從LED上游看，集中度加速提升，形成較高行業(yè)壁壘，扼制無序產(chǎn)能擴張;同時下游應(yīng)用創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。從目前情況看，LED照明加速滲透，LED照明智能化、網(wǎng)絡(luò)化推動小間距顯示市場加速爆發(fā)，成為新一輪LED行業(yè)增長的主要驅(qū)動力。據(jù)機構(gòu)測算，到2017年年底，LED芯片有效產(chǎn)能約8328萬片，需求約9235萬片。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，LED芯片產(chǎn)能仍低于需求。考慮到2017年需求穩(wěn)定增長，LED芯片將處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。而隨著LED芯片供不應(yīng)求，相應(yīng)地LED外延片也將“水漲船高”。此次特奉上相關(guān)機構(gòu)的LED外延片產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)報告，希望給業(yè)內(nèi)一個參考。
外延片處于LED產(chǎn)業(yè)鏈中的上游環(huán)節(jié)，包括原材料、襯底材料及設(shè)備這三大領(lǐng)域。在LED外延片生長、芯片、芯片封裝這三個環(huán)節(jié)中，外延片生長投資要占到70%，外延片成本要占到封裝成品的70%。LED原材料包括砷化鎵單晶、氮化鋁單晶等，它們大部分是III—V族化合物半導(dǎo)體單晶，生產(chǎn)工藝比較成熟，其他材料還有金屬高純鎵。襯底材料是LED照明的基礎(chǔ)，也是外延生長的基礎(chǔ)，不同的襯底材料需要不同的外延生長技術(shù)，并影響到芯片加工和器件封裝。因此，襯底材料的技術(shù)路線會影響整個產(chǎn)業(yè)的技術(shù)路線，是各個技術(shù)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。
目前，能作為襯底材料包括Al2O3、SiC、Si、GaN、GaAs、ZnO等，但目前商用最廣泛的是Al2O3、SiC。外延片生長主要依靠生長工藝和設(shè)備。制造外延片的主流方法是采用金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，但即使是這種“最經(jīng)濟”的方法，其設(shè)備制造難度也非常大。國際上只有德國、美國、英國、日本等少數(shù)國家中數(shù)量非常有限的企業(yè)可以進行商業(yè)化生產(chǎn)?！ ?/p>
圖1：LED產(chǎn)業(yè)鏈圖
由于經(jīng)濟的全球化，LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也在逐步形成國際分工，國際LED產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)量分布梯度明顯，產(chǎn)業(yè)鏈上游的外延生長是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)含量最高、對最終產(chǎn)品品質(zhì)、成本控制影響最大的環(huán)節(jié)。
外延片材料主要是硅，硅外延片也是當(dāng)前外延片的主體。世界多晶硅、硅單晶及硅片等外延片制造材料幾乎全部為信越(本部在日本，馬來西亞、美國、英國)、MEMC(本部在美國，意大利、日本、韓國、馬來西亞、臺灣)、Wacker(本部在德國，美國、新加坡)、三菱(本部在日本，美國、印度尼西亞)等公司所控制，這四家公司的市場占有率近70%。這些公司除了本部之外，都在其它國家和地區(qū)設(shè)廠，是跨國生產(chǎn)與經(jīng)營的公司。
LED產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一是外延生長技術(shù)，其核心是在MOCVD設(shè)備(俗稱外延爐)中生長出一層厚度僅有幾微米的化合物半導(dǎo)體外延層。MOCVD設(shè)備是LED產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中最重要的設(shè)備，其價值占整個產(chǎn)業(yè)鏈(外延片—芯片—封裝和應(yīng)用)的70%。目前，作為上、中游外延片和芯片技術(shù)，國際上有嚴(yán)格的技術(shù)壁壘，只有美、日、德等國的少數(shù)企業(yè)掌握。目前，世界范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)MOCVD設(shè)備的企業(yè)，主要有德國愛思強(Aixtron，70%國際市場占有率)、美國維易科(Veeco，20%國際市場占有率)、日本大陽酸素(Sanso，7%國際市場占有率)等。當(dāng)前，國際上GaN研究和生產(chǎn)最成功的企業(yè)是日本日亞公司(Nichia)和豐田合成(Toyota Gosei)，均使用自行研發(fā)的MOCVD設(shè)備。韓國企業(yè)在政府的支持下，已通過引進英國Thomas Swan的技術(shù)，仿制出MOCVD設(shè)備并開始銷售。目前，行業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的日本企業(yè)對技術(shù)嚴(yán)格封鎖，其中對GaN材料研究最成功的日本日亞化學(xué)和豐田合成(Toyoda Gosei)的MOCVD設(shè)備則根本不對外銷售，另一家技術(shù)比較成熟的日本酸素(Sanso)公司的設(shè)備則只限于日本境內(nèi)出售?！ ?/p>
圖2 世界范圍內(nèi)MOCVD設(shè)備制造商市場占有率
技術(shù)上，日本、美國、德國的公司掌握了目前國際上最先進的高亮度LED照明外延生長技術(shù)，并且各有不同的特點，但都利用各自原創(chuàng)性核心專利在世界范圍內(nèi)設(shè)立了專利網(wǎng)，僅與GaN相關(guān)的專利就有4000多項，美國、日本GaN藍(lán)、綠光LED照明專利有500多項。在外延技術(shù)上，目前大量的專利集中在對GaN基LED的討論，緩沖層的出現(xiàn)使得在襯底材料上的GaN生長質(zhì)量更加優(yōu)良。
世界LED外延廠商生產(chǎn)情況
世界各廠商對LED外延關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制
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