发布时间: 2019-07-04
想象一下，你有一副柯南那种可追踪定位的眼镜，或是在驾驶时汽车前挡风玻璃上显示出地图等信息而又不遮挡视线，抑或是佩带的智能手表投射出一个“虚拟显示屏”等，这些场景随着照明和显示技术的不断发展，或许距离人们的现实生活已不再遥远。
照明和显示领域的一次又一次革新，总是由半导体技术的不断发展所推动。随着第三代半导体材料的突破和蓝、绿、白光 LED 的问世，传统灯具的主导地位被推翻，新型节能的 LCD 和 LED 显示屏强势进入市场。自此，以氮化镓（GaN）为核心制成的新一代节能光源涌入人们生活的各个场景中。
但任何技术的发展总会遇到瓶颈，在历经 30 余年后，传统氮化镓材料带来的产业升级滞步不前。一方面，材料本身面临着诸多问题，如材料内部的极性问题，产生的极化场（压电场）会引发量子效率下降、绿光光隙、波峰蓝移等，这制约了光电子产业的进一步发展；另一方面，更大功率照明的需求、各种新型显示技术（AR/VR、投影等）的陆续出现，都对新技术、新材料有迫在眉睫的需求。
这对矛盾有解吗？业内众多专家的共识是，半极性氮化镓材料或许是下一代照明技术的最优解决方案。这已经在实验室阶段获得了证明，但在“如何实现量产”上还困难重重。即便是极性氮化镓材料的发现者、诺贝尔物理奖得主中村修二教授，多年来在半极性领域的研究也不尽如人意。
如今，一家成立于耶鲁、扎根在西安的，专注于半导体新材料研发和生产的科技企业——赛富乐斯（Saphlux），成功实现了工业级半极性氮化镓材料的量产。赛富乐斯所研发生产的新材料可帮助 LED、激光和功率电子器件大幅提升性能；同时，赛富乐斯深入产业，因市场需求开发了一种“NPQD全彩转换技术”，能解决被誉为“下一代显示革命”的Micro-LED技术在生产制备上的大问题，让包括三星、苹果、LG、Google 在内的知名厂商“视若珍宝”。
技术与商业的缘分碰撞
“世间所有的相遇都是久别重逢”，用在赛富乐斯的CEO 陈辰和CTO 韩仲身上可谓恰到好处。一位是希望从工业界转型至商界的机械博士，另一位则是在实验室深耕技术多年的名校教授，两者的相逢或许多年之后会在半导体发光材料的发展史上留下一抹辉光。
图 | 赛富乐斯的两位创始人：韩仲（左），耶鲁大学 William Norton 教授、氮化镓领域专家；陈辰（右），清华本科、哈佛博后、耶鲁 MBA（来源：西安赛富乐斯）
在结束了哈佛大学博士后的工作之后，陈辰于 2011 年加入了斯伦贝谢，这是一家全球知名的油田服务公司。在斯伦贝谢，陈辰成功做出了一款革命性的钻头，并将其转化为成熟的产品，可显著降低钻井的成本。
初尝创新的红利，陈辰对新技术转化所带来的产业突破着了迷。
2014 年 7 月，陈辰离开斯伦贝谢，前往耶鲁大学就读 MBA，将自己职业规划拨向商业领域。每一个故事的结束，正是另一个故事的开始。在耶鲁校园，他遇见了在半导体发光材料领域浸淫多年的韩仲教授。因为有着对技术商业化的极高敏感度，陈辰对韩仲在半极性氮化镓领域的先进研究成果十分感兴趣。
目前 LED 照明使用的氮化镓材料，大多采用蓝宝石（Al2O3）衬底，其结构是六方晶格结构，常被应用的切面有 A-Plane、C-Plane 和 R-Plane。由于 C 面与 III-V 族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，因此 C 面的蓝宝石更适合做氮化镓的衬底。但这样生长的材料为极性氮化镓，应用时内部会产生压电场，影响 LED 的发光强度和效率，同时色彩的纯净度和强度也难以保证。
若要解决极化问题，就需要将氮化镓的晶体方向由极性转向为半极性（与C面有偏角的晶体方向），而韩仲在半极性氮化镓研究领域积累的深厚经验和创新设计，从晶体的生长入手解决问题，可极大提高电子和空穴的结合率。
两人结识后，一拍即合便开始创业，决定要量产半极性氮化镓材料，实现其商业化。2014 年年底，赛富乐斯在耶鲁校园里创立。
“三年不鸣鸟”筑巢于西安
公司成立之后，陈辰和韩仲的团队一方面在行业内做推广，另一方面计划攻克大尺寸半极性材料生产的难题。然而材料领域的技术研发，并非他们设想得那样顺利——资金到位之后，产品会很快从实验室技术转化而来。
问题的源头，要追溯到半极性氮化镓材料的制备方法。传统的半极性材料制备方法，通常是采用切片方式从块状氮化镓材料上切削出所需求厚度的片材，这种方式自然难以量产。
图 | 传统的 HVPE+ 斜切的方法 （来源：西安赛富乐斯）
随着MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）技术的发展，给半极性材料生产提供了新的制备思路：直接“生长”成材。但是如何准确且实时地控制材料的生长形态和性能，并要保证“炉子”里生长的同一批材料有良好的稳定性和良品率，这些都是摆在研究团队面前的重重难关。
图 | MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）设备 （来源：西安赛富乐斯）
从 2014 年年底到 2016 年年中，赛富乐斯团队终于突破了上述难题，实现了 2 英寸半极性氮化镓外延片的生产。其实，采用 MOCVD 技术生长氮化镓也是业内的共识，圈子内投入研究的不少，关键是看谁摸索到了最佳的工艺流程并提出创新。
这就好比几名厨师用相同的食材做同一道菜，食材的刀工、预先处理，烹饪时火力和火候，调料的种类和分量等因素千差万别，最后只有一名厨师做出了美味佳肴，被评选为“食神”。
对于“长晶”技术，陈辰认为属于实验科学的范畴，这与人工智能的“黑箱”比较类似，很难完全理解一种材料放进去后，再长出另一种材料是怎么一回事。所以突破的取得，既要基于大量实验的不断调整与尝试，还要在关键点上拥有创新的想法。只有如此，制备技术才能得以优化，而这些创新点正是赛富乐斯团队的最大优势，也是公司申请专利技术的关键。
在解决了 2 英寸半极性氮化镓外延片生产问题的同时，公司也开始寻找可以落地生产的场地。他们最初计划在耶鲁大学附近租地建厂。但这时中科创星的一名投资经理从行业媒体上发现了赛富乐斯的信息，主动联络了陈辰，同时还带来了陕西光电子集成电路先导技术研究院这个“一站式服务孵化平台”。该平台本身拥有完善的从外延到芯片的制备能力，包括4 套昂贵的 MOCVD 生产设备，这样一来极大地减小了赛富乐斯在初期建设上的压力。
陈辰表示，如果当初真在美国建厂，公司可能就“死掉了”。即便赛富乐斯至今已完成由真格、耶鲁、利亚德、中科创星等机构投入的两轮约 1100 万美元的投资，从头开始建厂也是“不够看的”。毕竟一套完整的 MOCVD 生产设备的价格大概接近 300 万美元，若没有西安平台的基础支持，初期可能连4套生产设备都买不起。
这也验证了半导体创业公司，甚至是很多依靠“硬科技”创业的公司都不太容易发展的原因——本身对资本投入的要求太高，不是初创公司可以承受的。
陕西光电子集成电路先导技术研究院的“一站式服务孵化平台”刚好帮助赛富乐斯解决了这个问题，这一称为“筑巢引凤”的模式，恰好解决了半导体人创业的痛点。在 2017 年，赛富乐斯正式落户于西安。
2017 年 11月，赛富乐斯正式上线了 4 英寸半极性氮化镓材料，并在 2018 年 3 月实现了其规模生产，良率可达 95% 以上。
图 | 4 英寸半极性氮化镓外延片（来源：西安赛富乐斯）
“三年不鸣，一鸣惊人”，赛富乐斯一举成为全球首家可以量产工业级半极性氮化镓材料的公司。
谁来驱动产品？
在实现 4 英寸半极性氮化镓材料的生产之前，赛富乐斯团队一直秉持“技术驱动产品”的理念，但并非更先进、性能更好的材料就会被市场大规模接纳。因为现有 LED 的产业链已经非常完善，在满足性能需求的同时，还价格低廉。
虽然赛富乐斯解决了量产问题，但综合考虑其性价比，很难打入传统 LED 市场。他们在技术和性能上赢得了认可，却未得到传统 LED 厂家的订单。陈辰回忆起这段经历，认为这让他乃至整个团队对科技创业的认识发生转变。
很多技术型公司，通常习惯“拿着锤子找钉子”，但问题是找到钉子之后，手上的锤子未必就匹配。“拿着一把雷神大锤上门，结果人说我们这的钉子用不上”，这是初期市场推广留给陈辰的印象。
随后，赛富乐斯在与市场不断接触的过程中成长、学习，并逐渐转变产品思维。走过弯路，跌过跟头，最终找到了“技术驱动产品”与“市场需求推动产品”两种思维模式的平衡点。
一方面走高端市场路线，寻找到半极性氮化镓晶圆与半极性绿光外延片的销售对象。针对大功率照明、绿光激光和 Micro-LED、高端绿光 LED 的应用市场进行销售，保证了公司在材料生产上取得盈利。
另一方面在了解市场需求后，迅速开发出NPQD 色彩转换技术：该技术制造工艺简单、成本较低且效率高，极有可能在未来显示技术“Micro-LED 时代”占有一席之地。
由于5G 的到来以及游戏、直播、家庭影院、AR/VR、车载 HU D等领域的快速发展，相关产业对显示技术逐步提出了更高的要求。2018 年，伴随着索尼、三星、苹果、海信等各大厂商纷纷入场布局 Micro-LED 及激光显示领域，新一代显示技术的革命已悄然开启。
图 | LCD、OLED 巨量转移和全彩 Micro-LED 综合对比 （来源：西安赛富乐斯）
Micro-LED 拥有分辨率高、能耗低、响应速度快等种种优势，但由于成本问题，始终制约着 Micro-LED 从技术落到产业化。而降低 Micro-LED 成本的关键，在于芯片微缩、巨量转移，以及色彩转换等工艺/制造瓶颈的突破。
赛富乐斯研发的 NPQD 色彩转换技术，正是因为敏锐地发现了市场的需求，加上自身在半极性氮化镓材料上的领先优势，找到“破局”的关键。
NPQD 代表纳米孔量子点，是 LED 内部的一种纳米结构。赛富乐斯开发的纳米孔是一种具有创造性的纳米结构，该结构可以在 LED 内部制作形成用以容纳量子点。由于光在纳米孔内具有强烈的散射效应，在传播过程中的有效光径被大大增强，从而提高量子点的光转换效率。
该技术在 2019 年的 SID Display Week 展会上发布后，引起了行业及客户的极大关注。在发布会现场，包括三星、苹果、LG、Google在内的众多国际知名厂商闻风而至，于现场咨询洽谈，均表示了合作的兴趣。
LEDinside 预估，在 2025 年中大尺寸 Micro-LED 显示器市场规模将达到 19.8 亿美元， 占整个应用的 68％ 。同时，Micro-LED 显示器市场在 2020 年后会引入智能手机及 AR/VR 的应用，并在 2025 年达到 3.3 亿台的出货量。
大尺寸公用显示器、Micro-LED TV 等领域或将需要 3 - 5 年的开发及产业化发展期。而文章开头对显示技术的期待，也需要Micro-LED 取得突破性发展，才能真正落实到我们的日常生活中。
对于赛富乐斯公司的发展，陈辰表示现阶段会根据市场需求去设计产品，以提供技术解决方案为主。但在 Micro-LED 技术发展到一定程度时，会借助西安厂区拥有的全套生产线，进军现阶段市场尚属空白的小型 Micro-LED 屏幕生产领域。
“人类有超过 70% 的信息交互是通过显示技术来实现的，我们希望通过自己的尝试，能为人类显示和照明技术带来变革，用创新的力量点亮世界，推动社会文明进步。”陈辰如是说。
