2015年我国LED照明产业发展蓝皮书

文章来源:恒光电器

发布时间:2015-09-07

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近两年LED产业爆发式增长，成为各路资金追捧的对象。然而不容回避的是，我国LED产业的疯狂扩张主要聚集于衬底和芯片、封装等产业链的低端，而高技术、高附加值的高端LED材料以及外延领域，国内企业则鲜有涉足。能否顺利进入产业链高端成为决定国内LED产业投资前景调研预测的关键性因素。

 

    令LED人士倍受鼓舞的是，今年初的时候，国家就给LED行业打了一剂强心针——蓝宝石LED材料外延及芯片技术荣获国家科学技术进步奖。技术创新才是未来LED企业竞争力的关键，也是LED突破产业瓶颈，LED照明企业，进行产业升级的关键。
 

我国LED产业现状

典型LED器件如下图所示，通常采用外延方法在衬底材料上生长出晶体缺陷密度低的LED器件层，通过光刻、刻蚀、溅射等半导体生产工艺得到一定的器件形状和构造，并形成良好的电接触膜，这就是LED芯片。对LED芯片进行封装，可以避免LED芯片受到外界损伤，并很好地导入电和导出发光，从而形成一个完整的LED产品。

 

  LED结构主要为一个PN结，需要由稳定的P型与N型材料制成，如硅(Si)、锗(Ge)等通过掺杂磷(P)、砷(As)、锑(Sb)，GaN，GaP，GaAs通过掺杂铟(In)等形成N型半导体；Si掺杂硼(B)，GaN、GaP、GaAs等掺杂铝(Al)等形成P型半导体。另外，在PN结两边还需要电极材料，如采用ITO等。LED产业链主要包括衬底、外延、芯片、封装、应用等环节。具体剖析开来，LED产品的关键材料集中于衬底、外延芯片以及封装环节。

 

衬底材料

 LED衬底材料众多，市场上大规模商用的LED衬底材料是GaAs、蓝宝石和SiC，同时Si衬底和GaN同质衬底也成为关注热点。

 

 在GaAs领域，我国具有一定的实力，普亮红、黄光LED中目前衬底材料基本实现了国产化，而高亮度和超高亮度红光LED衬底材料主要依靠进口，与国际水平仍存在一定的差距。

 

蓝宝石衬底材料以其生产技术成熟、器件质量好、稳定性高、易于处理和清洗等优点，被国内企业广泛使用。然而，蓝宝石衬底也存在一些问题，首先蓝宝石衬底与GaN外延层的晶格失配和热应力失配较大；同时，蓝宝石的导热性能不是很好，会增加大功率LED器件封装散热成本。

 

为了提升器件的导热性和导电性，出现了SiC和Si衬底。SiC衬底材料的导热性能要比蓝宝石衬底高出10倍以上，同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，有利于提高芯片的出光效率，但其制造成本非常高，产品价格差不多是同尺寸蓝宝石衬底的10倍。Si衬底材料质量高、尺寸大、材料成本低、加工工艺成熟，并具备良好的导电性、导热性和热稳定性等，但Si与GaN之间存在巨大的晶格失配度和热失配，同时Si对可见光吸收严重，LED出光效率低。

 

 近两年，我国在Si衬底上生长GaN外延技术进展很快，尤其是在6英寸、8英寸等大尺寸Si衬底上生长GaN外延，可大幅降低LED芯片制造成本。目前看来Si衬底技术有望实现大规模商用。

 

此外AlN、ZnO等材料也可作为衬底，目前还处于实验室研究阶段。

 

我国用于制备红、黄光LED的GaAs/AlGaInP/InP/GaP四元系衬底材料制备技术发展较为成熟，与国际水平差距较小。在GaAs衬底领域，中科镓英、中科晶电、国瑞电子、上海中科嘉浦、中国电子科技集团第46研究所等企业均已实现上述产品的量产，质量，特别是中科镓英和中科晶电凭借突出的产品性价比，在国内GaAs衬底领域占有绝大部分市场份额。

 

我国相关企业应用于蓝、白光LED生长的蓝宝石衬底、SiC衬底和GaN衬底材料的性能指标和成品率仍然较低，材料生长专业人才也较为缺乏。但受市场和政策利好驱动，已有多家企业开始介入或宣布介入宽带隙衬底领域，逐步扩大资金投入和相关关键技术引进。

 

在蓝宝石衬底材料领域，我国代表企业有元亮科技、同人电子、协鑫光电、上城科技、吉星新材料、普吉光电、水晶光电、云南蓝晶、重庆四联光电、成都东骏、贵州皓天、九江赛翡、中镓半导体、哈工大奥瑞德、安徽康蓝光电、青岛嘉星晶电、山东天岳、山东元鸿等。

 

在SiC衬底领域，美国CREE几乎垄断了优质SiC衬底的全球供应，其次是德国SiCrystal、日本新日铁和日本东纤-道康宁公司，我国企业实力较弱。

 

外延材料

外延是LED器件核心环节，外延材料是由多层不同组分的材料构成，要求单层厚度一致，化学组分分布均匀，这对外延过程控制及设备提出了非常高的要求。外延生长过程中所涉及到的温度场、气流控制直接影响所LED芯片中局部成分和厚度的均一性，目前最为常用的方法还是MOCVD方法。由于这一环节对资金、技术、人才有很高的要求，进入门槛较高。

 

目前，我国与国际厂商相比，在外延材料生长技术方面和经验方面，无论是大功率产品还是小功率产品在发光效率上都存在一定的差距。从材料上看，在高亮度和超高亮度产品中，厂房照明，由于AlGaInP外延技术要求较低，目前国内从事这类外延生产的企业数量较多，产量较高。作为蓝光LED的主要材料GaN，在巨大的照明市场潜力拉动下，其外延片产量不断提高，且增速明显高于AlGaInP外延产品。

 

而作为外延材料生产的核心MOCVD设备领域，目前全球主要的生产厂商为德国的Aixtron公司(约占60%-70%市场份额)和美国的Vecco公司(约占30%-40%市场份额)。其他MOCVD厂家主要包括日本的NIPPONSanso和NissinElectric等。我国MOCVD设备则基本依靠进口。

 

存在问题：深陷产业链低端

从2010年到2012年这短短3年间，LED芯片产能扩张超过10倍，导致了LED材料产业产能严重过剩。2014年，受下游应用市场带动，室外照明，大部分LED材料企业整体向好，MOCVD产能利用率上升至52%，开机率上升到70%左右，平均产能利用率较前两年大幅度提高。

 

随着市场的向好，以三安光电、华灿光电等为首的国内LED领军企业纷纷开启了新一轮的扩产，产业资讯，而且新增产能一举超过了其本身的原有机台数，未来LED材料产能过剩问题依然不容乐观。LED材料产能过剩，加剧了企业之间的无序竞争，虽然行业市场继续增长，整体盈利却在下滑，价格战愈演愈烈。LED芯片价格大幅度降低，有的降幅甚至达到了50%，LED材料小企业纷纷寻求并购和合作，更有甚者已经停产，准备退出这一领域。

 

同质发展，国内企业深陷产业低端