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来源：张通社 zhangtongshe.com
主笔：强亚娟
编辑：和潇然
在张江一家企业的办公室里，我们看到了一块直径约5厘米的白色半透明、塑料质感的小圆片。这个形状类似普通塑料的东西，却是能源的“材料之星”，是被称为“半导体材料界新神明”的氮化镓（GaN）晶片。
作为国内较早致力于以第三代半导体材料GaN为基础的半导体企业，这家公司于今年年初宣布其在Micro LED芯片研发上取得重大进展，仅通过三个月的研发，就一次性全屏点亮了适合微显示的5μm Micro LED芯片阵列，同时成功研发出16*27微米直显用薄膜倒装Micro LED芯片，突破了微显示用Micro LED芯片制备的关键技术，受到了业界和媒体的广泛关注。
这家企业就是上海芯元基半导体科技有限公司（以下简称“芯元基半导体”），创立于2014年。
回望芯元基半导体的发展历程，从无到有，从暗中摸索到一项项关键技术突破，它走过了一条在第三代半导体赛道上乘风破浪的道路。在与公司创始人郝茂盛的交谈中，我们聆听了他从科研者转变为创业者的故事，以及公司的过去、今天和未来。
01、20年行业积淀成为GaN材料领域的先行者
郝茂盛是甘肃平凉人，1985年考入兰州大学物理系，初步接触了半导体领域的知识。尽管那个时代信息闭塞，但地处西北的兰州大学却集结了优秀的师资力量，人才辈出，成果斐然。
▲ 芯元基半导体创始人 郝茂盛
在兰州大学读完本科和硕士后，他于1992年考入中科院半导体所，攻读光电材料和器件工学博士学位。读博期间，他师从中国早期半导体硅材料奠基人梁骏吾院士，开始了化合物半导体的MOCVD外延层生长技术的研究。当时，以砷化镓、磷化铟等化合物半导体为代表的第二代半导体材料才刚刚起步，而郝茂盛作为先行者已有了初步探索。
氮化镓（GaN）作为第三代半导体的核心关键材料，其性能优势和商业价值近几年逐渐凸显，在半导体照明、显示、电子功率器件以及5G射频等领域具有广阔的应用前景。
1995年博士毕业后，郝茂盛争取到了去日本继续深造的机会，先后在日本名古屋工业大学和德岛大学担任博士后。“从GaN领域全球技术发展来看，日本是起步较早的国家，名古屋工业大学和德岛大学都是国际知名的半导体材料研发机构，90年代初日本在GaN材料技术方面取得了重大突破，开发出坎德拉级别的高亮度LED。”郝茂盛回忆，天时加上地利，他正好进入了GaN领域。
不久后，郝茂盛受邀加入新加坡先进材料研究院担任Senior Research Fellow，从事GaN材料和光电器件的研究开发，主要研发任务是利用侧向外延生长技术，制作GaN激光器。2002年获得日本国立大学客员副教授资格，重新回到名古屋工业大学负责由日本大洋酸素资助的GaN基MOCVD外延项目。
郝茂盛感到庆幸，因为相较于一些科研工作者在不同的领域跳跃，自己较早进入了GaN材料领域，并持续深耕着。无论是在日本还是新加坡，他参与的所有研发工作都是和富士通、日立等大型公司直接合作的项目，在国外工作期间作为负责人或主要完成人共参与科研项目5项，与产业的结合十分紧密。
02、归国创业技术创新让他找到新方向
2000年以来，中国照明市场逐渐步入LED时代，LED半导体照明作为新一代替代产品，冲击节能灯的“主流替代”地位，以GaN为代表的第三代半导体概念随之被热炒。
与此同时，“归国创业潮”渐成气候，一大批高端留学人才被中国“广揽天下英才”的科研环境吸引。在“丹凤归巢”的景象下，郝茂盛于2006年正式回国，决定将国外积累的丰富经验和技术成果运用到我国LED产业发展中。
上海张江成为他展露锋芒的第一站。2008年经甘子钊院士和张国义教授介绍，郝茂盛加入上海蓝光科技，任技术副总经理，主管技术中心、技术质量部，分管公司的新品研发、产品技术质量工作，负责国家及地方专项课题、公司内部研发课题推进等。
在蓝光科技工作期间，他参与和推动了GaN基LED芯片技术进步。在他的主导下，蓝光科技不仅成功开发出国内第一个高亮度的绿光LED芯片并达到量产，也成为国内首家将蓝宝石图形衬底（PSS）做到量产规模的企业。
实践出真知，更激发灵感。这段工作经历不仅为他带来宝贵的产业化经验，更让他从中看到了创业契机。2014年，他在张江创办了芯元基半导体，就像“芯元基”三个字所诠释的，立志打造高效能的GaN基芯片技术平台。
“当年在国外研发GaN激光器的时候，为了降低GaN的位错密度，我利用了侧向外延生产技术，在这方面做了大量工作。在蓝光科技工作一段时间后，我意识到蓝宝石衬底导热性差，加工的难度比较大。结合以往的工作经验，我提出了复合图形衬底技术，相比于蓝宝石图形衬底，它能将GaN材料里的位错密度降得更低，做出的器件性能会更优越。”——芯元基半导体创始人郝茂盛
郝茂盛坦言，芯元基创立之初的定位是技术供应商，即将复合图形衬底技术供应给生产LED芯片的企业。早在2020年，公司就基于其独创的蓝宝石复合图形衬底技术，开发出了低位错密度的高阻GaN材料，也可用于电子功率器件和微波射频器件等的制备。
技术创新往往源于不断挖掘，也会在探索中找到新的方向。在团队研发复合图形衬底技术的过程中，郝茂盛又发现了GaN外延结构和外延衬底化学剥离技术。“尽管蓝宝石是目前LED的主流衬底材料，但由于其本身不导电、不散热的的特性会影响LED器件的发光效率，做器件工艺会比较麻烦。如果能把GaN膜与蓝宝石分离开，就可以做一些高端的器件结构，我们的技术就大有可为。”
看准了更广阔的的市场价值，在完全自研的蓝宝石复合图形衬底技术和侧向外延生产技术的基础上，郝茂盛带领团队解决了大量的工程问题，终于使他们独创的化学剥离技术日益成熟，达到了可以大批量、规模化量产的程度，摆脱蓝宝石衬底对GaN芯片散热的影响。
与行业现有的激光剥离蓝宝石衬底技术相比，芯元基半导体独创的化学剥离蓝宝石衬底技术，能够实现100%的剥离良率，而且对GaN，特别是InGaN量子阱无损伤，在规模化量产后具备较明显的成本优势。
03、发力Micro LED新战场打破国外技术垄断
历经近8年的潜心研发，芯元基半导体已经形成了以蓝宝石复合图形衬底技术（DPSS）、化学剥离技术和晶圆级批量转移技术等为核心的完整技术体系，这些技术是制造高端光电子器件的核心技术，在中国、美国、日本及中国台湾等国家和地区均已获专利授权，打破了该领域技术的国外垄断，技术水平位于全球前列。
在郝茂盛看来，创业不光是解决行业技术难题，更是为了在技术进步中引领时代潮流，满足新的需求。在经过了长期的技术积累与沉淀之后，2021年底，他带领团队以GaN技术为基础，挺进Micro LED赛道。
Micro LED被视为下一代微显示器技术，也是未来显示技术的主流趋势，被业界誉为“终极显示技术”，诸多巨头如康佳、索尼、三星等均在积极布局Micro LED 技术，如三星已向市场推出了成熟的产品。相较于LCD和OLED，Micro LED具有更轻薄、高解析度、低功耗、高亮度、反应时间快、可视角度大等方面的优势，市场规模十分可观。有调研机构根据测算数据表明，当Micro LED在消费电子终端年出货渗透率达到50%时，按照折合每片（2英寸片）200元的价格计算，Micro LED芯片市场规模将达到3800亿元，潜在市场发展空间巨大。
郝茂盛表示，芯元基半导体的Micro LED芯片主要有两个应用方向，一个是车载、智能手表等商用显示领域，一个是AR/VR等新兴市场，目前公司已经开始与国内知名厂商展开合作，送样测试，也拿到了一些研发订单。
“尽管我国已经是全球LED芯片的生产供应大国，但Micro LED作为高端芯片离不开激光剥离环节。目前国内掌握激光剥离技术并能用于稳定生产的企业不多，该技术本质上对材料也有损害。我们的化学剥离技术和现有的半导体晶元加工技术有非常好的兼容性，可以实现晶元级巨量转移，从而加速Micro LED显示产业化的进程。”——芯元基半导体创始人郝茂盛
一路走来，芯元基半导体在一次次技术迭代中实现突破，也吸引来了众多投资机构下场投资。2017年4月，芯元基完成天使轮融资，投资方为创徒丛林；2018年3月，完成Pre-A轮融资，投资方为张江科投，同年11月获得由中微半导体领投的数千万元A轮融资；2021年4月，芯元基又获逾亿元B轮融资，投资方包括浦东科创、张江高科、上海自贸区基金和杭州创徒等，着力打造其在安徽省池州市落地的首条GaN基DPSS衬底和高端薄膜芯片规模化生产线。
风口之下，竞争局势异常激烈，但郝茂盛已运筹于帷幄之中。“未来3-5年，我们规划将Micro LED芯片产品实现稳定量产，并继续专注以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体，重点投入微波射频、5G 通信与新能源汽车等前沿领域应用，研发性价比更高的电子功率器件，以打破国际厂商对高端电子器件的市场垄断。”
点亮世界，是人类改造自然中永恒的主题。从钻木取火到油灯蜡烛，从蒸汽机到电气化，从荧光灯、白炽灯到节能LED，从2D到3D，一次次智慧的火种，照亮了人类文明的发展史。
曾几何时，半导体行业流传这样一段预言：“假如把我国所有路灯都换成LED灯，每年节省的电量相当于3个三峡电站的年发电量。”现如今，郝茂盛正带领着芯元基半导体，顺着LED照明掀起的第三次半导体材料革命浪潮，将这一技术构想转化为现实，成为支撑新一代信息技术、节能减排和智能制造的“核芯”力量。
