襯底行業(yè)深分析報告

1、未來產(chǎn)能擴張迅猛，價格必然下降         1、LED芯片構(gòu)成和所用原材料         一塊完整的LED芯片大致由襯底、外延層、金屬電極引腳和封裝外殼四個主要部分構(gòu)成。其中，襯底和外延層是整個LED芯片的最為重要的兩個部分，是LED發(fā)光本質(zhì)所在。        藍寶石襯底的LED芯片結(jié)構(gòu)圖       

2、;   LED芯片的襯底是外延層半導(dǎo)體材料生長的基底，在LED芯片中起到了承載和固定的作用。對于一種特定的外延層半導(dǎo)體發(fā)光材料來說，選用合適的襯底材料是制作LED芯片首先需要考慮解決的問題。        LED襯底材料的選擇，必須要考慮到與外延層半導(dǎo)體發(fā)光材料在晶格結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性方面的匹配程度，以及其自身的可加工性、散熱性能和成本控制等問題。        LED襯底備選材料的要求   &#

3、160;      LED 的外延片生長主要有LPE（液相外延）、VPE（氣相外延）和MOCVD（有機金屬氣相外延）技術(shù)，前兩者主要用來生產(chǎn)傳統(tǒng)LED，后者用于生產(chǎn)高亮度LED。隨著高亮度LED 越來越成為LED 的主流，目前新購置的外延片生長設(shè)備均是MOCVD。         LED 主要外延片生長技術(shù)         襯底材料的選取應(yīng)首先考慮到與外延層的匹配性條件，在此前提下，盡可

4、能地滿足對材料本身特性的要求，已經(jīng)發(fā)展出的作為LED襯底的可選材料主要包括：藍寶石（Al2O3）、SiC、GaN、Si和ZnO等材料。         不同的基板材料，和不同的發(fā)光層材料，對應(yīng)不同的波長，也對應(yīng)不同的顏色。由于藍綠光和白光是未來的發(fā)展方向，也是現(xiàn)在的主流產(chǎn)品，藍寶石作為基板目前使用最多，藍寶石襯底的市場占有率高達92%。         LED 襯底材料、外延發(fā)光層材料配對分析   

5、0;      2、 LED產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈介紹          LED產(chǎn)品的生產(chǎn)流程可以劃分為襯底制造、外延片制作、芯片生產(chǎn)、芯片封裝和LED產(chǎn)品生產(chǎn)五個階段。國際上LED產(chǎn)品的生產(chǎn)已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，整個LED的產(chǎn)業(yè)鏈依照產(chǎn)品的生產(chǎn)流程可以劃分為上、中、下游三個環(huán)節(jié)。          LED產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖    

6、0;     襯底是LED芯片的承載部分，為了有效的對LED芯片進行支撐，襯底通常都必須具備一定的機械強度、與外延部分相匹配的熱膨脹系數(shù)。良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能對于襯底來說也十分有利。外延片制作是LED芯片制造的核心部分，因為LED的發(fā)光部位PN結(jié)就在這個步驟中形成，因此對于摻雜的控制至關(guān)重要。         LED的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)具體內(nèi)容        LED產(chǎn)業(yè)鏈上下游各個環(huán)節(jié)的毛利率情況差異很大。在整個產(chǎn)業(yè)

7、鏈結(jié)構(gòu)中，上中游環(huán)節(jié)的外延片、芯片產(chǎn)品的質(zhì)量好壞直接影響到了下游LED應(yīng)用產(chǎn)品的工作性能，同時上中游產(chǎn)品的技術(shù)難度也是整個產(chǎn)業(yè)鏈中最高的。這意味著在上中游環(huán)節(jié)，外延片和芯片的制造屬于資本密集和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，其進入門檻和產(chǎn)品的技術(shù)附加值都很高，因此產(chǎn)品的毛利率也相對可觀。據(jù)統(tǒng)計，上中游產(chǎn)業(yè)的利潤約占整個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的70%；相對而言，在下游的芯片封裝和應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，由于缺乏核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)的進入門檻較低，對資金和技術(shù)的需求度也不高。因此，整個下游產(chǎn)業(yè)內(nèi)企業(yè)競爭激烈，且規(guī)模普遍不大，盈利能力也較低，下游環(huán)節(jié)約占產(chǎn)業(yè)鏈30%左右的利潤。     &

8、#160;    藍寶石襯底LED芯片成本構(gòu)成（單位:%）          3、四元系紅黃光LED襯底市場狀況分析       （1）GaAs晶體的不可替代性        優(yōu)異的性能匹配是GaAs做為紅黃光LED襯底固定選擇的主要原因。AlGaInP是AlP、GaP、InP三種III-IV族化合物共同組成的四元化合物，其比例通常為(AlxGa(1-x)y

9、In(1-y)P。        從晶格結(jié)構(gòu)上看，AlP、GaP、InP與GaAs均為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，而它們的晶格常數(shù)差距在4%之內(nèi)，匹配相當(dāng)良好。另外，GaP與AlP的晶格常數(shù)無論在常溫還是高溫下都幾乎完全相等。因此，四元化合物中Al與Ga的比例，即x的數(shù)值，基本與晶格常數(shù)的變化無關(guān)。而為了能讓(AlxGa(1-x)yIn(1-y)P化合物與GaAs的晶格常數(shù)完全相等，一般將In在三價元素中的占比，即y的數(shù)值定位0.5。這樣，(AlxGa(1-x)0.5In0.5P的晶格常數(shù)在常溫與常溫情況下便與GaAS完全相等。 

10、       GaAS與InP、GaP、AlP的晶格匹配           GaAs的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，無論常溫和或高溫下都不會與四元系外延層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性均良好。另一方面，GaAs本身也是十分重要的半導(dǎo)體材料，在微波集成電路、紅外線發(fā)光二極管、雷射二極管和太陽電池等諸多方面都有廣泛應(yīng)用，其商業(yè)化生產(chǎn)早已大規(guī)模進行，在制造成本和制造尺寸方面優(yōu)勢都很明顯。所以，GaAs做為四元系紅黃光LED的襯底材料選擇優(yōu)勢十分明顯且獨

11、特。        （2）GaAs襯底制造的競爭格局        GaAs晶片分半絕緣和低阻兩種。前者主要用于微波器件和集成電路制造，而后者主要用于LED襯底。目前，低阻GaAs襯底的制造依然以日系廠商為主，日立電線、三菱化學(xué)和住友電工三家廠商的市占率合計在60%以上。這與日系GaAs晶片廠商在日本、臺灣、韓國等地市場的強勢地位是有直接關(guān)系的。此外，美國廠商AXT憑借著超越同行的VPE拉晶技術(shù)，在歐美市場具有強大的競爭實力。  

12、60;      國內(nèi)老牌GaAs制造商中科鎵英、美西半導(dǎo)體和美國廠商微晶聯(lián)合成立的中科晶電，近兩年來在低阻GaAs晶片制造領(lǐng)域取得了巨大的進展。目前這家國內(nèi)公司憑借著突出的性價比優(yōu)勢，取得了低阻GaAs襯底90%以上的國內(nèi)市場占有率，基本占據(jù)了國內(nèi)市場。低阻GaAs襯底的國產(chǎn)化完成意味著國內(nèi)外延片和芯片廠商可以以更低的成本取得襯底，增強了國內(nèi)紅黃光LED整條產(chǎn)業(yè)鏈的競爭優(yōu)勢。        2009年低阻GaAs襯底制造廠商的全球市占率分布（單位：%）  

13、;       4、SiC襯底市場狀況分析       （1）優(yōu)勢明顯但并非完美        除了Al2O3襯底外，目前用于GaN生長襯底就是SiC。它有許多突出的優(yōu)點，如化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能好、導(dǎo)熱性能好、不吸收可見光等。由于SiC襯底優(yōu)異的的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，不需要像Al2O3襯底上功率型GaN LED器件采用倒裝焊技術(shù)解決散熱問題，而是采用上下電極結(jié)構(gòu)，可以比較好的解決散熱問題。同時，由于電流方

14、向為縱向而非橫向，SiC襯底藍光二極管可以設(shè)計面積較大的大功率器件。         雖然SiC確實能夠獲得比藍寶石襯底更少的位錯界面，從而大幅度的改善性能，但是由于異質(zhì)結(jié)的本質(zhì)特征所限，其在大電流狀態(tài)下依然無法躲過droop效應(yīng)的限制，即發(fā)光效率隨電流密度增大而快速降低。持續(xù)下降的發(fā)光效率意味著PN結(jié)工作過程中熱量散發(fā)的強度不斷增大，多余的熱量加熱工作節(jié)點，從而降低LED工作壽命。       （2）SiC市場競爭格局狀況  

15、0;     在SiC襯底市場方面，美國Cree公司壟斷了優(yōu)質(zhì)SiC襯底的供應(yīng)。2007年起，該公司在市場上供應(yīng)2至3英寸基本上無微管的襯底。2008年其位錯為每平方厘米5千個。2009年將提供6英寸基本上無微管的襯底。CREE目前市占率在85%左右，產(chǎn)能已提升至為60萬片/年。其次是德國SiCrystal公司和日本新日鐵公司。 SiCrystal2008年可提供基本上無微管的3英寸SiC襯底，其位錯為每平方厘米2千個；新日鐵目前擁有每平方厘米1個微管的3英寸SiC襯底，其位錯為每平方厘米5千個至2萬個，2009年稍晚些可推出4英寸SiC襯底。日本東纖-

16、道康寧合資公司位于第三梯隊。        國內(nèi)方面，天科合達藍光公司于2008年3季度已經(jīng)推出了3英寸SiC襯底產(chǎn)品，但良率一直不盡人意。該公司目前擁有生產(chǎn)爐36臺，產(chǎn)量約在每年1萬片左右。目前良率以提升至55%左右，但與標(biāo)準量產(chǎn)盈利的70%良率標(biāo)準尚有距離。目前該公司產(chǎn)品銷售以研發(fā)機構(gòu)為主。        5、藍寶石襯底市場狀況分析      （1）成熟的工藝和可接受的性能   &#

17、160;    與紅黃光的情況不同，藍綠光LED的發(fā)光材料和襯底選擇從一開始變顯得一波三折。雖然GaN從材料性質(zhì)上已被公認為最具潛力的藍綠光發(fā)光材料，但正是由于無法選出合適的襯底生長GaN外延，才使得90年代之前幾乎所有科學(xué)家都將注意力集中于在砷化鎵基板上生長II-VI族化合物半導(dǎo)體。但是，在1992年日本工程師中村修二劃時代的利用藍寶石基板制備了GaN外延層并順利實現(xiàn)藍光LED制作之后，藍綠光LED實現(xiàn)了井噴式的大爆發(fā)，藍寶石襯底也順理成章的成為藍綠光LED的主流選擇。        

18、;  GaN藍綠光LED襯底選擇之比較          做為目前用于GaN生長最常用襯底的藍寶石（Al 2O3），其決定性的優(yōu)點在于制造技術(shù)成熟，單片成本低，因此當(dāng)GaN 外延技術(shù)取得突破后便迅速產(chǎn)業(yè)化。         （2）LED藍寶石襯底廠商的競爭格局          藍寶石襯底的制作，分為藍寶石晶棒制作和晶片切片兩個

19、步驟。         從全球藍寶石晶棒廠商的月產(chǎn)能來看，傳統(tǒng)三強中的美國廠商Rubicon從2009年至2010年上半年已據(jù)全球龍頭地位。2010年藍寶石晶棒的全球產(chǎn)量分析表明，Rubicon和傳統(tǒng)廠商俄商Monocrystal依然保持了全球領(lǐng)先的地位，二者市場占有率分別為29.2%和23.6%，合計已占據(jù)全球半壁江山，但傳統(tǒng)三強中的另一廠商京瓷的市場占有率則快速下滑至14%。替代京瓷原有亞洲市場份額的，是快速崛起的韓國STC和臺灣廠商越峰，二者2010年全球市占率已經(jīng)達到12.5%和8.3%，目前利用性價比優(yōu)勢已經(jīng)基本主

20、導(dǎo)了韓國和臺灣市場。實際上，STC的2010年三季度產(chǎn)能已經(jīng)超過Rubicon，其中韓國政府的重點扶植是重要原因。        2010 年藍寶石晶棒生產(chǎn)全球市占率分布狀況（單位：%）          從2011 年的擴產(chǎn)計劃來看，STC 將穩(wěn)穩(wěn)躍居全球之首，全球市占率預(yù)計可達23.9%，而Rubicon和Monocrystal 雖然依舊保持前三位臵，但市占率預(yù)計將下滑至18.5%和18.4%。臺灣廠商越峰產(chǎn)能擴張迅速，市占率將躍升

21、至11%而一舉超越老牌廠商京瓷，而后者則繼續(xù)滑落至全球第五。從發(fā)展趨勢上看，新晉廠商STC 和臺灣越峰在未來一段時間成為亞洲市場乃至全球市場的主導(dǎo)者，直至出現(xiàn)性價比競爭能力和產(chǎn)能擴張能力更強的區(qū)域廠商出現(xiàn)為止。          2011 年藍寶石晶棒生產(chǎn)全球市占率分布預(yù)測（單位：%）          藍寶石晶片切片領(lǐng)域，則呈現(xiàn)出與上游晶棒拉制截然不同的競爭格局。上游晶棒拉制的領(lǐng)先企業(yè)中，唯老牌廠商京瓷和Monoc

22、rystal 堅持藍寶石襯底一體化產(chǎn)業(yè)鏈，基本不直接出售晶棒，而Rubicon 和新興廠商STC、越峰等的藍寶石業(yè)務(wù)均以出售晶棒為主，較少或完全不涉及下游襯底制造。另一方面，由于目前技術(shù)門檻相對較低，成本控制能力要求相對較高，因此給了臺灣廠商很好的介入條件。經(jīng)過兩年多的積累，目前臺灣已經(jīng)成為藍寶石切片領(lǐng)域全球最大的生產(chǎn)基地。          2010藍寶石襯底全球市占率分布（單位：%）        2011年，受下游需求增長的影響，

23、國際市場上各主要襯底廠商都在2011年提出了擴充產(chǎn)能的規(guī)劃，預(yù)計今年的藍寶石襯底產(chǎn)能在去年的基礎(chǔ)上將會有比較明顯的增長。高工LED研究所預(yù)計今年全球藍寶石襯底的產(chǎn)能按2英寸計算為7800萬毫米，按1毫米折合1.2-1.4片計算，今年全球產(chǎn)能為9360-10920萬片。        2010-2011年全球前十大藍寶石襯底廠商產(chǎn)能情況及預(yù)測（單位：萬毫米）       （3）LED藍寶石襯底區(qū)域分布狀況    

24、60;   藍寶石是目前運用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化程度最高的LED芯片襯底材料。根據(jù)Yole Développement的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球藍寶石生產(chǎn)商針對LED外延工廠的供貨量已占到LED產(chǎn)品銷售總額的92%以上，并且隨著LED產(chǎn)業(yè)鏈下游需求的不斷擴大，藍寶石市場呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢。預(yù)計未來三年，LED用藍寶石市場的年復(fù)合增長率將高達24%左右，到2013年形成總額約3.92億美元的市場規(guī)模。        2009年以前，國際市場上藍寶石襯底的龍頭供應(yīng)商是美國的Rubicon和俄羅斯的Monocrys

25、tal公司，兩家企業(yè)的藍寶石產(chǎn)能占據(jù)了全球產(chǎn)能的60%以上。而近兩年，全球藍寶石襯底市場的分布情況發(fā)生了較大的變化，具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)老牌企業(yè)的市場占有率下滑，并逐漸被新興的東亞地區(qū)廠商趕超。我們通過對藍寶石襯底消費市場的統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，藍寶石襯底的需求主要集中在東亞地區(qū)，2010年東亞地區(qū)企業(yè)的藍寶石消費量占到了全球比重的87%，巨大的需求帶動了東亞地區(qū)藍寶石襯底產(chǎn)能的增長。          2010年藍寶石襯底的消費市場占率分布（單位：%）     

26、60;   （4）國內(nèi)藍寶石企業(yè)的投資情況           目前國內(nèi)最大的藍寶石基板廠商為云南藍晶，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的晶棒生長技術(shù)，目前已經(jīng)達到20-30 萬片/月。其二期工程已于2010 年7月開工，完工后產(chǎn)能將達到70 萬片/月附近。青島嘉星晶電于2010 年4月開始試產(chǎn)，已開始供應(yīng)2 寸與少量4 寸藍寶石襯底。但是，受藍寶石產(chǎn)品價格持續(xù)快速上漲的影響，2010年后國內(nèi)對于藍寶石領(lǐng)域的投資明顯加重。從已公布的各廠商的投資計劃來看，預(yù)計今后三年將會是新建廠商投產(chǎn)比較密集

27、的時間段，其中上市公司天通股份引進了日企4英寸藍寶石生長加工技術(shù)，生產(chǎn)線投產(chǎn)后將比目前主流的2英寸藍寶石產(chǎn)品更具市場競爭力。同時，保利協(xié)鑫、九江賽翡、吉星新材料、云南藍晶和貴陽工投等企業(yè)依據(jù)自身雄厚的資金實力，計劃最終發(fā)展出千萬片以上的年產(chǎn)能，有望在產(chǎn)能上超越國際老牌藍寶石企業(yè)。        2010-2013年國內(nèi)藍寶石襯底預(yù)計產(chǎn)能情況（單位：萬片）         目前涉足藍寶石基板制造的A股上市公司主要是同在浙江的水晶光電和天通股份。天通

28、股份引進第一機電工業(yè)等日本廠商技術(shù)，投資額約1億元，未來以生產(chǎn)4寸基板為主。水晶光電計劃于2011至2012年投資1.09億元，在臺州建設(shè)年產(chǎn)360萬片的2寸基板生產(chǎn)線。2011年9月29日，三安光電公布擬于福建泉州（湖頭）光電產(chǎn)業(yè)園（簡稱湖頭產(chǎn)業(yè)園）       投資25億元從事藍寶石襯底的研發(fā)與制造，項目占地面積約800畝，年生產(chǎn)2寸襯底1200萬片。建設(shè)周期為3年，力爭2年完成。同時，福建省安溪縣人民政府表示，將撥發(fā)3億元的產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與開發(fā)專項基金。      

29、60; 國內(nèi)藍寶石企業(yè)近期項目投產(chǎn)計劃        （5）國內(nèi)藍寶石襯底需求分析        前文已經(jīng)總結(jié)了LED產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的國內(nèi)產(chǎn)能以及下游的全球市場需求情況，為方便比較，下面將各環(huán)節(jié)的產(chǎn)能和市場總需求都統(tǒng)一折算用2英寸藍寶石襯底的片數(shù)表示。         從統(tǒng)計結(jié)果中我們可以得出以下結(jié)論：首先，整個LED產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展時期，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的國內(nèi)產(chǎn)能和市場總需求都呈現(xiàn)出持續(xù)增長；其次我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的封裝環(huán)節(jié)已經(jīng)發(fā)展完善，產(chǎn)能繼續(xù)向上提升將遭遇瓶頸，未來獲得產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的空間不大；而外延芯片環(huán)節(jié)經(jīng)過這兩年的爆發(fā)性增長已經(jīng)步入成熟期，目前規(guī)模化產(chǎn)能已經(jīng)初步形成；而相比之下，上游的襯底環(huán)節(jié)擴展明顯，即將迎來一個產(chǎn)能的釋放階段。我們估計，國內(nèi)2011年上游藍寶石襯底的預(yù)期市場缺口將有930萬片，但在2012年之后，產(chǎn)能的迅速擴張將直接導(dǎo)致藍寶石襯底供過于求的狀況，并引起激烈的價格之爭，藍寶石廠商為了爭取市場份額而降低價格的壓