2015年我國LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2015-09-07

瀏覽次數(shù):次

近兩年LED產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長，成為各路資金追捧的對象。然而不容回避的是，我國LED產(chǎn)業(yè)的瘋狂擴(kuò)張主要聚集于襯底和芯片、封裝等產(chǎn)業(yè)鏈的低端，而高技術(shù)、高附加值的高端LED材料以及外延領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)則鮮有涉足。能否順利進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈高端成為決定國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)投資前景調(diào)研預(yù)測的關(guān)鍵性因素。

 

    令LED人士倍受鼓舞的是，今年初的時候，國家就給LED行業(yè)打了一劑強(qiáng)心針——藍(lán)寶石LED材料外延及芯片技術(shù)榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎。技術(shù)創(chuàng)新才是未來LED企業(yè)競爭力的關(guān)鍵，也是LED突破產(chǎn)業(yè)瓶頸，LED照明企業(yè)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵。
 

我國LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

典型LED器件如下圖所示，通常采用外延方法在襯底材料上生長出晶體缺陷密度低的LED器件層，通過光刻、刻蝕、濺射等半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝得到一定的器件形狀和構(gòu)造，并形成良好的電接觸膜，這就是LED芯片。對LED芯片進(jìn)行封裝，可以避免LED芯片受到外界損傷，并很好地導(dǎo)入電和導(dǎo)出發(fā)光，從而形成一個完整的LED產(chǎn)品。

 

  LED結(jié)構(gòu)主要為一個PN結(jié)，需要由穩(wěn)定的P型與N型材料制成，如硅(Si)、鍺(Ge)等通過摻雜磷(P)、砷(As)、銻(Sb)，GaN，GaP，GaAs通過摻雜銦(In)等形成N型半導(dǎo)體；Si摻雜硼(B)，GaN、GaP、GaAs等摻雜鋁(Al)等形成P型半導(dǎo)體。另外，在PN結(jié)兩邊還需要電極材料，如采用ITO等。LED產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底、外延、芯片、封裝、應(yīng)用等環(huán)節(jié)。具體剖析開來，LED產(chǎn)品的關(guān)鍵材料集中于襯底、外延芯片以及封裝環(huán)節(jié)。

 

襯底材料

 LED襯底材料眾多，市場上大規(guī)模商用的LED襯底材料是GaAs、藍(lán)寶石和SiC，同時Si襯底和GaN同質(zhì)襯底也成為關(guān)注熱點(diǎn)。

 

 在GaAs領(lǐng)域，我國具有一定的實(shí)力，普亮紅、黃光LED中目前襯底材料基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，而高亮度和超高亮度紅光LED襯底材料主要依靠進(jìn)口，與國際水平仍存在一定的差距。

 

藍(lán)寶石襯底材料以其生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量好、穩(wěn)定性高、易于處理和清洗等優(yōu)點(diǎn)，被國內(nèi)企業(yè)廣泛使用。然而，藍(lán)寶石襯底也存在一些問題，首先藍(lán)寶石襯底與GaN外延層的晶格失配和熱應(yīng)力失配較大；同時，藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好，會增加大功率LED器件封裝散熱成本。

 

為了提升器件的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，出現(xiàn)了SiC和Si襯底。SiC襯底材料的導(dǎo)熱性能要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上，同時這種襯底不需要電流擴(kuò)散層，因此光不會被電流擴(kuò)散層的材料吸收，有利于提高芯片的出光效率，但其制造成本非常高，產(chǎn)品價格差不多是同尺寸藍(lán)寶石襯底的10倍。Si襯底材料質(zhì)量高、尺寸大、材料成本低、加工工藝成熟，并具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等，但Si與GaN之間存在巨大的晶格失配度和熱失配，同時Si對可見光吸收嚴(yán)重，LED出光效率低。

 

 近兩年，我國在Si襯底上生長GaN外延技術(shù)進(jìn)展很快，尤其是在6英寸、8英寸等大尺寸Si襯底上生長GaN外延，可大幅降低LED芯片制造成本。目前看來Si襯底技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。

 

此外AlN、ZnO等材料也可作為襯底，目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

 

我國用于制備紅、黃光LED的GaAs/AlGaInP/InP/GaP四元系襯底材料制備技術(shù)發(fā)展較為成熟，與國際水平差距較小。在GaAs襯底領(lǐng)域，中科鎵英、中科晶電、國瑞電子、上海中科嘉浦、中國電子科技集團(tuán)第46研究所等企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)上述產(chǎn)品的量產(chǎn)，質(zhì)量，特別是中科鎵英和中科晶電憑借突出的產(chǎn)品性價比，在國內(nèi)GaAs襯底領(lǐng)域占有絕大部分市場份額。

 

我國相關(guān)企業(yè)應(yīng)用于藍(lán)、白光LED生長的藍(lán)寶石襯底、SiC襯底和GaN襯底材料的性能指標(biāo)和成品率仍然較低，材料生長專業(yè)人才也較為缺乏。但受市場和政策利好驅(qū)動，已有多家企業(yè)開始介入或宣布介入寬帶隙襯底領(lǐng)域，逐步擴(kuò)大資金投入和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)。

 

在藍(lán)寶石襯底材料領(lǐng)域，我國代表企業(yè)有元亮科技、同人電子、協(xié)鑫光電、上城科技、吉星新材料、普吉光電、水晶光電、云南藍(lán)晶、重慶四聯(lián)光電、成都東駿、貴州皓天、九江賽翡、中鎵半導(dǎo)體、哈工大奧瑞德、安徽康藍(lán)光電、青島嘉星晶電、山東天岳、山東元鴻等。

 

在SiC襯底領(lǐng)域，美國CREE幾乎壟斷了優(yōu)質(zhì)SiC襯底的全球供應(yīng)，其次是德國SiCrystal、日本新日鐵和日本東纖-道康寧公司，我國企業(yè)實(shí)力較弱。

 

外延材料

外延是LED器件核心環(huán)節(jié)，外延材料是由多層不同組分的材料構(gòu)成，要求單層厚度一致，化學(xué)組分分布均勻，這對外延過程控制及設(shè)備提出了非常高的要求。外延生長過程中所涉及到的溫度場、氣流控制直接影響所LED芯片中局部成分和厚度的均一性，目前最為常用的方法還是MOCVD方法。由于這一環(huán)節(jié)對資金、技術(shù)、人才有很高的要求，進(jìn)入門檻較高。

 

目前，我國與國際廠商相比，在外延材料生長技術(shù)方面和經(jīng)驗(yàn)方面，無論是大功率產(chǎn)品還是小功率產(chǎn)品在發(fā)光效率上都存在一定的差距。從材料上看，在高亮度和超高亮度產(chǎn)品中，廠房照明，由于AlGaInP外延技術(shù)要求較低，目前國內(nèi)從事這類外延生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量較多，產(chǎn)量較高。作為藍(lán)光LED的主要材料GaN，在巨大的照明市場潛力拉動下，其外延片產(chǎn)量不斷提高，且增速明顯高于AlGaInP外延產(chǎn)品。

 

而作為外延材料生產(chǎn)的核心MOCVD設(shè)備領(lǐng)域，目前全球主要的生產(chǎn)廠商為德國的Aixtron公司(約占60%-70%市場份額)和美國的Vecco公司(約占30%-40%市場份額)。其他MOCVD廠家主要包括日本的NIPPONSanso和NissinElectric等。我國MOCVD設(shè)備則基本依靠進(jìn)口。

 

存在問題：深陷產(chǎn)業(yè)鏈低端

從2010年到2012年這短短3年間，LED芯片產(chǎn)能擴(kuò)張超過10倍，導(dǎo)致了LED材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。2014年，受下游應(yīng)用市場帶動，室外照明，大部分LED材料企業(yè)整體向好，MOCVD產(chǎn)能利用率上升至52%，開機(jī)率上升到70%左右，平均產(chǎn)能利用率較前兩年大幅度提高。

 

隨著市場的向好，以三安光電、華燦光電等為首的國內(nèi)LED領(lǐng)軍企業(yè)紛紛開啟了新一輪的擴(kuò)產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)資訊，而且新增產(chǎn)能一舉超過了其本身的原有機(jī)臺數(shù)，未來LED材料產(chǎn)能過剩問題依然不容樂觀。LED材料產(chǎn)能過剩，加劇了企業(yè)之間的無序競爭，雖然行業(yè)市場繼續(xù)增長，整體盈利卻在下滑，價格戰(zhàn)愈演愈烈。LED芯片價格大幅度降低，有的降幅甚至達(dá)到了50%，LED材料小企業(yè)紛紛尋求并購和合作，更有甚者已經(jīng)停產(chǎn)，準(zhǔn)備退出這一領(lǐng)域。

 

同質(zhì)發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)深陷產(chǎn)業(yè)低端