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LED行业钨钼需求分析报告一、引言：蓝宝石基板月需求量将增近倍至200万片duanfei_xaut发表于:2010-12-0310:26来源:半导体技术天地科技市调机构YoleDevelopment即将在11月发表的报告显示，拜LED市场出现前所未有的成长之赐，预料2010年蓝宝石基板(SapphireSubstrate，用来制造蓝光、白光GaNLED)的月需求量将由2009年12月的100万片(以2吋硅晶圆计算)大增近倍至200万片。Yole指出，2吋蓝宝石基板均价已攀升至30美元(高于该机构在1月份的预期)，部分客户甚至预先付款以避免生产线停顿。根据报告，南韩蓝宝石基板制造商SapphireTechnologiesCo.Ltd.目前月产能已达760,000片，高于俄罗斯竞争厂商MonocrystalInc.与美国的RubiconTechnologyInc.。过去的市场领导者京瓷(Kyocera)、Namiki扩产速度似乎较慢。此外，鸿海集团转投资的LED蓝宝石基板厂兆晶科技(4969)已于9月24日在兴柜挂牌上市，Monocrystal则预定10月份在莫斯科银行间货币交易所(MICEX)募集约2.5亿美元的资金。Yole指出，许多新兴业者开始积极加入战局，目前市场上已有超过40家业者。不过，该机构认为，有许多厂商都低估了生产大尺寸、高品质蓝宝石基板的技术门槛。此外，蓝宝石基板需求攀高也导致原材料价格上扬，部分蓝宝石基板制造商已开始预先付款，以确保至2011年为止的原物料供应无虞。Yole指出，业者开始转换至尺寸较大的蓝宝石基板也令原料供应压力上升。2010年下半年超过65%的有机金属化学汽相沉积系统(MOCVD)设备都是为4吋以上晶圆设计，预期2011年2吋蓝宝石基板的出货比重将首度低于50%，这也将增加原料供应压力，主因大尺寸蓝宝石基板的厚度较2吋高，而良率也较低。Rubicon甫于8月5日宣布，该公司已与一家LED制造大厂签订合约，将在2010年11月至2011年12月期间供应研磨过后的6吋蓝宝石基板，合约总值达7,100万美元。Rubicon指出，这是首度有LED厂商开始运用6吋基板进行量产。二、LED生产工艺概述1）外延片的生成——材料LED的发光核心是一种称为外延片（EpitaxialSlice）的复合材料，传统照明发光原理是通过金属发热将热能转化为光能，转化效率非常低，仅有7%左右。而LED得发光原理大不相同，是电子穿过一层半导体材料时，激发该半导体材料将电能转化为光能，因此不发热就可以直接发光，目前LED能将40%的电能转化成光能。而随着技术的进步，转化率会越来越高，理论上可能达到70%。这是照明史上的飞跃，如此优秀的节能效应也使其作为未来照明主流的一大因素。然而，单层半导体的发光能力很弱，所以外延片就是将很多层很波的单层材料叠加起来，压成类似千层饼那样的复合材料。所以，LED的发光效率决定于在同等厚度里，能压入多少层。能够将单层材料做得越薄，能叠加的层数越多，发光效率就越高。现在一般每层厚度仅为2—20微米，这种生产技术要求也决定了外延片生产时整个LED生产流程中最困难的部分，目前一般是通过一种叫金属有机化学气相沉积系统(MOCVD)的技术进行合成的。金属有机化学气相沉积系统技术，是利用金属有机化合物作为源物质的一种化学气相淀积（CVD）工艺。MOCVD技术最吸引人的地方在于它的通用性，只要能够选取到合适的金属有机源就可以进行外延生长。通常MOCVD生长过程可以描述如下：被精确控制流量的反映源材料（颗粒状金属材料）在载气（通常为H2,也有的系统采用N2）的携带下被通入石英或者不锈钢的反应室，在衬底上发生反应沉淀，均匀生长出薄薄的一层外延层，衬底是放置在被控制温度的基座上的。在反应后残留的围棋被扫出反应室。2）切割——LED的核心切割后的外延片是方块形。由于外延片这种特殊的机构，想要完整的切割出需要发光的核心，是非常困难的。不仅需要真空环境，而且还要专业的切割机。目前世界上只有两家厂家生产这种切割机。3）核心——放入LED芯片芯片是LED的供电部分。芯片是实现理想LED非常重要的装备，因为LED对电流的要求非常高。4）封装——LED芯片成发光体将LED芯片封装成发光体，封装技术决定了发光体的使用寿命。5）照明应用在以上五步流程中，一至三步为上游，第四步为中游，第五步为下游。三、LED设备及设备用组件以上为MOCVD设备，右边即为THOMASSWAN。以上为PLANSEE供应的MOCVD组件Carrier(载盘)ExhaustRing2010年全球新增MOCVD机台数达720台，较2009年增加232%，而2010年全球新增的MOCVD机台数，将吃下全球近70％以上的LED背TV需求，其中以韩国、台湾及中国新增机台最多，分别占新增总数的36%、32%及26%。台湾前5大LED芯片厂中，泛晶电集团藉由整合来扩大产能，2010年泛晶电集团的M0CVD机台数达291台，居领先地位，晶电2011年全球新增机台将再持续增加，可望带动上游蓝宝石基板、晶棒等材料供需吃紧。韩国三星，台湾LED大厂晶电、灿圆、广镓、泰谷等，及大陆LED厂均有扩产计划。大陆厂还包括广门三安、上海蓝宝、徽士兰、晶能、比亚迪、德豪润达等。根据研究机构估计，大睦2009年将购置超过200台M0CVD机台，总机台数比2008年成长l.5倍，新机台预割将在2010年底至2011年陆续投产。主要蓝宝石基板厂产能均将大幅扩张，如下所示：公司产能扩充计划Rubicon2010年产能将翻倍越峰2010年底产能将扩充至3倍至18万片/月中美晶2010年底产能将扩充至3倍至18万片/月尚志目前装机中，2011年产能将达到12.5万片合晶目前产能10万片，2010年将扩6吋产线即将上马的部分项目，如下所示：济宁市政府介绍，联电济宁科技园是由全球第二大晶圆生产厂商台湾联电集团，联手全球最大的磊晶生产厂商台湾晶电集团共同设立的，近日，山东联电济宁科技园成功制造出第一炉蓝宝石晶体，这一蓝宝石晶体重达89.5T比，属国内最大。在连城县工业园区，福建鑫晶科技有限公司总投资7.5亿元，第一期投资1.1亿元，占地而积117亩，土要从事人造蓝宝石晶体制造、晶体切片加工及销售，项目总体建成投产后可实现200台晶体生长炉生产及配套晶体加工能力，年产位叫达14亿元。09年底，由山东省信息产业厅、国家新材料行业促进中心、中科院上海光机所、哈工大奥瑞德公司等10个单位专家、教授组成的专家委员会，对淄矿集团公司埠村煤矿蓝宝石晶体项目进行了叫行性论证。阜宁县人民政府与香港办鑫集团在南京成功签订光电材料——蓝宝石晶体生长及切片项目，该项目总投资30亿元，一期投资10亿元。阜宁县与香港协鑫集团合作，总投资30亿元，形成2000万片蓝宝石晶体生长及相关产品产能。一期投资10亿元建设蓝宝石晶体生长及切片项目，采用泡生法生产工艺，形成1000万片蓝宝石晶体产能。四、LED衬底材料对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底。通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：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。使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·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（在100℃约为25W/（m·K））。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。五、蓝宝石单晶生长方法介绍蓝宝石单晶的生长方法有很多种，其中最主要的有九种，介绍如下：1）凯氏长晶法（Kyropoulosmethod）简称KY法，大陆称之为泡生法。其原理与柴氏拉晶法（Czochralskimethod）类似，先将原料加热至熔点后融化形成熔汤，再以单晶之晶种（SeedCrystal，又称籽晶棒）接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同警惕结构的单晶，晶种以及缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶锭，下图即为凯氏长晶法的原理示意图。凯氏长晶法是利用温度控制来生长晶体，它与柴氏拉晶法最大的差异是只拉出晶颈，晶身部分是靠着温度变化来生长，并在拉晶头的同时，调整加热电压，使熔融的原料达到最合适的长晶温度范围，让生长速度达到最理想化，因而长出品质最理想的蓝宝石单晶。国外许多生长蓝宝石的厂商，也是采用此方法以生长蓝宝石单晶，凯氏长晶法在生长过程中，除了晶颈需拉升外，其余只需控制温度的变化，就可使晶体成型，少了拉升及旋转地干扰，比较好控制制程，因而可得到较佳的品质。所以生长的蓝宝石单晶具有以下优点：高品质、低缺陷密度、大尺寸、较快的生长率、高产能和较佳的成本效益。2）柴氏拉晶法3）焰熔法4）热交换器法5）浮熔区长晶法6）水平区熔法7）坩埚下降法8）定边膜喂法（导膜法）9）非毛细成型法目前，生产蓝宝石衬底的厂家有：俄罗斯MonoCrystal、Atlas、美国Rubicon、韩国STC、日本京瓷、台湾越峰、香港科瑞斯特、内陆哈工大奥斯、云南蓝晶、成都东俊、江苏天龙光电等。六、LED发展前景Monocrystal推出LED用超大10英寸蓝宝石衬底2010年12月14日17:15:09来源:OFweek半导体照明网Monocrystal公司近日推出自主创新产品---超大10英寸C-plane开盒即用蓝宝石衬底。LED行业不断向更大尺寸衬底发展，并努力降低成本以及提高高质量的LED芯片产量，从而使得LED灯具普及速度加快。在其可持续性技术创新的愿景驱动下，Monocrystal公司不断开发新一代大尺寸蓝宝石芯片技术。Monocrystal公司首席执行官OlegKachalov说道，“过去，通过我们最好的LED用以及RFIC用8英寸蓝宝石衬底，我们有强大的竞争优势。现在，自主创新的10英寸LED蓝宝石衬底的推出，很好的说明了Monocrystal公司足够满足不断扩大的市场需求从而扩大LED行业愿景。进一步加强了Monocrystal公司作为技术与行业领导着的地位。”目前，行业生产的氮化镓LED芯片中超过90%的芯片都是用了蓝宝石衬底，包括LED照明产品所使用的高亮度设备。与传统白炽灯相比，LED灯具所消耗的能量减少了90%，其寿命也是其50倍之多。鉴于其优势，LEDs在其它应用方面也有增长，例如移动设备、显示器、交通灯、车灯以及车身电子系统等。Aixtron论未来MOCVD发展方向dzsc.com新闻出处：China-LED发