原创《攀登LED产业链高端瓶颈待破》：该文是关于产业链论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
在制造业普遍低迷的背景下,LED（Light-Emitting Diode,发光二极管）成为为数不多风景独好的产业之一.据高工-LED测算,2014年中国LED产业总产值规模已达到约3445亿元,同比增长31%.其中,LED上游外延芯片、中游封装、下游应用产值分别达到120亿元、568亿元、2757亿元,同 别增长43%、20%、32%.LED产业链企业数量超过2万家.
然而随着行业竞争的加剧,LED企业跑路、倒闭的情况时有发生,“整合”、“爆发”、“跨界”等词语也成为2014年LED行业的标签.和此同时,引领LED产业高速发展的驱动力之一——政府补贴或将取消的消息,也给LED产业的未来发展带来了重大不确定性.种种状况都预示着LED产业进入了充满变革的新阶段.
2015开年,蓝宝石LED材料外延及芯片技术斩获国家科学技术进步奖,鲜明的国家意志给LED行业打了一剂强心针,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,进行产业升级的关键.
我国LED产业现状
典型LED器件如右图所示,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型和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,和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,首先蓝宝石衬底和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和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,和国际水平差距较小.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,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,我国和国际厂商相比,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,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.
产业链论文参考资料：
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