蓝宝石衬底市场调.ppt
蓝宝石衬底市场调研报告,公司名称：苏州晶昇光电科技有限公司时间：2011年11月25日制作人：蔡东学,报告框架,第一部分：半导体照明（LED）产业概述第二部分：LED用衬底材料的相关概述第三部分：蓝宝石衬底第四部分:蓝宝石衬底市场价格及发展前景,一、半导体照明（LED）产业概述,1.1全球LED产业现状与发展 全球半导体照明产业发展现状 全球半导体照明市场基本格局 全球半导体照明产业重点区域及企业现状,1.1.1 全球LED 产业现状与发展：全球LED 产业现状：全球半导体照明市场增长很快，2003年达到规模45亿美元，近几年年均增长率超过20%。作为照明基础的高亮度LED的增长更加迅速，在19952004年的十年间年均增长率达到46%，2004年市场规模达到37亿美元。目前，高亮度LED主要应用于手机与PDA等背光源、显示屏、汽车、交通信号、景观装饰、特种工作照明等领域，其中手机、PDA等的背光源占高亮LED市场的58%。全球LED 发展 目前，全球半导体照明产业形成了以美国、亚洲、欧洲三足鼎立的全球产业格局。世界主要厂商分布在美国、日本、欧盟等地，他们拥有核心技术专利，在GaN基蓝、蓝光LED、白光技术方面具有领先优势，同时在产业规模方面也具有优势。我国台湾地区和韩国LED产业近年来发展很快，台湾地区的芯片数量和封装产量占到全球的60%。半导体照明是一个新兴的产业，技术水平发展很快，新技术、新产品不断涌现，一些可以用于白光照明的功率型LED产品己可批量生产，产业发展己达到一个快速上升的阈值。,一、半导体照明（LED）产业概述,全球半导体照明市场基本格局目前全球初步形成以亚洲、北美、欧洲三大区域为中心的LED产业格局,1.半导体照明（LED）产业概述,亚洲地区,欧洲地区,北美地区,全球半导体照明产业重点区域及企业现状全球半导体照明重点区：亚洲地区：,1.半导体照明（LED）产业概述,北美地区,1.半导体照明（LED）产业概述,欧洲地区,1.半导体照明（LED）产业概述,1.半导体照明（LED）产业概述,全球企业现状（全球5大LED企业),1.2中国LED产业现状与发展 中国LED产业发展现状中国半导体照明产业四大区域中国LED照明企业的发展特征,一、半导体照明（LED）产业概述,1.2中国LED产业现状与发展 中国LED产业发展现状2010年10月，国务院正式发布国务院关于加快培育发展战略性新兴产业的决定，进一步明确了光电产业是战略性新兴产业的重要组成部分，包括新型显示器件、LED等在内的细分产业都在国家战略性新兴产业规划中明确提到。在“十二五”开局之年，赛迪顾问通过对中国光电产业(重点选择LCD和LED产业)现状的梳理，深入分析产业分布、产业特点、空间演变等内容，并结合国际先进国家和地区发展光电产业的经验，对未来中国光电产业的发展趋势进行了系统研究，推出了中国光电产业地图白皮书为国家和地方的光电产业空间布局与宏观决策提供了参考。形成四大区域集聚发展的总体分布格局从2010年中国光电产业的产值分布图可以看出，对于平板显示产业，已经初步形成环渤海、长三角、珠三角以及中西部四大产业聚集区;对于LED产业，主要聚集在环渤海、长三角、珠三角等三大区域。,一、半导体照明（LED）产业概述,2010年中国光电产业区域销售收入,一、半导体照明（LED）产业概述,2010年国内光电产业重点城市分布,一、半导体照明（LED）产业概述,1.2中国LED产业现状与发展 1.2.2 中国半导体照明产业发展四大区域 对于中国LED产业，主要聚集在环渤海、长三角、珠三角等三大区域。环渤海地区：已经形成了以北京、天津、大连、济南等城市为核心的光电产业聚集区，拥有国内领先的科研环境，为产业的发展和升级提 供了智力保障。长三角地区：目前拥有全国最大的光电产业集群，在研发、制造、应用等各个产业链环节都走在全 国的前全国最大的液晶模组产业基地分布在苏州、上海、南京等地。在LED领域，长三角是中国较早发展LED的区域之一，拥有上海、扬州两个国家级的半导体照明工程产业化基地。珠三角地区：是国内重要的电子整机生产基地，特别是在LED领域，珠三角是全国最大的LED封装基地，目前，广东LED封装产量约占全国的70%，约占全世界的50%，产业规模全国领先 中西部地区：在政府的强力推动下，南昌、合肥、武汉、成都等产业基础好，发展较快的城市具备承接长三角、珠三角等东部地区电子信息制造产业转移的天然优势，光电产业取得了跨越式的发展。,环渤海地区LED产业核心城市：北京、天津、大连、济南,长三角地区LED产业核心城市：苏州、上海、南京,珠三角地区LED产业核心城市：广东,珠三角地区LED产业核心城市：南昌、合肥、武汉、成都,一、半导体照明（LED）产业概述,1.2中国LED产业现状与发展 中国LED照明企业的发展特征从市场角度看，中国LED企业有以下几个特点：LED照明行业发展迅速。2010年LED照明已经开始发酵，与2009年相比市场需求量大增，做LED封装、LED显示屏的企业也纷纷进入LED照明领域。目前中国市场上只做LED封装的企业数量已经很少，大部分做封装的企业已经开始研发和生产LED照明产品。LED应用领域的企业界限已越来越模糊，各企业LED产品线越拉越长。虽然技术水平与前几年相比LED产品技术水平已经有了很大的提高，但是大部分企业以价格?领市场，却牺牲了产品的质量，也导致了产品利润率逐渐下降。不过已有不少LED企业开始提高研发投入，往高技术、高附加值、智能化产品方向发展。在封装和应用端，个别企业的部分产品已经可以和国际LED厂商同台竞技。即便如此，但是LED芯片企业整体利润低。LED芯片企业目前整体上投入很大，但2009年LED芯片行业销售额仅20多亿元人民币，并且大部分LED芯片企业为负利润或没有利润。LED芯片企业2009年底达62个，随着LED芯片企业大规模投入和台湾等地的技术引进，预计未来几年中国LED芯片将会有非常大的发展。出口占据重要位置，国内市场疲软，特别是珠三角地区的LED企业，不少企业出口占据了50%以上的比例。主要是因为LED产品价格相对于中国消费者而言仍然偏高，中国LED应用产品销售主要集中在商业照明和市政工程，普通消费者接受程度仍处于较低水平。LED企业间兼并情况很少。目前市场上很少有LED企业间相互兼?情况，各企业基本靠自身力量进行扩大规模。相对于市场上数千家的企业而言，企业间的兼?比例可以忽略不计。主要原因是LED市场仍然未成熟和充分竞争，多数企业可以找到自己的生存空间。不过，相对于兼?重组数量少的情况，中国每年LED行业进入和退出的企业非常多。,二、LED用衬底材料的相关概述,2.1LED外延片基本概述LED外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石SiC，Si）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。LED外延片衬底材料选择特点：1、结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小 2、界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强 3、化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀 4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小 5、导电性好，能制成上下结构 6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小 7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等 8、价格低廉。9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。10、容易得到规则形状衬底(除非有其他特殊要求)，与外延设备托盘孔相似的衬底形状才不容易形成不规则涡流，以至于影响外延质量。11、在不影响外延质量的前提下，衬底的可加工性尽量满足后续芯片和封装加工工艺要求。,目前LED外延片衬底材料,二、LED用衬底材料的相关概述,2.2红黄光LED衬底红光LED以GaP(二元系)、AlGaAs(三元系)和AlGaInP(四元系)为主，主要采用GaP和GaAs作为衬底，未产业化的还有蓝宝石Al2O3和硅衬底1、GaAs衬底：在使用LPE生长红光LED时，一般使用AlGaAs外延层，而使用MOCVD生长红黄光LED时，一般生长AlInGaP外延结构。外延层生长在GaAs衬底上，由于晶格匹配，容易生长出较好的材料，但缺点是其吸收这一波长的光子，布拉格反射镜或晶片键合技术被用于消除这种额外的技术问题。2、GaP衬底：在使用LPE生长红黄光LED时，一般使用GaP外延层，波长范围较宽565-700nm;使用VPE生长红黄光LED时，生长GaAsP外延层，波长在630-650nm 之间;而使用MOCVD时，一般生长AlInGaP外延结构，这个结构很好的解决了GaAs衬底吸光的缺点，直接将LED结构生长在透明衬底上，但缺点是晶格失配，需要利用缓冲层来生长InGaP和AlGaInP结构。另外，GaP基的III-N-V材料系统也引起广泛的兴趣，这种材料结构不但可以改变带宽，还可以在只加入0.5%氮的情况下，带隙的变化从间接到直接，并在红光区域具有很强的发光效应(650nm)。采用这样的结构制造LED，可以由GaNP 晶格匹配的异质结构，通过一步外延形成LED结构，并省去GaAs衬底去除和晶片键合透明衬底的复杂工艺。,二、LED用衬底材料的相关概述,2.2蓝绿光LED衬底用于氮化镓研究的衬底材料比较多，但是能用于生产的衬底目前只有二种，即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底。1.氮化镓衬底:用于氮化镓生长的最理想的衬底自然是氮化镓单晶材料，这样可以大大提高外延片膜的晶体品质，降 低位元错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。2.蓝宝石Al2O3衬底：目前用于氮化镓生长的最普遍的衬底是Al2O3.3.SiC衬底:除了Al2O3衬底外，目前用于氮化镓生长衬底就是SiC，它在市场上的占有率位居第2，目前还未有第三种衬底用于氮化镓LED的商业化生产。4.Si衬底：在硅衬底上制备发光二极体是本领域中梦寐以求的一件事情，因为一旦技术获得突破，外延片生长成本和器件加工成本将大幅度下降。5.ZnO衬底：之所以ZnO作为GaN外延片的候选衬底，是因为他们两者具有非常惊人的相似之处。两者晶体结构相同、晶格失配度非常小，禁带宽度接近(能带不连续值小，接触势垒小)。6.ZnSe衬底：有人使用MBE在ZnSe衬底上生长ZnCdSe/ZnSe等材料，用于蓝光和绿光LED器件，最先由住友公司推出，由于其不需要荧光粉就可以实现白光LED的目标，故可降低成品，同时电源回路构造简单，其操作电压也比GaN白光LED低。,三、蓝宝石衬底,3.1 蓝宝石衬底的概述蓝宝石衬底材料的介绍：通常,GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底材料的优点：首先,蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好;其次,蓝宝石的稳定性很 好,能够运用在高温生长过程中;最后,蓝宝石的机械强度高,易于处理和清洗。因此,大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。蓝宝石衬底材料的问题点：蓝宝石是一种绝缘体,常温下的电阻率大于1011?;cm,在这种情况下无法制作垂直结构的器件;通常只在外延层上表面制作n型和p型电极(如图1所示)。在上表面制作两个电极,造成了有效发光面积减少,同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程,结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难,当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法,使电流扩散,以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%40%的光,同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高,不容易对其进行刻蚀,因此在刻蚀过程中需要较好的设备,这将会增加生产成本。蓝宝石的硬度非常高,在自然材料中其硬度仅次于金刚石,但是在led器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割(从400nm减到100nm左右)。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。蓝宝石的导热性能不是很好。因此在使用LED器件时,会传导出大量的热量;特别是对面积较大的大功率器件,导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难,很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上,从而改善导热和导电性能。,三、蓝宝石衬底,3.2 蓝宝石生产设备情况蓝宝石晶体生长设备主要包含热场系统、控制系统、电源、晶转晶升系统、真空系统、炉腔配套辅组系统等。,三、蓝宝石衬底,3.3 蓝宝石衬底材料市场,
