【正文】 碳化硅襯底主要用于高端或關(guān)鍵應(yīng)用，藍(lán)寶石襯底目前 則 大量用于 高亮度發(fā)光二極管，他們兩個(gè)性能功能各異，各有自己擅長(zhǎng)的。碳化硅襯底性能要比藍(lán)寶石襯底 優(yōu)越得多（其性能比較見圖表 21），但其昂貴的價(jià)格大大限制了其發(fā)展。 從 Rubicon的 銷售地和 客戶構(gòu)成可以看到，Rubicon 82%的產(chǎn)品銷往亞洲，來(lái)自臺(tái)灣 （兆遠(yuǎn)、兆晶） 55 和韓國(guó) （ Iljin Display） 的三大客戶銷售額占比就達(dá)到了 48%。 對(duì)晶棒需求量最大區(qū)域是臺(tái)灣和日本地區(qū)，其次是韓國(guó)。項(xiàng)目投資總額 億元 鹽城協(xié)鑫 建設(shè)中 擬年產(chǎn) 2020萬(wàn)片 總投資 30 億元，上 500 臺(tái)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶爐；采用泡生法。 圖表 26 大陸具 備 生產(chǎn)能力的藍(lán)寶石襯底企業(yè) 公司 產(chǎn)業(yè)鏈段 與產(chǎn)品 目前年產(chǎn)量 未來(lái)動(dòng)向 備注 拉晶（晶錠） 掏棒（晶棒） 切割（切片） 磨拋（晶片） 哈工大奧瑞√ √ 約年產(chǎn) 80萬(wàn)毫米晶棒 正在增加單晶爐 年產(chǎn) 45 噸藍(lán)寶石晶 體 ；主要供給軍工，少量外售給民用；改良泡生法 51 德 云南藍(lán)晶 √ √ √ √ 約年產(chǎn)200 萬(wàn)毫米晶棒 ，折合 200萬(wàn)片晶片 不詳 約 400 臺(tái)單晶爐， 5 臺(tái)切割機(jī) ；提拉法 成都東駿 √ √ 年產(chǎn) 2020毫米 晶棒 正在增加單晶爐 外賣晶棒 ；提拉法 重慶四聯(lián) √ √ √ √ 年產(chǎn) 12萬(wàn)片晶片 2020 年將形成年產(chǎn)能 120萬(wàn)片晶片 文登華博 √ 年產(chǎn) 140萬(wàn)片切片 隨市場(chǎng)增加產(chǎn)能，有可能做回拉晶 為國(guó)內(nèi)晶棒和少量國(guó)外晶棒加工 ；兩臺(tái)切割機(jī) 焦作 √ 年產(chǎn) 60萬(wàn)片晶片 不詳 技術(shù)較好 52 科瑞斯達(dá) 青島嘉星 √ 年產(chǎn) 15萬(wàn)片晶片 預(yù)計(jì)三年內(nèi)年產(chǎn)能將擴(kuò)大到180 萬(wàn)片 ； 2020年 60 萬(wàn)片 購(gòu)買哈工大和國(guó)外晶棒 合計(jì) 國(guó)內(nèi) 年 產(chǎn)量 約為280 萬(wàn)毫米晶棒、287 萬(wàn)片晶片 2020 年產(chǎn)量約為320 萬(wàn)毫米晶棒、440 萬(wàn)片晶片 晶片 沒有 計(jì) 哈工大 、 東駿的晶棒和華博的切片 資料來(lái)源： XXX部調(diào)研整理 圖表 27 大陸尚未量產(chǎn)的藍(lán)寶石企業(yè) 名 稱 現(xiàn) 狀 未來(lái)動(dòng)向 備注 浙江巨 停產(chǎn)兩 現(xiàn)申請(qǐng)恢復(fù)生 2020 年建廠，已能用泡生法量產(chǎn) 53 化 年 產(chǎn) 晶體，因前幾年市場(chǎng)不好而屢陷虧損 天津賽法 不詳 不詳 其前身是美國(guó)晶體技術(shù)有限公司（ AXT）藍(lán)寶石事業(yè)部； 2020初自稱已能量產(chǎn)，但市場(chǎng)少見其產(chǎn)品 揚(yáng)州華夏 研發(fā)中 不詳 成立于 2020年，現(xiàn)在主要生產(chǎn)AlGaInP 芯片，藍(lán)寶石晶體尚在研發(fā)中 長(zhǎng)治虹源 建設(shè)中 三至五年擬投資 50 億以上 由深圳 淼浩公司投資，創(chuàng)建于2020年 8月，注冊(cè)資本 ，項(xiàng)目總投資 億元。另外，由于藍(lán)寶石晶體具有獨(dú)特性能，藍(lán)寶石廣泛應(yīng)用二極管(LED)、藍(lán)光激光器 (LD)工業(yè)的基片、紅外窗口和高檔窗口片等。如下圖中所示不同半導(dǎo)體材料對(duì)應(yīng)的 LED所發(fā)出的光的顏色： 圖表 24 不同半導(dǎo)體材料所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) 由此可見，氮化鎵基 LED 在 LED行業(yè)中的重要性，用于氮化鎵生長(zhǎng)的最普遍的襯底是藍(lán)寶石，其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好、不吸收可見光、價(jià)格適中、制造技術(shù)相對(duì)成熟，不足方面雖然很多，但均一一被克服：很大的晶格失配被過渡層生長(zhǎng)技術(shù)所克服，導(dǎo)電性能差通過同側(cè) P、 N電極所克服，機(jī)械性能差不易切割通過雷射劃片所克服，很大的熱失配對(duì)外延層形成壓應(yīng)力因而不會(huì)龜裂，利用倒裝技術(shù)解決了導(dǎo)熱性能差（藍(lán)寶石的透光性能好）。不同的襯底材料，需要不同的 LED 外延片生長(zhǎng)技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。目前， ZnO 半導(dǎo)體材料尚不能用來(lái)制造光電子器件或高溫電子器件，主要是材料質(zhì)量達(dá)不到器件水平和 P 型摻雜問題沒有得到真正解決，適合 ZnO基半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)的設(shè)備尚未研制成功。 (5）氧化鋅 ZnO 之所以能成為 GaN 外延的候選襯底，是因?yàn)閮烧呔w結(jié)構(gòu)相同、晶格失配度非常小，禁帶寬度接近（能帶不連續(xù)值小，接觸勢(shì)壘小）。 (4）氮化鎵 用于 GaN 生長(zhǎng)的最理想襯底是 GaN 單晶材料，可以大大提高外延膜的晶體質(zhì)量，降低位錯(cuò)密度，提高器件工作壽命，提高發(fā)光效率，提高器件工作電流密度。但是相對(duì)于藍(lán)寶石襯底而言，碳化硅制造成本較高，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需要降 46 低相應(yīng)的成本。藍(lán)寶石本身是熱的不良導(dǎo)體，并且在制作器件時(shí)底部需要使用銀膠固晶，這種銀膠的傳熱性能也很差。碳化硅襯底的導(dǎo)熱性能（碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為 490W/m178。 圖表 23 采用藍(lán)寶石襯底與碳化硅襯底的 LED芯片 45 碳化硅襯底（美國(guó)的 CREE公司專門采用 SiC材料作為襯底）的 LED 芯片電極是 L 型電極，電流是縱向流動(dòng)的。它具有優(yōu)良的熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，不但是制作高溫、高頻、大功率電子器件的最佳材料之一，同時(shí)又可以用作基于 GaN 的藍(lán)色發(fā)光二極管的襯底材料。因?yàn)楣枋菬岬牧紝?dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長(zhǎng)了器件的壽命。通過這兩種接觸方式， LED 芯片內(nèi)部的電流 可以是橫向流動(dòng)的，也可以是縱向流動(dòng)的。 (2）硅襯底 目前有部分 LED 芯片采用硅襯底。 LED 器件 工作時(shí)，會(huì)傳導(dǎo)出大量的熱量，特別是對(duì)面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個(gè)非常重要的考慮因素。 藍(lán)寶石的導(dǎo)熱 性能不是很好（在 100℃約為 35W/（ m178。 藍(lán)寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在 LED 器件的制作過程中卻需要對(duì)它進(jìn)行減薄和切割（從 400μ m減到 100μ m左右）。由于 P 型 GaN 摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在 p 型 GaN 上制備金屬透明電極的方法，使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。 cm，在這種情況下無(wú)法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件；通常只在外延層上表面制作 n 型 和 p 型電極（如圖 1 所示）。 圖表 22 LED結(jié)構(gòu)圖 使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，同時(shí)給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。 通常， GaN 基材料和器件的外延層主要生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基片上。目前超高亮度白 /藍(lán)光 LED的品質(zhì)取決于氮化鎵磊晶 (GaN)的材料品質(zhì)，而氮化鎵磊晶品質(zhì)則與所使用的藍(lán)寶石基板表面加工品質(zhì)息息相關(guān)，藍(lán)寶石 (單晶 Al2O3 )C面與Ⅲ Ⅴ和Ⅱ Ⅵ族沉積薄膜之間的晶格常數(shù)失配率小，同時(shí)符合GaN 磊晶制程中耐高溫的要求，使得藍(lán)寶石晶片成為制作白 /藍(lán) /綠光 LED 的關(guān)鍵材料 。 它常被應(yīng)用的切面有 APlane、 CPlane 及 RPlane。 除了以上三種常用的襯底材料之外，還有 GaAs、AlN（目前還在基礎(chǔ)研究中）、 ZnO等材料也可作為襯底，通常根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇使用。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和 LED器件的要求進(jìn)行選擇。它與外延層的特性配合要求比較嚴(yán)格，否則會(huì)影響到外延層的生長(zhǎng)或是芯片的品質(zhì)。106/ ℃ 與外延材料匹配 與外延材料匹配 與 GaN匹配() 與 GaN匹配() 略低() 完全匹配 匹配 晶格匹配 佳 差 差 中 差 佳 佳 抗靜電能力 良 良 中 優(yōu) 優(yōu) 良 良 成本 x 15x 40 產(chǎn)品周期 成熟期 成熟期 成長(zhǎng)期 成長(zhǎng)期 開發(fā)期 開發(fā)期 開發(fā)期 次要應(yīng)用 太陽(yáng)能電池 軍工窗口片 軍工用品 太陽(yáng)能電池 大功率、高頻器件 液晶顯示器 基片 又稱襯底，也有稱之為支撐襯底。 臺(tái)灣 LED業(yè)者指出，藍(lán)寶石 晶片 占 芯片 成本比重約 20%至 30%， 且多以外購(gòu)為主，供應(yīng) 廠商主要為美國(guó)的 Rubicon 及俄國(guó) Monocrystal 等 ，目前 臺(tái)灣 藍(lán)寶石晶片 自制率約 26%， 生 產(chǎn)廠商包括鑫晶鉆和越峰，中美晶及 合晶也積極介入。 圖表 18 藍(lán)寶石襯底制造成本構(gòu)成 37 晶體生長(zhǎng) , 52%切片 , 17%研磨 , 6%鉆孔 , 5%拋光 , 15% 資源來(lái)源： Yole Development. LED用藍(lán)寶石晶錠 (Sapphire Ingot)自 2020年出現(xiàn)缺貨潮后，藍(lán)寶石 晶 片 (SapphireWafer)價(jià)格應(yīng)聲而漲，目前藍(lán)寶石晶 片 價(jià)格較 2020年同期增加 3倍， 較2020 年第 1 季增加約 50%，也助長(zhǎng) LED 封裝等成品價(jià)格上升。 藍(lán)寶石晶片（襯底）的供應(yīng)方面目前主要有美國(guó)的 Rubicon、 Crystal Systems、法國(guó) SaintGobain、俄羅斯 Monocrystal、日本的京都陶瓷（ Kyocera）、Namiki、 Mahk，及臺(tái)灣的兆遠(yuǎn)、兆晶 (奇美、鴻海投資 )、晶美、合晶及中美晶等公司。 LED 供應(yīng)鏈最上游之藍(lán)寶石晶棒長(zhǎng)期掌握在 外商手中 ，全球前 3大產(chǎn)商俄羅斯 的 Mono Crystal、美國(guó)Rubicon 和日本京瓷占全球近 7 成的產(chǎn)量。此外，日 35 亞公司和豐田合成的設(shè)備主要是自己研發(fā)，其GaNMOCVD 設(shè)備不在市場(chǎng)上銷售，僅供自用。 AIXTRON 公司（含 THOMAS SWAN 公司）大約占 60%的國(guó)際市場(chǎng)份額，累計(jì)銷售超過 1200臺(tái)，而 VEECO 公司占約 30%。著名廠商英國(guó) THOMAS SWAN 公司 已被AIXTRON 收購(gòu)。低檔產(chǎn)品供大于求，高檔產(chǎn)品則價(jià)高難求 屬于勞動(dòng)密集行業(yè)，市場(chǎng)供給充分 目前 LED 行業(yè)議價(jià)能力最強(qiáng)的環(huán)節(jié)是 MOCVD 設(shè)備廠商， MOCVD 已成為行業(yè)發(fā)展瓶頸。 5） 全球 LED 龍頭企業(yè)為日本日 亞公司，因?yàn)槠渲怀鍪坌酒a(chǎn)品和沒有公開上市，所以無(wú)法獲得其資料； 6） 表中數(shù)據(jù)來(lái)源于各公司公開報(bào)表，計(jì)算匯率采用： 1美元 =人民幣， 1歐元 =， 1人民幣 =， 1人民幣 =新臺(tái)幣。 3） Cree 公司為美國(guó)外延片和芯片的龍頭供應(yīng)商，其產(chǎn)品主要采用自產(chǎn)的 SiC 襯底；三安光電為大陸外延片和芯片的龍頭供應(yīng)商。 LED產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值分配 圖表 12 LED產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn) 值分布圖 上游（ 襯底） 下游（封裝 應(yīng)用） 中游（ 外延片 +芯片 ） ? 產(chǎn)值占比： 1% ? 現(xiàn)有企業(yè) 投資規(guī)模： 3000 萬(wàn)元以上 ? 產(chǎn)值占比： 9% ? 現(xiàn)有企業(yè) 投資 規(guī)模： 1億元以上、 6000 萬(wàn)元以上 ； 5000萬(wàn)元以上、3000 萬(wàn)元以上 ? 產(chǎn)值： 90% ? 現(xiàn)有企業(yè) 投資規(guī)模：2020萬(wàn)元以上 31 圖表 13 國(guó)內(nèi) LED產(chǎn)業(yè) 2020年 各環(huán)節(jié)產(chǎn)值 （億元）及 占比 封裝 , %外延 , %芯片 , %襯底 , % 資料來(lái)源：中國(guó)光電子協(xié)會(huì) ， XXX部資料整理 圖表 14 全球產(chǎn)業(yè)鏈各鏈點(diǎn)代表公司的營(yíng)收狀況（萬(wàn)元 RMB） 產(chǎn)業(yè)鏈 代表公司 市場(chǎng)占有率 財(cái)務(wù)指標(biāo) 2020 2020 2020 2020上半年 上游（襯底制作+MOCVD設(shè)備） 美國(guó)Rubicon 30% 營(yíng)收 22983 25477 13345 18400 毛利率 % % % % 凈利率 % % % % 德國(guó)Aixtron 60% 營(yíng)收 187735 239825 264822 302666 毛利率 40% 41% 44% 53% 凈利 % % % % 32 率 中游（外延片 +芯片） 美國(guó)Cree 營(yíng)收 265637 332484 382333 584553 毛利率 % % % % 凈利率 % % % % 中國(guó)三安光電 營(yíng)收 21316 47029 36452 毛利率 % % %