文档介绍：2011年LED衬底行业深度分析报告
2011-09-30 15:19:42 文章来源:OFweek半导体照明网
未来产能扩张迅猛,价格必然下降
         1、LED芯片构成和所用原材料
         一块完整的LED芯片大致由衬底、外延层、金属电极引脚和封装外壳四个主要部分构成。其中,衬底和外延层是整个LED芯片的最为重要的两个部分,是LED发光本质所在。
        蓝宝石衬底的LED芯片结构图
      LED芯片的衬底是外延层半导体材料生长的基底,在LED芯片中起到了承载和固定的作用。对于一种特定的外延层半导体发光材料来说,选用合适的衬底材料是制作LED芯片首先需要考虑解决的问题。
        LED衬底材料的选择,必须要考虑到与外延层半导体发光材料在晶格结构、热膨胀系数和化学稳定性方面的匹配程度,以及其自身的可加工性、散热性能和成本控制等问题。
        LED衬底备选材料的要求
       LED 的外延片生长主要有LPE(液相外延)、VPE(气相外延)和MOCVD(有机金属气相外延)技术,前两者主要用来生产传统LED,后者用于生产高亮度LED。随着高亮度LED 越来越成为LED 的主流,目前新购置的外延片生长设备均是MOCVD。
         LED 主要外延片生长技术
衬底材料的选取应首先考虑到与外延层的匹配性条件,在此前提下,尽可能地满足对材料本身特性的要求,已经发展出的作为LED衬底的可选材料主要包括:蓝宝石(Al2O3)、SiC、GaN、Si和ZnO等材料。
         不同的基板材料,和不同的发光层材料,对应不同的波长,也对应不同的颜色。由于蓝绿光和白光是未来的发展方向,也是现在的主流产品,蓝宝石作为基板目前使用最多,蓝宝石衬底的市场占有率高达92%。
         LED 衬底材料、外延发光层材料配对分析
           2、 LED产品产业链介绍
       LED产品的生产流程可以划分为衬底制造、外延片制作、芯片生产、芯片封装和LED产品生产五个阶段。国际上LED产品的生产已经形成了一条完整的产业链,整个LED的产业链依照产品的生产流程可以划分为上、中、下游三个环节。
          LED产业链结构图
 
     衬底是LED芯片的承载部分,为了有效的对LED芯片进行支撑,衬底通常都必须具备一定的机械强度、与外延部分相匹配的热膨胀系数。良好的导电、导热性能对于衬底来说也十分有利。外延片制作是LED芯片制造的核心部分,因为LED的发光部位PN结就在这个步骤中形成,因此对于掺杂的控制至关重要。
         LED的产业环节具体内容
LED产业链上下游各个环节的毛利率情况差异很大。在整个产业链结构中,上中游环节的外延片、芯片产品的质量好坏直接影响到了下游LED应用产品的工作性能,同时上中游产品的技术难度也是整个产业链中最高的。这意味着在上中游环节,外延片和芯片的制造属于资本密集和技术密集型产业,其进入门槛和产品的技术附加值都很高,因此产品的毛利率也相对可观。据统计,上中游产业的利润约占整个产业链环节的70%;相对而言,在下游的芯片封装和应用产品生产环节,由于缺乏核心技术,产业的进入门槛较低,对资金和技术的需求度也不高。因此,整个下游产业内企业竞争激烈,且规模普遍不大,盈利能力也较低,下游环节约占产业链30%左右的利润。
          蓝宝石衬底LED芯片成本构成(单位:%)
         3、四元系红黄光LED衬底市场状况分析
       (1)GaAs晶体的不可替代性
        优异的性能匹配是GaAs做为红黄光LED衬底固定选择的主要原因。AlGaInP是AlP、GaP、InP三种III-IV族化合物共同组成的四元化合物,其比例通常为(AlxGa(1-x))yIn(1-y)P。
        从晶格结构上看,AlP、GaP、InP与GaAs均为闪锌矿结构,而它们的晶格常数差距在4%之内,匹配相当良好。另外,GaP与AlP的晶格常数无论在常温还是高温下都几乎完全相等。因此,四元化合物中Al与Ga的比例,即x的数值,基本与晶格常数的变化无关。而为了能让(AlxGa(1-x))yIn(1-y)P化合物与GaAs的晶格常数完全相等,一般将In在三价元素中的占比,。这样,(AlxGa(1-x))
。
        GaAS与InP、GaP、AlP的晶格匹配
          GaAs的化学性质十分稳定,无论常温和或高温下都不会与四元系外延层发生化学反应,其导电性、导热性均良好。另一