2015年我国LED照明产业发展蓝皮书

　　近两年LED产业爆发式增长，成为各路资金追捧的对象。然而不容回避的是，我国LED产业的疯狂扩张主要聚集于衬底和芯片、封装等产业链的低端，而高技术、高附加值的高端LED材料以及外延领域，国内企业则鲜有涉足。能否顺利进入产业链高端成为决定国内LED产业未来发展前景的关键性因素。

　　令LED人士倍受鼓舞的是，今年初的时候，国家就给LED行业打了一剂强心针——蓝宝石LED材料外延及芯片技术荣获国家科学技术进步奖。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器件如下图所示，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型与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，与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，首先蓝宝石衬底与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与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。