LED產業鏈高端瓶頸待破

張鎮 工業和信息化部賽迪智庫原材料工業研究所副所長

導語：近兩年LED產業高速增長，成為投資追捧的對象。然而不容迴避的是，我國LED產業的瘋狂擴張主要聚集於襯底和芯片、封裝這些行業鏈的低端，而高技術、高附加值的高端LED材料以及外延領域，國內企業則鮮有涉足。進入LED產業鏈高端成為國內LED產業未來能否良性發展的關鍵。

在製造業普遍低迷的背景下，LED（Light-Emitting Diode，發光二極管）成為為數不多的風景獨好的產業之一。據高工-LED測算，2014年中國LED產業業總產值規模已達到約3445億元，同比增長31%。其中，LED上游外延芯片、中游封裝、下游應用產值分別達到120億元、568億元、2757億元，同比分別增長43%、20%、32%。LED產業鏈企業數量超過2萬家。

然而隨著行業競爭的加劇，LED企業跑路、倒閉的情況時有發生，“整合”、“爆發”、“跨界”等詞語也成為2014年LED行業的標籤。與此同時，引領LED產業高速發展的驅動力之一——政府補貼或將取消的消息，給LED產業的未來發展帶來了重大不確定性。種種狀況都預示著LED產業進入了充滿變革的新階段。

2015開年，藍寶石LED材料外延及芯片技術斬獲國家科學技術進步獎，鮮明的國家意志給LED行業打了一劑強心針，技術創新才是未來LED企業競爭力的關鍵，也是LED突破產業瓶頸，進行產業升級的關鍵。

我國LED產業現狀

典型 LED 器件如圖1所示，通常採用外延方法在襯底材料上生長出晶體缺陷密度低的LED器件層，通過光刻、刻蝕、濺射等半導體生產工藝得到一定的器件形狀和構造，並形成良好的電接觸膜，這就是 LED 芯片。對LED芯片進行封裝，可以避免LED芯片受到外界損傷，並很好地導入電和導出發光，從而形成一個完整的LED產品。

LED結構主要為一個 PN 結，需要由穩定的P型與N 型材料製成，如硅(Si)、鍺(Ge)等通過摻雜磷(P)、砷(As)、銻(Sb)，GaN, GaP, GaAs 通過摻雜銦(In)等形成 N 型半導體；Si 摻雜硼(B)，GaN、GaP、 GaAs等摻雜鋁(Al)等形成P型半導體。另外，在PN 結兩邊還需要電極材料，如採用 ITO 等。

LED產業鏈主要包括襯底、外延、芯片、封裝、應用等環節（圖2）。具體剖析開來，LED產品的關鍵材料集中於襯底、外延芯片以及封裝環節。

襯底材料

LED襯底材料眾多，市場上大規模商用的LED襯底材料是GaAs、藍寶石和SiC，同時Si襯底和GaN同質襯底也成為關注熱點。

在GaAs領域，我國具有一定的實力，普亮紅、黃光LED中目前襯底材料基本實現了國產化，而高亮度和超高亮度紅光LED襯底材料主要依靠進口，與國際水平仍存在一定的差距。

藍寶石襯底材料以其生產技術成熟、器件質量好、穩定性高、易於處理和清洗等優點，被國內企業廣泛使用。然而，藍寶石襯底也存在一些問題，首先藍寶石襯底與GaN外延層的晶格失配和熱應力失配較大；同時，藍寶石的導熱性能不是很好，會增加大功率LED器件封裝散熱成本。

為了提升器件的導熱性和導電性，出現了SiC和Si襯底。SiC襯底材料的導熱性能要比藍寶石襯底高出10倍以上，同時這種襯底不需要電流擴散層，因此光不會被電流擴散層的材料吸收，有利於提高芯片的出光效率，但其製造成本非常高，產品價格差不多是同尺寸藍寶石襯底的10倍。Si襯底材料質量高、尺寸大、材料成本低、加工工藝成熟，並具備良好的導電性、導熱性和熱穩定性等，但Si與GaN之間存在巨大的晶格失配度和熱失配，同時Si對可見光吸收嚴重，LED出光效率低。

近兩年，我國在Si襯底上生長GaN外延技術進展很快，尤其是在6英寸、8英寸等大尺寸Si襯底上生長GaN外延，可大幅降低LED芯片製造成本。目前看來Si襯底技術有望實現大規模商用。

此外AlN、ZnO等材料也可作為襯底，目前還處於實驗室研究階段。

我國用於製備紅、黃光LED的GaAs/AlGaInP/InP/GaP四元系襯底材料製備技術發展較為成熟，與國際水平差距較小。在GaAs襯底領域，中科鎵英、中科晶電、國瑞電子、上海中科嘉浦、中國電子科技集團第46研究所等企業均已實現上述產品的量產，特別是中科鎵英和中科晶電憑藉突出的產品性價比，在國內GaAs襯底領域佔有絕大部分市場份額。

我國相關企業應用於藍、白光LED生長的藍寶石襯底、SiC襯底和GaN襯底材料的性能指標和成品率仍然較低，材料生長專業人才也較為缺乏。但受市場和政策利好驅動，已有多家企業開始介入或宣佈介入寬帶隙襯底領域，逐步擴大資金投入和相關關鍵技術引進。

在藍寶石襯底材料領域，我國代表企業有元亮科技、同人電子、協鑫光電、上城科技、吉星新材料、普吉光電、水晶光電、雲南藍晶、重慶四聯光電、成都東駿、貴州皓天、九江賽翡、中鎵半導體、哈工大奧瑞德、安徽康藍光電、青島嘉星晶電、山東天嶽、山東元鴻等。

在SiC襯底領域，美國Cree幾乎壟斷了優質SiC襯底的全球供應，其次是德國SiCrystal、日本新日鐵和日本東纖－道康寧公司，我國企業實力較弱。

外延材料

外延是 LED 器件核心環節，外延材料是由多層不同組分的材料構成，要求單層厚度一致，化學組分分佈均勻，這對外延過程控制及設備提出了非常高的要求。外延生長過程中所涉及到溫度場、氣流控制直接影響所得到 LED 芯片中局部成分和厚度的均一性，目前最為常用的方法還是 MOCVD 方法。

由於這一環節對資金、技術、人才有很高的要求，進入門檻較高。

目前，我國與國際廠商相比，在外延材料生長方面的技術和經驗方面，無論是大功率產品還是小功率產品在發光效率上存在一定的差距。從材料上看，在高亮度和超高亮度產品中，由於AlGaInP外延技術要求較低，目前國內從事這類外延生產的企業數量較多，產量較高。作為藍光LED的主要材料GaN，在巨大的照明市場潛力拉動下，其外延片產量不斷提高，且增速明顯高於AlGaInP外延產品。

而作為外延材料生產的核心MOCVD設備領域，目前全球主要的生產廠商為德國Aixtron公司(約佔60-70%市場份額)和美國Vecco公司（約佔30-40%市場份額）。其他MOCVD廠家主要包括日本的NIPPON Sanso和Nissin Electric等。我國MOCVD設備則基本依靠進口。

截止2013年年底，中國共有約1017臺MOCVD，在生產與完成調試的MOCVD數量接近六成，其中85%為GaN系MOCVD。在技術和生產工藝方面，國內和國外的差距較大，特別是在前景較好的四元系和GaN系方面，國內生產的MOCVD設備還達不到產業化的要求，基本上依賴進口。

2012年，中科院半導體研究所負責研發的國內首臺48片2英寸MOCVD工程化樣機各項性能指標均達到了同類國際MOCVD設備產品的水平，意味著一直制約我國LED產業發展的MOCVD設備技術水平取得了重大突破。

芯片材料

目前國內企業及科研機構已經實現在不同襯底(Al2O3、Si、SiC、AlN)上外延生長GaN材料，並已開發出圖形化襯底外延、非極性或半極性外延、襯底轉移、激光剝離、共晶焊接、ITO電極、表面粗化和光子晶體等產品和技術。

在提高內量子效率和外量子效率方面，我國也取得較大進展。目前已研發出AlGaN深紫外(260nm－400nm)發光二極管，以及1W的LED藍光芯片，白光LED的發光效率超過80lm/w，並研製出四元系AlGaInP紅光功率LED器件，發光效率約40lm/w。

然而，我國超高亮度芯片以及高亮度藍綠芯片產品技術仍有待進一步提高，國內該類芯片仍主要依靠進口。

由於外延片和芯片生產環節聯繫緊密，行業內的多數企業在從事外延片生產的同時也進行芯片產品的生產。截止到2013年年底，我國（不包括臺灣地區）涉及LED外延/芯片的企業有近百家。

在外延/芯片環節，由於近兩年新建項目的陸續投產，區域分佈呈現多地開花、分散發展的趨勢。其中，長三角地區企業數量超過30家，超過總數的三分之一。

製備材料

LED製備材料主要指LED生產中需要用到的光刻膠、高純化學試劑、高純電子氣體、靶材和拋光材料。

我國LED領域光刻膠還處於產業化階段(初期？)，國內能夠大批量生產的光刻膠包括紫外負性光刻膠、紫外正性光刻膠（G、I線膠）和TN-STN光刻膠等。然而，高端生產用光刻膠還需要依賴進口。

在高純化學試劑領域，國內的產業化技術水平基本能夠滿足LED生產要求。

在高純電子氣體領域，國產的6N高純氨已大量用於LED行業，取得了一定進展，但特種電子氣體方面整體技術水平與要求還有較大差距，高端核心技術和產品市場仍被國外把控。

在靶材領域，中國產業化技術水平和產品質量發展較快，基本實現了進口替代，存在突出問題是靶材主要原材料仍然依賴進口。在拋光材料領域，中國基本能夠生產LED領域藍寶石用拋光液和硅、化合物半導體襯底材料用拋光液及水溶膠納米磨料等，但在CMP工藝用其他拋光液、拋光液用核心基礎原材料等還依賴進口。

據不完全統計，目前中國從事光刻膠、高純化學試劑、高純電子氣體、靶材和拋光材料企業有31家，主要以合資和民營企業為主，企業主要分佈在長江三角洲和京津環渤海地區。國有及國有控股企業雖然數量上不及合資和民營企業，但產品銷售收入和從業人員處於絕對優勢。

深陷產業鏈低端

從2010到2012年這短短3年間，LED芯片產能擴張超過10倍，導致了LED材料產業產能嚴重過剩。2014年，受下游應用市場帶動，大部分LED材料企業整體向好，MOCVD產能利用率上升至52%，開機率上升到70%左右，平均產能利用率較前兩年大幅度提高。

隨著市場的向好，以三安光電、華燦光電等為首的國內LED領軍企業紛紛開啟了新一輪的擴產，而且新增產能一舉超過了其本身的原有機臺數，未來LED材料產業產能過剩問題依然不容樂觀。LED材料產業產能過剩，加劇了企業之間的無序競爭，雖然行業市場繼續增長，整體盈利卻在下滑，價格戰愈演愈烈。LED芯片價格大幅度降低,有的降幅甚至達到了50%，LED材料小企業紛紛尋求併購和合作，更有甚者已經停產，準備退出這一領域。

同質發展，國內企業深陷產業低端

中國是全球最大的LED應用市場，但在高端LED等領域發展相對滯後，產能不足，遠遠不能滿足市場的需求，Cree、飛利浦、歐司朗、京瓷、住友電工、日亞化學等國外品牌廠商長期以來佔據著國內高端市場。另一方面，高端LED材料的核心技術基本掌握在歐美企業手中，國內企業大都處於產業低端，在同國外企業競爭中難佔上風。而且，一些領域同質化競爭趨勢開始顯現，以次充好、惡意降價等擾亂市場秩序的現象更進一步削弱了國內企業的市場競爭能力，從而限制了國內LED材料產業快速發展。

LED屬於技術密集型產業，日本和歐美地區技術實力最強，掌握著LED核心專利，引領最新技術的發展，佔據著產業鏈和價值鏈的高端環節，從事高附加值產品的生產。國內LED材料專利申請仍然主要集中在普通亮度或高亮度紅光以及綠光LED等技術相對成熟的產品領域，而超高亮度紅光、GaN基藍光、白光等技術門檻相對較高的產品領域專利申請數量仍然較少。國外企業利用專利壁壘，對其他地區進行技術封鎖，保持其領先地位。

資本驅動，兩級化格局日益明顯

LED材料產業屬於資本密集型產業，投資強度大但見效慢，企業小規模產能跟不上世界技術新的發展，企業只有不斷做大、做優，才可能生存下來。2013年以來，LED材料企業市場兩級化格局日益明顯，擁有規模和技術優勢的企業無疑勝算更大，LED材料行業龍頭企業紛紛加入新一輪的產能擴張。

同時，LED材料產業兼併重組事件也不斷髮生，三安光電入股璨圓光電、德豪潤達聯姻雷士照明、亞威朗光電重組、乾照光電控股東莞洲磊、圓融光電收購江西睿能，一場資本的“擂臺賽”愈演愈烈，LED材料企業對資本需求越來越多，數額也越來越大。

人才稀缺，需要實用型技術和管理人才

LED材料生產設備絕大部分從國外進口，價格昂貴、操作複雜，維護費用高，首先需要一支強有力的工程技術人才隊伍；其次，投資規模較大也使得市場渠道開拓、風險把控及內部管理成為LED材料企業成敗的關鍵。我國科研機構和高校產學研結合不夠，對LED材料產業實踐深入還不如企業的技術人員，缺少實用型技術和管理人才，在項目引進以及項目投產後都面臨著人才稀缺的風險。

引導產業高新技術發展

最近兩年，中國LED襯底和外延行業均經歷了瘋狂擴產期，盲目上項目、搶投資，容易對產業的高風險估計不足，結果產能嚴重過剩，產品價格持續下跌，政府、企業等投資方損失慘重。對此，行業主管部門應保持清醒的頭腦，加強地區之間的產業規劃和協調，實現全國一盤棋，統籌考慮，促進產業鏈上下游的協同與互動，形成良好的創新氛圍，降低交通、物流和溝通成本。同時，政府應設立襯底和芯片環節准入門檻，嚴格限制盲目擴產，防止新一輪產能過剩，避免投資失誤和浪費，保障產業健康發展。

另外，LED材料技術在不斷升級和相互更迭，政府應加強引導，避免繼續投資建設低端產品，將資金向國內無法生產的配套高端材料、OLED核心技術產品、核心設備製備等發展前景好的方向引導，並注重基礎研究及工藝技術研發，促進產業的長期可持續發展。

資源傾斜，扶持龍頭企業發展

國際經驗表明，規模效應是影響企業競爭力的重要因素，發展LED材料產業應以做大企業規模，擴大生產線數量和完善產業鏈為基礎。大企業通過對產業鏈的整合實現降低生產成本、縮短產品上市時間的目的，從而形成競爭優勢。因此，國家應進一步加大對龍頭企業的扶持力度，支持關鍵裝備與材料的研發和國產化。

LED材料產業屬於資金和技術密集型產業，其發展必須藉助資本市場，政府應積極引導，並在企業融資方面給予大力支持。另外，存量資產、土地資源、優勢原材料優先滿足重大項目建設需要，閒置存量資產可以以參股或劃撥的方式注入，土地資源的相關費用予以優惠。加大財政對重大項目前期費用的資金支持和改造貸款貼息的支持力度，資產擔保公司優先為重大項目融資提供信用擔保。

因地制宜，堅決實施差異化策略

地方政府在發展LED材料產業過程中，要根據本地的產業發展特色和實際情況，實施差異化策略。對於目前沒有相關LED材料產業基礎的地區，應該遵循“搶位發展”的發展思路，將AMOLED、SiC襯底材料、圖形化襯底等這些新興產品和技術作為發展定位；對於已經具備一定產業基礎的地區，重點要放在不斷延伸產業鏈、完善產業鏈佈局、提升產業競爭力方面，形成產業集群發展；對於擁有獨特區位優勢的地區，可選擇“換位發展”的思路，鼓勵龍頭企業或者企業聯合開發新產品，如礦山地區的防爆LED、紫外醫用照明等新興特種應用。

優化服務，健全中介服務體系

充分發揮政府的組織、協調作用，搭建銀企資金供需洽談平臺，建立協調發展和良性互動的銀企關係，切實解決銀企雙方資金供需信息不對稱、貨幣政策傳導機制不順暢的問題。鼓勵企業通過資產重組、收購、兼併和境內外上市加速擴張。加強銀企之間的相互溝通，有效地引導金融機構增加信貸資金投入。提升政府服務水平。切實加大跨部門協調服務力度，進一步優化服務工作流程，大力宣傳政策規劃，及時發佈產業發展信息，加快項目審批進度。及時協調解決生產經營中存在的困難和問題，幫助企業渡過難關。

健全中介服務體系。大力發展技術評估、技術諮詢、技術服務、技術轉移、專利代理、科技信息、投融資、人才培養、法律服務等各類中介組織，積極搭建產業發展與交流平臺，促進企業之間的交流與合作，形成完整的服務保障體系，為企業提供便捷高效的服務。

國際合作，提高本土企業技術能力

我國在LED基礎原材料與關鍵設備領域基礎薄弱，LED材料企業，尤其是具備一定規模的大企業，應與外商充分開展全方位合作，如合資建廠、技術引進、戰略合作等方式降低材料成本，保證關鍵材料供給。同時通過對核心技術的消化、吸收，積累自身的技術實力，完成自主創新。通過國家的科技專項進行聯合攻關，突破上游的關鍵材料和設備瓶頸，掌握髮展主動權。

另外，鼓勵開展產學研合作，加強LED材料基礎及前瞻性研究，規劃產業的技術路線，搶佔行業發展制高點。加強對已有的專利進行分析，規避技術風險和專利陷阱。同時，企業之間、企業與研究機構之間也可以抱團取暖，通過核心技術專利與外圍應用專利相搭配的方式，組建產業聯盟專利池，增強與對手的談判博弈能力。

爭取政策，充分發揮融資功能

由於LED材料產業投資規模大，給企業帶來了很大的資金壓力，因此企業要充分藉助產業本身的吸引力，進一步整合資源，密切與金融機構、投資人的關係，多渠道籌措平臺發展需要的資金。根據企業發展需要，通過資本市場進行再融資；另外，可設立擔保基金或風險基金，為金融介入和企業高科技開發分擔風險，調動金融業和企業發展封裝設備製造產業的積極性，為企業技術水平的提高和產業規模的擴大，提供有力的資金保障。

由於國家對LED材料產業的發展非常重視，會在政策和資金上對戰略性新興產業給予一定的扶持。因此，要求企業在全面領會國家的各項產業政策措施、用好現有政策的基礎上，積極爭取最大資金和政策支持力度；對於重大設備共性技術、基礎性技術和關鍵技術的攻關，設立專項資金，以專項計劃的形式，集中優秀人才和有效資源，組織攻關。