博士后歸國(guó)創(chuàng)業(yè)，在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中大顯身手

來源：張通社 zhangtongshe.com

主筆：強(qiáng)亞娟

編輯：和瀟然

在張江一家企業(yè)的辦公室里，我們看到了一塊直徑約5厘米的白色半透明、塑料質(zhì)感的小圓片。這個(gè)形狀類似普通塑料的東西，卻是能源的“材料之星”，是被稱為“半導(dǎo)體材料界新神明”的氮化鎵（GaN）晶片。

作為國(guó)內(nèi)較早致力于以第三代半導(dǎo)體材料GaN為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體企業(yè)，這家公司于今年年初宣布其在Micro LED芯片研發(fā)上取得重大進(jìn)展，僅通過三個(gè)月的研發(fā)，就一次性全屏點(diǎn)亮了適合微顯示的5μm Micro LED芯片陣列，同時(shí)成功研發(fā)出16*27微米直顯用薄膜倒裝Micro LED芯片，突破了微顯示用Micro LED芯片制備的關(guān)鍵技術(shù)，受到了業(yè)界和媒體的廣泛關(guān)注。

這家企業(yè)就是上海芯元基半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“芯元基半導(dǎo)體”），創(chuàng)立于2014年。

回望芯元基半導(dǎo)體的發(fā)展歷程，從無到有，從暗中摸索到一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破，它走過了一條在第三代半導(dǎo)體賽道上乘風(fēng)破浪的道路。在與公司創(chuàng)始人郝茂盛的交談中，我們聆聽了他從科研者轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)業(yè)者的故事，以及公司的過去、今天和未來。

01、20年行業(yè)積淀成為GaN材料領(lǐng)域的先行者

郝茂盛是甘肅平?jīng)鋈耍?985年考入蘭州大學(xué)物理系，初步接觸了半導(dǎo)體領(lǐng)域的知識(shí)。盡管那個(gè)時(shí)代信息閉塞，但地處西北的蘭州大學(xué)卻集結(jié)了優(yōu)秀的師資力量，人才輩出，成果斐然。

▲ 芯元基半導(dǎo)體創(chuàng)始人 郝茂盛

在蘭州大學(xué)讀完本科和碩士后，他于1992年考入中科院半導(dǎo)體所，攻讀光電材料和器件工學(xué)博士學(xué)位。讀博期間，他師從中國(guó)早期半導(dǎo)體硅材料奠基人梁駿吾院士，開始了化合物半導(dǎo)體的MOCVD外延層生長(zhǎng)技術(shù)的研究。當(dāng)時(shí)，以砷化鎵、磷化銦等化合物半導(dǎo)體為代表的第二代半導(dǎo)體材料才剛剛起步，而郝茂盛作為先行者已有了初步探索。

氮化鎵（GaN）作為第三代半導(dǎo)體的核心關(guān)鍵材料，其性能優(yōu)勢(shì)和商業(yè)價(jià)值近幾年逐漸凸顯，在半導(dǎo)體照明、顯示、電子功率器件以及5G射頻等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1995年博士畢業(yè)后，郝茂盛爭(zhēng)取到了去日本繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，先后在日本名古屋工業(yè)大學(xué)和德島大學(xué)擔(dān)任博士后。“從GaN領(lǐng)域全球技術(shù)發(fā)展來看，日本是起步較早的國(guó)家，名古屋工業(yè)大學(xué)和德島大學(xué)都是國(guó)際知名的半導(dǎo)體材料研發(fā)機(jī)構(gòu)，90年代初日本在GaN材料技術(shù)方面取得了重大突破，開發(fā)出坎德拉級(jí)別的高亮度LED。”郝茂盛回憶，天時(shí)加上地利，他正好進(jìn)入了GaN領(lǐng)域。

不久后，郝茂盛受邀加入新加坡先進(jìn)材料研究院擔(dān)任Senior Research Fellow，從事GaN材料和光電器件的研究開發(fā)，主要研發(fā)任務(wù)是利用側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù)，制作GaN激光器。2002年獲得日本國(guó)立大學(xué)客員副教授資格，重新回到名古屋工業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)由日本大洋酸素資助的GaN基MOCVD外延項(xiàng)目。

郝茂盛感到慶幸，因?yàn)橄噍^于一些科研工作者在不同的領(lǐng)域跳躍，自己較早進(jìn)入了GaN材料領(lǐng)域，并持續(xù)深耕著。無論是在日本還是新加坡，他參與的所有研發(fā)工作都是和富士通、日立等大型公司直接合作的項(xiàng)目，在國(guó)外工作期間作為負(fù)責(zé)人或主要完成人共參與科研項(xiàng)目5項(xiàng)，與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合十分緊密。

02、歸國(guó)創(chuàng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新讓他找到新方向

2000年以來，中國(guó)照明市場(chǎng)逐漸步入LED時(shí)代，LED半導(dǎo)體照明作為新一代替代產(chǎn)品，沖擊節(jié)能燈的“主流替代”地位，以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體概念隨之被熱炒。

與此同時(shí)，“歸國(guó)創(chuàng)業(yè)潮”漸成氣候，一大批高端留學(xué)人才被中國(guó)“廣攬?zhí)煜掠⒉?rdquo;的科研環(huán)境吸引。在“丹鳳歸巢”的景象下，郝茂盛于2006年正式回國(guó)，決定將國(guó)外積累的豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果運(yùn)用到我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展中。

上海張江成為他展露鋒芒的第一站。2008年經(jīng)甘子釗院士和張國(guó)義教授介紹，郝茂盛加入上海藍(lán)光科技，任技術(shù)副總經(jīng)理，主管技術(shù)中心、技術(shù)質(zhì)量部，分管公司的新品研發(fā)、產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量工作，負(fù)責(zé)國(guó)家及地方專項(xiàng)課題、公司內(nèi)部研發(fā)課題推進(jìn)等。

在藍(lán)光科技工作期間，他參與和推動(dòng)了GaN基LED芯片技術(shù)進(jìn)步。在他的主導(dǎo)下，藍(lán)光科技不僅成功開發(fā)出國(guó)內(nèi)第一個(gè)高亮度的綠光LED芯片并達(dá)到量產(chǎn)，也成為國(guó)內(nèi)首家將藍(lán)寶石圖形襯底（PSS）做到量產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)。

實(shí)踐出真知，更激發(fā)靈感。這段工作經(jīng)歷不僅為他帶來寶貴的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，更讓他從中看到了創(chuàng)業(yè)契機(jī)。2014年，他在張江創(chuàng)辦了芯元基半導(dǎo)體，就像“芯元基”三個(gè)字所詮釋的，立志打造高效能的GaN基芯片技術(shù)平臺(tái)。

“當(dāng)年在國(guó)外研發(fā)GaN激光器的時(shí)候，為了降低GaN的位錯(cuò)密度，我利用了側(cè)向外延生產(chǎn)技術(shù)，在這方面做了大量工作。在藍(lán)光科技工作一段時(shí)間后，我意識(shí)到藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱性差，加工的難度比較大。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，我提出了復(fù)合圖形襯底技術(shù)，相比于藍(lán)寶石圖形襯底，它能將GaN材料里的位錯(cuò)密度降得更低，做出的器件性能會(huì)更優(yōu)越。”——芯元基半導(dǎo)體創(chuàng)始人郝茂盛

郝茂盛坦言，芯元基創(chuàng)立之初的定位是技術(shù)供應(yīng)商，即將復(fù)合圖形襯底技術(shù)供應(yīng)給生產(chǎn)LED芯片的企業(yè)。早在2020年，公司就基于其獨(dú)創(chuàng)的藍(lán)寶石復(fù)合圖形襯底技術(shù)，開發(fā)出了低位錯(cuò)密度的高阻GaN材料，也可用于電子功率器件和微波射頻器件等的制備。

技術(shù)創(chuàng)新往往源于不斷挖掘，也會(huì)在探索中找到新的方向。在團(tuán)隊(duì)研發(fā)復(fù)合圖形襯底技術(shù)的過程中，郝茂盛又發(fā)現(xiàn)了GaN外延結(jié)構(gòu)和外延襯底化學(xué)剝離技術(shù)。“盡管藍(lán)寶石是目前LED的主流襯底材料，但由于其本身不導(dǎo)電、不散熱的的特性會(huì)影響LED器件的發(fā)光效率，做器件工藝會(huì)比較麻煩。如果能把GaN膜與藍(lán)寶石分離開，就可以做一些高端的器件結(jié)構(gòu)，我們的技術(shù)就大有可為。”

看準(zhǔn)了更廣闊的的市場(chǎng)價(jià)值，在完全自研的藍(lán)寶石復(fù)合圖形襯底技術(shù)和側(cè)向外延生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，郝茂盛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)解決了大量的工程問題，終于使他們獨(dú)創(chuàng)的化學(xué)剝離技術(shù)日益成熟，達(dá)到了可以大批量、規(guī)?；慨a(chǎn)的程度，擺脫藍(lán)寶石襯底對(duì)GaN芯片散熱的影響。

與行業(yè)現(xiàn)有的激光剝離藍(lán)寶石襯底技術(shù)相比，芯元基半導(dǎo)體獨(dú)創(chuàng)的化學(xué)剝離藍(lán)寶石襯底技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)100%的剝離良率，而且對(duì)GaN，特別是InGaN量子阱無損傷，在規(guī)?；慨a(chǎn)后具備較明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

03、發(fā)力Micro LED新戰(zhàn)場(chǎng)打破國(guó)外技術(shù)壟斷

歷經(jīng)近8年的潛心研發(fā)，芯元基半導(dǎo)體已經(jīng)形成了以藍(lán)寶石復(fù)合圖形襯底技術(shù)（DPSS）、化學(xué)剝離技術(shù)和晶圓級(jí)批量轉(zhuǎn)移技術(shù)等為核心的完整技術(shù)體系，這些技術(shù)是制造高端光電子器件的核心技術(shù)，在中國(guó)、美國(guó)、日本及中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)均已獲專利授權(quán)，打破了該領(lǐng)域技術(shù)的國(guó)外壟斷，技術(shù)水平位于全球前列。

在郝茂盛看來，創(chuàng)業(yè)不光是解決行業(yè)技術(shù)難題，更是為了在技術(shù)進(jìn)步中引領(lǐng)時(shí)代潮流，滿足新的需求。在經(jīng)過了長(zhǎng)期的技術(shù)積累與沉淀之后，2021年底，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以GaN技術(shù)為基礎(chǔ)，挺進(jìn)Micro LED賽道。

Micro LED被視為下一代微顯示器技術(shù)，也是未來顯示技術(shù)的主流趨勢(shì)，被業(yè)界譽(yù)為“終極顯示技術(shù)”，諸多巨頭如康佳、索尼、三星等均在積極布局Micro LED 技術(shù)，如三星已向市場(chǎng)推出了成熟的產(chǎn)品。相較于LCD和OLED，Micro LED具有更輕薄、高解析度、低功耗、高亮度、反應(yīng)時(shí)間快、可視角度大等方面的優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)規(guī)模十分可觀。有調(diào)研機(jī)構(gòu)根據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)表明，當(dāng)Micro LED在消費(fèi)電子終端年出貨滲透率達(dá)到50%時(shí)，按照折合每片（2英寸片）200元的價(jià)格計(jì)算，Micro LED芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3800億元，潛在市場(chǎng)發(fā)展空間巨大。

郝茂盛表示，芯元基半導(dǎo)體的Micro LED芯片主要有兩個(gè)應(yīng)用方向，一個(gè)是車載、智能手表等商用顯示領(lǐng)域，一個(gè)是AR/VR等新興市場(chǎng)，目前公司已經(jīng)開始與國(guó)內(nèi)知名廠商展開合作，送樣測(cè)試，也拿到了一些研發(fā)訂單。

“盡管我國(guó)已經(jīng)是全球LED芯片的生產(chǎn)供應(yīng)大國(guó)，但Micro LED作為高端芯片離不開激光剝離環(huán)節(jié)。目前國(guó)內(nèi)掌握激光剝離技術(shù)并能用于穩(wěn)定生產(chǎn)的企業(yè)不多，該技術(shù)本質(zhì)上對(duì)材料也有損害。我們的化學(xué)剝離技術(shù)和現(xiàn)有的半導(dǎo)體晶元加工技術(shù)有非常好的兼容性，可以實(shí)現(xiàn)晶元級(jí)巨量轉(zhuǎn)移，從而加速M(fèi)icro LED顯示產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。”——芯元基半導(dǎo)體創(chuàng)始人郝茂盛

一路走來，芯元基半導(dǎo)體在一次次技術(shù)迭代中實(shí)現(xiàn)突破，也吸引來了眾多投資機(jī)構(gòu)下場(chǎng)投資。2017年4月，芯元基完成天使輪融資，投資方為創(chuàng)徒叢林；2018年3月，完成Pre-A輪融資，投資方為張江科投，同年11月獲得由中微半導(dǎo)體領(lǐng)投的數(shù)千萬元A輪融資；2021年4月，芯元基又獲逾億元B輪融資，投資方包括浦東科創(chuàng)、張江高科、上海自貿(mào)區(qū)基金和杭州創(chuàng)徒等，著力打造其在安徽省池州市落地的首條GaN基DPSS襯底和高端薄膜芯片規(guī)?；a(chǎn)線。

風(fēng)口之下，競(jìng)爭(zhēng)局勢(shì)異常激烈，但郝茂盛已運(yùn)籌于帷幄之中。“未來3-5年，我們規(guī)劃將Micro LED芯片產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)，并繼續(xù)專注以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體，重點(diǎn)投入微波射頻、5G 通信與新能源汽車等前沿領(lǐng)域應(yīng)用，研發(fā)性價(jià)比更高的電子功率器件，以打破國(guó)際廠商對(duì)高端電子器件的市場(chǎng)壟斷。”

點(diǎn)亮世界，是人類改造自然中永恒的主題。從鉆木取火到油燈蠟燭，從蒸汽機(jī)到電氣化，從熒光燈、白熾燈到節(jié)能LED，從2D到3D，一次次智慧的火種，照亮了人類文明的發(fā)展史。

曾幾何時(shí)，半導(dǎo)體行業(yè)流傳這樣一段預(yù)言：“假如把我國(guó)所有路燈都換成LED燈，每年節(jié)省的電量相當(dāng)于3個(gè)三峽電站的年發(fā)電量。”現(xiàn)如今，郝茂盛正帶領(lǐng)著芯元基半導(dǎo)體，順著LED照明掀起的第三次半導(dǎo)體材料革命浪潮，將這一技術(shù)構(gòu)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，成為支撐新一代信息技術(shù)、節(jié)能減排和智能制造的“核芯”力量。