2018年-2018年LED行业简要分析报告

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目录

一、LED概述

（一）LED基本原理

半导体发光二极管（LED，Light Emitting Diode），也叫发光二极管，是一种利用半导体芯片作为发光材料、直接

将电能转换为光能的发光器件，当半导

体芯片两端加上正向电压，半导体中的

电子和空穴发生复合从而辐射发出光子，光子透过芯片即发出光能。

表1：LED特点特点

（二）LED的应用领域

LED 最初用于仪表仪器的指示性照明，随后扩展到交通信号灯，再到景观照明、车用照明和手机键盘及背光源。由于LED芯片的细微可控性，LED在小尺寸照明上和CCFL有明显的成本和技术优势，但在大尺寸上成本仍然较高。随着LED 技术的不断进步，发光效率不断提高，大尺寸LED价格逐步下降，未来发展空间非常广阔。目前笔记本液晶面板背光已经开始启动，渗透率有望在近几年内获得极大提高。之后是更大尺寸的液晶显示器和液晶电视，最后是普通照明。

图1：LED应用领域广阔

不同的LED 技术应用于不同的产品。从大类上来看，按照发光波长可以分为不可见光（850～1550mm）和可见光（450～780mm）两类，可见光中又分为一般亮度LED和高亮度LED，目前发展的重点是高亮度LED。在各种可见光中，红橙黄光芯片技术成熟较早，于上个世纪80年代即已投入商业应用，而蓝绿光芯片技术直至1992年日亚化学研发出适合GaN晶格的衬底才真正获得突破。目前，红橙黄光芯片使用四元的AlGaInP作为材料，蓝绿光芯片则用三元的InGaN。在蓝光技术成熟后，更具通用性的白光LED 也可以通过不同技术生成，为LED 进入各类照明领域铺平了道路。

表2：LED分类及应用领域

LED分类材料应用

可见光LED （波长为450—780nm）一般亮度

GaP、GaAs、

AlGaAs

3C家电

消费电子高亮度AlGaInP(红、橙、黄) 户外显示屏

1、核心设备

MOCVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅳ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。

图4 MOCVD工艺流程图

目前，MOCVD设备生产商主要为德国爱思强Aixtron（70%国际市场占有率）、美国维易科Veeco和英国ThomasSwan（被Aixtron收购）、美国Emcore(被Veeco收购)、日本大阳酸素(Sanso，7%国际市场占有率，主要在本国销售)，它们产品的差异主要在于反应室。目前爱思强和维易科这两大厂商设备供应量约为180台/年（源自中投证券分析师王海军推算）。由于维易科预估2010年全球MOCVD机台需求量将达400~500台以上，因此规划扩充MOCVD机台产能，2010年第1季将达45台、第2季目标70台、至2010年底提升至120台。1欧美企业对材料的研究有限，因此设备的工艺参数不够完善。而行业内最领先的日本企业对技术严格封锁，其中对GaN材料研究最成功的日本日亚化学和丰田合成（Toyoda Gosei）的MOCVD设备则根本不对外销售，另一家技术比较成熟的日本酸素（Sanso）公司的设备则只限于日本境内出售。

目前，国内LED厂家所需的设备必须进口，而此类设备每台约需1500万元，购置成本约占整个LED生产线购置成本的近2/3。

根据最新消息，国产MOCVD设备近日在广东昭信装备制造有限公司成功下线。2009年1月，昭信集团与华中科技大学签约研发LED外延芯片核心设备

MOCVD，不到一年，这一设备成功推向市场。但是，国产MOCVD设备的成功下线能否改变LED外延芯片核心装备市场格局还有待市场的检验。2

2、原材料：

单晶片为制造LED 的基底，也称作衬底。红黄光LED主要采用GaP和GaAs 作为衬底，未产业化的还有蓝宝石Al2O3和Si衬底。蓝绿光LED用于商业化生产的为蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底，其他如GaN、Si、ZnO、GaSe尚处于研究阶段。

选择衬底需考虑的因素有：

1、衬底与外延膜的晶格结构匹配；

2、衬底与外延膜的热膨胀系数匹配；

3、衬底与外延膜的化学稳定性匹配；

4、材料制备的难易程度及成本的高低。

因此，不同材料的半导体芯片找到合适的衬底存在较高的技术难度。

➢红黄光LED衬底

GaAs是目前LED中使用得比较广泛的衬底材料，它用来生长GaAs、GaP、AlGaAs和AlInGaP等发光材料的外延层。GaAs的优点是晶格常数非常匹配，可以制成无位错单晶，加工方便，价格比较便宜；缺点是它为吸光材料，影响LED 的发光效率。

➢蓝绿光LED衬底

2

目前常用的能发出蓝绿光的半导体材料仅为氮化物，因此必须选择与之配合的衬底。用于GaN生长最普遍的衬底是蓝宝石，采用该衬底的厂商主要为日亚化学。该衬底的优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟。缺点是晶格失配性差，硬度较高不易切割；导热性能较差，用于大功率器件的工作电流时问题较为突出。其中，晶格失配性以通过过渡层生长技术克服；导电性差用同侧P、N电极克服；不易切割用激光划片解决；导热性能差用芯片倒装技术克服。关于蓝宝石衬底详细内容参考《蓝宝石衬底行业研究分析》。

SiC作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石，采用该衬底主要为Cree。其优点在于化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等，缺点在于价格较高，晶体质量难以达到Al2O3的标准。

图3 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片

Si衬底优点为晶体质量高，尺寸大，成本低，易加工，有良好的导电性、导热性和热稳定性。但GaN外延层与Si衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，在外延生长过程中会形成非晶SiN。此外，由于Si衬底对光吸收严重，LED的发光效率低。目前国内的晶能光电采用的是该技术路线，该公司由淡马锡、金沙江创投投资设立。

外延片生产中另一重要的原材料为高纯金属有机化合物，针对不同LED芯片，该化合物成分有所不同，以InGaAlP外延片为例，所需源为TMGa、TEGa、TMIn、TMAl、PH3、AsH3。国内有生产型MOCVD设备两百台左右，国内市场对高纯金属有机化合物的需求呈现快速增长的势头，全年至少要有10000公斤高纯金属