2015年我國LED照明產業發展藍皮書

文章來源:恒光電器

發布時間:2015-09-07

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近兩年LED產業爆發式增長，成為各路資金追捧的對象。然而不容回避的是，我國LED產業的瘋狂擴張主要聚集于襯底和芯片、封裝等產業鏈的低端，而高技術、高附加值的高端LED材料以及外延領域，國內企業則鮮有涉足。能否順利進入產業鏈高端成為決定國內LED產業投資前景調研預測的關鍵性因素。

 

    令LED人士倍受鼓舞的是，今年初的時候，國家就給LED行業打了一劑強心針——藍寶石LED材料外延及芯片技術榮獲國家科學技術進步獎。技術創新才是未來LED企業競爭力的關鍵，也是LED突破產業瓶頸，LED照明企業，進行產業升級的關鍵。
 

我國LED產業現狀

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、濺射等半導體生產工藝得到一定的器件形狀和構造，并形成良好的電接觸膜，這就是LED芯片。對LED芯片進行封裝，可以避免LED芯片受到外界損傷，并很好地導入電和導出發光，從而形成一個完整的LED產品。

 

  LED結構主要為一個PN結，需要由穩定的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型半導體；Si摻雜硼(B)，GaN、GaP、GaAs等摻雜鋁(Al)等形成P型半導體。另外，在PN結兩邊還需要電極材料，如采用ITO等。LED產業鏈主要包括襯底、外延、芯片、封裝、應用等環節。具體剖析開來，LED產品的關鍵材料集中于襯底、外延芯片以及封裝環節。

 

襯底材料

 LED襯底材料眾多，市場上大規模商用的LED襯底材料是GaAs、藍寶石和SiC，同時Si襯底和GaN同質襯底也成為關注熱點。

 

 在GaAs領域，我國具有一定的實力，普亮紅、黃光LED中目前襯底材料基本實現了國產化，而高亮度和超高亮度紅光LED襯底材料主要依靠進口，與國際水平仍存在一定的差距。

 

藍寶石襯底材料以其生產技術成熟、器件質量好、穩定性高、易于處理和清洗等優點，被國內企業廣泛使用。然而，藍寶石襯底也存在一些問題，首先藍寶石襯底與GaN外延層的晶格失配和熱應力失配較大；同時，藍寶石的導熱性能不是很好，會增加大功率LED器件封裝散熱成本。

 

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

 

 近兩年，我國在Si襯底上生長GaN外延技術進展很快，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襯底技術有望實現大規模商用。

 

此外AlN、ZnO等材料也可作為襯底，目前還處于實驗室研究階段。

 

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發展較為成熟，與國際水平差距較小。在GaAs襯底領域，中科鎵英、中科晶電、國瑞電子、上海中科嘉浦、中國電子科技集團第46研究所等企業均已實現上述產品的量產，質量，特別是中科鎵英和中科晶電憑借突出的產品性價比，在國內GaAs襯底領域占有絕大部分市場份額。

 

我國相關企業應用于藍、白光LED生長的藍寶石襯底、SiC襯底和GaN襯底材料的性能指標和成品率仍然較低，材料生長專業人才也較為缺乏。但受市場和政策利好驅動，已有多家企業開始介入或宣布介入寬帶隙襯底領域，逐步擴大資金投入和相關關鍵技術引進。

 

在藍寶石襯底材料領域，我國代表企業有元亮科技、同人電子、協鑫光電、上城科技、吉星新材料、普吉光電、水晶光電、云南藍晶、重慶四聯光電、成都東駿、貴州皓天、九江賽翡、中鎵半導體、哈工大奧瑞德、安徽康藍光電、青島嘉星晶電、山東天岳、山東元鴻等。

 

在SiC襯底領域，美國CREE幾乎壟斷了優質SiC襯底的全球供應，其次是德國SiCrystal、日本新日鐵和日本東纖-道康寧公司，我國企業實力較弱。

 

外延材料

外延是LED器件核心環節，外延材料是由多層不同組分的材料構成，要求單層厚度一致，化學組分分布均勻，這對外延過程控制及設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。由于這一環節對資金、技術、人才有很高的要求，進入門檻較高。

 

目前，我國與國際廠商相比，在外延材料生長技術方面和經驗方面，無論是大功率產品還是小功率產品在發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品中，廠房照明，由于AlGaInP外延技術要求較低，目前國內從事這類外延生產的企業數量較多，產量較高。作為藍光LED的主要材料GaN，在巨大的照明市場潛力拉動下，其外延片產量不斷提高，且增速明顯高于AlGaInP外延產品。

 

而作為外延材料生產的核心MOCVD設備領域，目前全球主要的生產廠商為德國的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設備則基本依靠進口。

 

存在問題：深陷產業鏈低端

從2010年到2012年這短短3年間，LED芯片產能擴張超過10倍，導致了LED材料產業產能嚴重過剩。2014年，受下游應用市場帶動，室外照明，大部分LED材料企業整體向好，MOCVD產能利用率上升至52%，開機率上升到70%左右，平均產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LED領軍企業紛紛開啟了新一輪的擴產，產業資訊，而且新增產能一舉超過了其本身的原有機臺數，未來LED材料產能過剩問題依然不容樂觀。LED材料產能過剩，加劇了企業之間的無序競爭，雖然行業市場繼續增長，整體盈利卻在下滑，價格戰愈演愈烈。LED芯片價格大幅度降低，有的降幅甚至達到了50%，LED材料小企業紛紛尋求并購和合作，更有甚者已經停產，準備退出這一領域。

 

同質發展，國內企業深陷產業低端