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一、MOCVD设备与应用 德国AIXTRON公司(德国艾思强公司)和美国VEECO公司(美国维易科精密仪器有限公司)两家公司几乎生产了全球90%以上的主流MOCVD设备。 1、生产效率和成本概况 国际上MOCVD技术已经相当成熟，主流设备从2003 年6-8 片机、2004 年12 片机、2005 年15片机、2006 年的21-24 片机，目前已经达到42、45、49 片机(一次可装载49片2英寸的衬底生长外延)。 外延炉容量的不断扩大让LED 外延片生产商的单位生产成本快速大幅下降。目前，量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。 国产设备目前为6片机，生产效率和生产成本差距甚远。 2、价格及产值概况 生产型MOCVD设备的售价高达1000～2000万元。根据机型，6片机70万美元左右，9片机100万美元左右，加上相关配套设备设施，一条产线LED生产线需要投入4000 多万元。 若新采购设备为45 片机生产蓝光芯片，按3 炉/天计算，年产4 .9万片左右，收入4800 万元，投入产出基本为1:1。 3、生产过程工艺复杂，参数众多，优良率与均匀性是关键 外延片生长过程工艺复杂，参数众多，培养专业操作人员需时间较长。 一个最简单的GaN蓝光LED单量子阱结构，其生长工艺包括：高温烘烤、缓冲层、重结晶、n-GaN、阱层、叠层及p-GaN等，工艺步骤达几十步，每一步需调整的工艺参数共有20多个，各参数之间存在比较微妙的关系，工艺编辑人员需根据工艺要求，对各个参数进行逐一调整，必要时还要进行计算，如升温速度、升压速度、生长速率控制、载气与气源配比等。如何根据工艺需要自动对参数进行检查，减轻工艺人员的工作量，是值得研究的新兴课题。 每个外延芯片、生产批次与系统之间的关系，能确保良好的均匀性以及优良率，尤其在芯片厂商扩产时，还能维持相同的优良率与均匀性就显的特别关键。 4、4英寸MOCVD设备将成为主流 现阶段台湾外延厂商在技术上已经具备生产4英寸和6英寸的能力，但是出于成本的考虑，多数台湾厂家还是以2英寸的MOVCD设备为生产主线;大部分欧美与韩国厂商则早已使用4英寸MOVCD设备。 市场预期一旦4英寸外延片材料成本大幅崩落(目前4英寸外延片的成本价格约为2寸外延片的四倍)，2英寸的MOCVD设备将逐渐被4英寸所取代。 AIXTRON与SemiLEDs在2009年5月就合作开发出6寸蓝光LED芯片，在6x6寸AIX 2800G4 HT MOCVD反应炉的结构上，产量增加约30%(相较于传统42x2-inch的架构)，不但均匀性较好，也减少了边缘效应(edge effect)。不过就现阶段而言，大多数的困难仍然在于6寸的基板价格偏高与外延片切割技术的挑战。二、MOCVD设备市场情况 1、设备供应商概况 目前国际上主要的MOCVD设备供应商有两家： ① 德国AIXTRON公司(德国艾思强公司) 根据Gartner Dataquest最近的一份分析报告，2008年AIXTRON公司MOCVD复合半导体设备的全球占有率达到72%。 目前，AIXTRON公司最先进的独特的行星转盘技术应用在大型G4 2800HT 42*2”以及Thomas Swan(1999年被AIXTRON收购) CCS Crius 30*2” MOCVD系统，使得AIXTRON的MOCVD设备被公认为世界上技术和商业价值最完美的结合。 ② 美国VEECO公司 美国维易科精密仪器有限公司占20%以上，其中主打机型45片机K465已经销售超过100台，至今K系列MOCVD产品全球销售超过200台。80%的世界顶尖LED企业已经采用K465型号的MOCVD，截止到目前，VEECO于中国地区大有斩获，累计MOCVD出货已达85台。 VEECO的MOCVD主要有以下优势： 首先，它是量产型机器，能有效提高量产的时间，减少清洗和维护的时间和次数。因为开仓清洗过程需要从高达1000摄氏度的温度冷却后清洗，然后再将温度升高至1000摄氏度，需要浪费不少的时间。 第二，自动化程度高，减少人为操作。例如可自动化导入，机械手在生产完成后可自动更换蓝宝石等，属于量产型的设计。 第三，保护设备投资，防止落伍。避免将来由于新的设备出现，造成旧设备的落伍。通过计划与客户充分沟通，新的设备与旧的设备联繫在一起，提升产品的良率。 今年以来由于MOCVD机台供不应求的状况，使得VEECO在这段期间取得了相对有利的市场地位，尤其在中国市场大有斩获。中国地区的成长相较去年成长将近80%。根据了解，由于VEECO开始透过委外代工来增加产能，目前产能规模直追产业龙头AIXTRON，因此明年MOCVD机台供给不足的瓶颈将可望获得解决。 ③ 其他厂家 主要包括日本酸素(NIPPON Sanso)和日新电机(Nissin Electric)等，其市场基本限于日本国内。此外，日亚公司和丰田合成的设备主要是自己研发，其GaN-MOCVD 设备不在市场上销售，仅供自用。 从设备性能上来讲，日亚公司设备生产的材料质量和器件性能上，要优于AIXTRON和EMCORE(已经被VEECO收购)的设备。 按生产能力计算，2006 年GaN型MOCVD 设备在全球市场的主要分布为：中国台湾地区48%，美国15%，日本15%，韩国11%，中国大陆7%，欧盟4%。MOCVD的主要厂商虽然为欧美，但最大的两家AIXTRON 和VEECO 都是单纯设备制造商，不会对外延片生产厂构成威胁。 2、国产化艰难 MOCVD设备是制作LED外延片的关键设备，而LED外延片的水平决定了整个LED产业的水平。我国于2003年正式实施“国家半导体照明工程”，并在“十五”、“十一五”重点攻关课题和“863”计划中，将MOCVD设备国产化列入重点支持方向。在国家政策的支持下，“十五”期间，我国在MOCVD设备国产化方面已取得了初步成效。中国电子科技集团公司第四十八研究所通过消化吸收和关键技术再创新等措施，研发成功了GaN生产型MOCVD设备(6*2″)，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。同时，中科院半导体所、南昌大学、青岛杰生电器等单位也成功研发了研究型的MOCVD设备。然而，国产MOCVD设备还存在以下问题：1) 国产MOCVD设备仍处于技术跟踪阶段，设备产业化水平与生产需要不相适应 目前，国内研制的MOCVD设备最大产能为6片(48所的GaN-MOCVD)。然而，截至到2007年12月，在国外推出的最新型MOCVD设备中，AIXTRON已推出行星式反应器的42片机(AIX2800G4 HT)和CCS反应器的30片机(CRIUS)。由于产能的差距，小批量的MOCVD设备外延片生产成本较高，大大降低了设备的性价比，使得国产设备刚研发出来就已经落后了。量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。 (2) 设备造价高，应用风险大，多数厂商更愿意采购技术成熟的进口设备 MOCVD设备的造价昂贵，生产型MOCVD设备的售价高达1000～2000万元。厂商对此类设备的采购均十分谨慎，更愿意采购技术成熟、售后服务完善的进口设备，使得国产MOCVD设备的推广处于尴尬的境地。 (3) 自主创新有待加强，国产MOCVD设备面临专利壁垒 目前，国产MOCVD设备的研发还处于“消化、吸收”阶段，而国外主流商用机型已建立严密的专利保护，如AIXTRON的Planetary Reactor反应器、THOMAS SAWN的CCS(Close Coupled Showerhead Reactor)反应器、VEECO的Turbo Disk反应器和日本SANSO公司双/多束气流(TF)反应器均是自己独有的专利技术，国产MOCVD设备产业化面临专利壁垒的考验。 3、中国MOCVD设备数量与增长情况 高亮度LED需求强 台湾LED厂商扩产凶猛 2007统计数据显示：台湾地区MOCVD 机台数量为310台，大陆地区为55 台左右。到2008年底，两地区累计增加了126台。 2008 年底大陆地区增加到87 台，增长58%，由于一些厂商的设备08 年主要是安装调试，以及工艺上的摸索，产能的真正的释放在09 年。 根据不完全统计，2009年中国大陆MOCVD设备新增台数将超过100台左右，从数字上讲，台湾厂商在扩充产能方面领先大陆，晶电、璨圆、泰谷今年以来陆续增购MOCVD机台，预计到今年底，晶电的MOCVD机台总数将达180-190台，璨圆MOCVD机台总数将达33台，泰谷MOCVD机台数也将达27台。 2010年中国LED产业异常火爆，在政策补贴的推动下，台湾、美国LED蕾晶业者积极进驻中国，预计中国在未来几年规划增加的LED设备MOCVD台数超过1200台，其中，今年增加的数量就超过300台。 中国各地方**积极推动补贴政策，对区域LED企业引进MCOVD机台，给予每台800-1000万人民币的补贴额度，大幅降低了LED芯片企业的设备购置成本，使LED芯片厂MOCVD的规划数量大量提高，并吸引许多台湾、美国等地区的主流LED厂商进入中国大陆市场。 |
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