉浆与封装材料的集成纳米晶体磷光质封装材料与技术磷光质的合成与应用磷光质材料大功率灯具灯与电子装置砷化镓（砷化镓（GaAs）氧化锌（氧化锌（ZnO）氮化镓氮化镓(GaN)碳化硅（碳化硅（SiC）蓝宝石（蓝宝石（Al2O

45、3）硅（硅（Si）氮化铝氮化铝(AlN)GaN材料材料AlGaInAs器件材器件材料料）AlGaInN器件材器件材料料AlGaInP器件材器件材料料绿色、蓝色、绿色、蓝色、紫外系列外紫外系列外延材料延材料红、黄、橙红、黄、橙系列外延材系列外延材料料反应器气体输送加热和温度控制计算机及安全控制废气处理设备器件设计与装备技术溅射蒸发设备PECVDICP键合设备光刻设备芯片集成封装集成技术与照明系统器件工艺与装备封装装备技术智能切割技术激光剥离技术非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与激活技术激光剥离设备大功率LED点胶技术封装胶体制备技术磷（荧）光质材料技术

46、散热材料技术le共晶焊、倒装焊芯片粘接技术高振动频率的磷光质多波长转换纳米晶体半导体材料新型感光剂设计技术有机复合成分的磷光质纳米尺度半导体的光学性评价技术与带电状态设计磷光质组合发现电子驱动器混色与波长转换照明系统光学器件背光源灯具可靠性与废弃系统集成技术及应用封装材料、工艺技术与装备芯片制备技术与装备外延材料技术与装备注释注释：下列标注图注明关键技术新型衬底与散热材料新型封装结构芯片装配选择基数芯片装配和焊接技术灯具设计技术散热技术长期可靠性角度及温度稳定性建模工具发生器提高内量子效率和出光效率的外延生长技术GaN、AlN等新型衬底制备技术HVPE装备国产化关键技术金属有机源及高纯氨气产业

47、化技术开发非极性外延技术偏振光LED外延技术高效紫外外延材料制备技术非蓝宝石衬底外延技术图形化衬底外延技术AlInGaN四元系材料外延技术光子晶体技术和应用微芯片集成技术新型氧化物透明电极体系抗静电能力提高散热和取光效率的新工艺、新技术芯片分捡等工艺设备研发AlInGaP功率型芯片技术低热阻大功率LED封装技术电路板上直接芯片封装（COB）RGB三基色白光封装技术多芯片组合封装技术UV LED白光封装高折射率大功率封装用硅胶、透镜材料等开发LED白光用荧光粉的研发及性能改进光学设计高效率驱动电路灯具散热技术LED灯具模拟技术微光学技术和应用LED寿命评估及性能分析图图4-2 4-2 半导体照明

48、产业技半导体照明产业技术发展重点术发展重点对器件发光效率达到70100 lm/w比较重要的技术及其实现时间编编号号 技技术术项项目目 重重要要性性 指指数数 前前四四 分分点点 中中位位数数 后后四四 分分点点 1 提高内量子效率和出光效率的外延生长技术 95.83 2008 2009 2009 13 功率型GaN基芯片设计、加工工艺 88.04 2008 2009 2009 18 提高散热和取光效率的新工艺、 新技术 85.00 2008 2009 2009 21 低热阻大功率LED封装 84.62 2008 2009 2009 27 LED白光用荧光粉的研发及性能改进 79.81 2008

49、 2009 2011 2 图形化衬底外延技术 77.17 2008 2009 2010 9 AlInGaN四元系材料外延技术 75.00 2008 2009 2011 29 光学设计 74.04 2008 2009 2009 31 灯具散热技术 73.96 2008 2009 2009 19 AlInGaP功率型芯片技术 72.83 2008 2009 2010 n对器件发光效率达到70100 lm/w比较重要的技术及其实现时间 对器件发光效率达到150200 lm/w比较重要的技术及其实现时间 编号编号 技术项目技术项目 重要性重要性 指数指数 前四前四 分点分点 中位数中位数 后四后四 分

50、点分点 1 提高内量子效率和出光效率的外延生长技术 98.08 2015 2018 2020 13 功率型 GaN 基芯片设计、加工工艺 89.42 2014 2016 2018 21 低热阻大功率 LED 封装 88.89 2014 2016 2018 18 提高散热和取光效率的新工艺、新技术 86.54 2014 2016 2018 10 MOCVD 装备国产化关键技术 85.58 2015 2017 2019 31 灯具散热技术 85.19 2014 2017 2018 34 LED 标准体系研究与标准制定 82.76 2012 2015 2018 27 LED 白光用荧光粉的研发及性能

51、改进 82.69 2013 2015 2017 29 光学设计 79.63 2014 2016 2018 30 高效率驱动电路 78.7 2013 2016 2018 4、技术和主导产品的关联分析专家对半导体照明器件预期实现发光效率的判断（专家比例：）专家对半导体照明器件预期实现发光效率的判断（专家比例：）专家对半导体照明产品所需器件发光效率的判断（专家比例：） 5、关键技术专利分析n通过收集的专利数据，对调查的关键技术的知识产权情况进行了更深入的分析。如材料外延技术与装备领域，材料外延技术与装备领域，主要涉及GaAs、Al2O3、SiC、Si、ZnO等衬底材料与外延材料，及其MOCVD系统（

52、包括MO源、高纯NH3气等）相关制备装备技术。LED产业技术路线图中，此领域所需要重点发展的关键技术包括6项技术，具体如下：n提高内量子效率和出光效率的外延生长技术n图形化衬底外延技术nAlGaInP四元系材料外延nMOCVD装备国产化关键技术n金属有机源及高纯氨气产业化技术开发n非蓝宝石衬底外延技术材料外延与装备领域关键技术专利制约分布图材料外延与装备领域关键技术专利制约分布图 材料外延与装备领域关键技术专利分析结论材料外延与装备领域关键技术专利分析结论nMOCVD系统的技术的专利主要被发达国家（德国、美国等）所掌握，对中国形成专利技术壁垒；Al2O3与SiC衬底材料的专利受到的制约也相对较

53、大，但是ZnO、Si等衬底材料的专利制约较小，存在较大的发展空间，为未来衬底材料的突破提供了可能性。 技术路线图 （六）发展路径选择和技术发展重点 n1.衬底材料技术路径 当前衬底材料是多路径发展趋势。 蓝宝石是当前的主流技术，但是一个过渡性技术，未来35年将被其他材料取代。 未来主要技术方向可能是GaN和Si衬底。目前，GaN正处于研发的前沿，各国都存在一定的发展机会。硅衬底我国具有较好的研发基础，知识产权制约小，并具有成本低的优势，可能成为我国半导体照明产业发展的一个机会。n我国半导体照明应主要以以GaN衬底和衬底和Si衬底的技术研发为重点衬底的技术研发为重点，兼顾氧化锌等衬底材料的研发。（六）发展路径选择和技术发展重点2. 核心装备的技术路径核心装备的技术路径nMOCVD装备是提升产业竞争能力的核心，我国MOCVD装备需求将大量增长。n国内基础差，自主研发可能性不大；我国研发能力不足，联合开发的可能性几乎没有。因此，MOCVD装备的研发只能走引进消化吸收再创新的道路。n路径：通过引进消化吸收再创新，攻克核心技术，形成自己的知识产权，实现MOCVD装备的国产化，并力争未来5年左右时间形成MOCVD装备的重大应用。 （六）发展路径选择和技术发展重点3. 技术发展重点 我国半导体照明产业技术研