LED产业观察：MOCVD四重问

目前，“成本控制”和“性价比”然成为了半导体照明市场发展的关键词，“LED前端业者恼，但后段特别是应用业者笑”更成为这一两年来的产业纪录集体素描像。而曾在2011年颇为夺人眼球的MOCVD市场，因前一年的急剧扩充也进入了一个暂缓成长的“消化期”，有的设备大厂甚至传出了大幅裁员的消息。

　　尽管如此，关于MOCVD的技术发展的议题却始终趋热，MOCVD的未来技术发展趋势将呈现出哪些特点？2012年MOCVD市场供需关系会如何变化？特别是，国内外MOCVD生产研发企业近期有哪些最新动态？MOCVD国产化的进程也一直有些“扑朔迷离”，国产化对于LED产业的成本降低有重大作用，是行业的迫切需求，但要做出真正适合生产的设备，稳定性、可靠性、安全性都非常重要，“样机何时能从‘申请项目经费’真正走向大生产线？我们何时真正能用上国产的设备”等这样的话题都颇令业界关注。

　　未来发展趋势

　　对于MOCVD来说，未来LED产业高速发展和外延片大规模生产特别是通用照明的高速发展主要靠低成本和高良率推动，提升生产力和提升产品性能将成为未来趋势，因而规模化、智能化，性能优越的新设备将更具发展空间。

　　“MOCVD设备开发的趋势将围绕如何提高设备稳定性、提高产品良率、降低材料使用量等方面进行设计”，在这一点上，Veeco高级技术工程师James Pratt认为：“降低外延成本主要从提高产品良率及产能两方面同时着手；主要手段有提高机台稳定性，增加产能的同时注重智能化并减少人工操作，开发减少MO源使用量的产品，开发多反应腔式外延炉等”，2011年，注重应用市场需求和服务的Veeco在中国地区的成长相较上一年成长将近80%，赚得可谓盆满钵满。

　　“Aixtron于2011年11月推出CRIUS系列最新MOCVD系统-CRIUS(r) II-XL，通过19x4英寸规格的新型CRIUS II-XL反应器可较CRIUS(r) II提高46%的产能，具备了LED产业同级设备中最大的产能和最优化的运作成本，”2012年3月16日，德国Aixtron在苏州设立的培训及演示中心成功揭幕，Aixtron公司研发副总裁Michael Heuken在接受记者采访时表示，大尺寸衬底片是一个发展趋势，而4英寸、6英寸、8英寸衬底是一个必然趋势。因为它符合低价格、高产能、高度自动化及最大程度利用衬底的需求。在这一点上，Aixtron大中华区副总裁christian Geng博士认为：衬底尺寸增大后，会直接导致良率下降，所以有效控制工艺过程的一致性及良率也成为关键问题。

　　Michael Heuken同时表示，MOCVD机台的一个重要研发方向是发展以硅衬底生产LED的机台，硅衬底的特点主要是可以用在大芯片生产，同时能够大力降低成本，据他介绍，2001年爱思强就已经将这项技术研究首次发表在科学杂志上，目前Aixtron在研发上投入6000万欧元在德国建立研究中心，就是研究硅衬底技术。

　　可以说，MOCVD设备是外延材料生长及芯片生产最为关键的设备，不仅决定LED产品的性能，而且也决定LED的生产成本。而目前可以提供工业化生产MOCVD设备制造商有限，集中程度较高，主要在欧美和日本，仅Aixtron、Veeco和日本Sanso三家，德国Aixtron公司和美国Veeco公司基本垄断了MOCVD设备市场，日本Sanso公司生产的GaN-MOCVD设备原来仅限日本市场销售，但今年将会以4寸基板的MOCVD设备为重心开始布局中国市场（在上海某家企业已有三台日本Sanso的MOCVD设备）。

　　美国应用材料公司(其MOCVD客户包括三星、士兰明芯、东芝、台积电、美光以及IMEC)和韩国周星公司也正在开发MOCVD设备，准备打入中国市场。目前美国应用材料公司已有一台4英寸设备在士兰明芯试用，而韩国自2009年下半年起推动LED设备自制化计划，预定于2010-2012年3年内投入500亿韩元(约4500万美元)研发经费，用于推动MOCVD设备自制、引进制程自动化系统等，2010年进入MOCVD研发领域的周星工程有限公司于韩国MOCVD设备自制计划中居主导企业地位。

　　另一个值得关注的问题是，未来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，2英寸的MOCVD设备将逐渐被4英寸所取代，届时国内大量购进的MOCVD必然要面临再次升级的过程。

　　国产化困局

　　一些中国厂商也加入了这个市场。

　　“目前一些中国厂家也在研制MOCVD设备，有更多的人都在尝试进入这个领域，但我们知道MOCVD的技术非常复杂，MOCVD设备制造过程中要用机械学、光学、真空、气体动力、化学、热场分布、三废处理以及电控方面的知识，参与竞争者会面临很多的困难，特别是生产型设备要让用户觉得稳定，而且是长期稳定。”Aixtron CEO Paul Hyland这样说道，连美国应用材料都并未放在眼里的Aixtron对中国业者的“竞争”更是一副听之任之的样子。

　　“国内的大学院所，在推出样机后，还少有听到下生产线的消息，从外延片生产厂家听到良好反馈的更是鲜有，从这一点上说，设备国产化目前仍是难得乐观。” 业界对于国产MOCVD的观点自是不尽相同，一些业内人士认为，中国目前尚少有能够提供用于成熟工业化生产的MOCVD设备厂家，这似与研发投资比较分散、无法形成合力，缺乏市场化运作模式有关，也与国内精加工水平太低有关。也有专家认为，“样机出来了，工艺也走通了，只能说是完成了设备的10%，要进入大生产线还有90%的事情要做，其中包括市场开拓、客户评价、售后服务等一系列的问题，真正有人来买单才是硬道理。”

　　“未来中国MOCVD设备制造最缺什么？不是钱，也不是客户，而是人，是最尖端最前沿的研发团队，”一些专家还建议，国家相关部门应集中各方研制MOCVD设备的单位的人才和资源，要集中优势兵力打歼灭战，集中资源挑选国内有基础的项目进行重点支持，只有集中财力、物力、人力在某些领域，才有希望有所突破。”还有一些专家认为，政府层面应加强政策优惠、人才引进和促进风险投资机制的形成，特别是在产品开发和进入市场方面，政府应对本土设备企业和产业链加强政策上的扶持，尤其是要支持生产型的、能满足量产需要的设备研发。

　　另据记者了解，实际上，目前国内MOCVD设备生产厂家中也已散落了来自美国应用材料、Aixtron和Vecco的各种尖端人才，甚至有人调说，美国应用材料公司似乎成了中国半导体产业的“黄埔军校”。

　　另外，“未来MOCVD要注重工艺与设备的结合，两者相结合才是真正的发展方向。国家不但要资助MOCVD设备的研发，还要在研发阶段充分考虑工艺与设备的结合，资助外延生产企业去试用MOCVD，根据设备特性探索出成功的外延生产工艺，因为这个过程同样要花费巨大的人力、物力和财力，”南昌大学副校长江风益如此说道。对此，一些国内设备企业也持赞同观点，他们认为，除了未来不确定的市场需求因素，开发MOCVD最大的技术风险还是开发和确定用户所需要的工艺和相关硬件，而公司在产品将进入工艺开发阶段时，会从世界一流外延生产商中招聘一名器件工艺专家，来专门指导这项工作。

　　不可否认，由于半导体照明新兴产业的带动，未来我国将是世界上最大的应用市场，而国产化MOCVD设备具有价格低、维护方便等国外设备无法比拟的优点，我国“十二五”规划表明中国要加快国产设备的应用，实现国产MOCVD设备的突破。

　　近几年，国内已有十几家公司或机构研发出多台MOCVD样机，如中科院半导体所、昭信集团与华中科技大学合作、青岛杰生光电、南昌大学、上海永胜等单位也生产了研究型或生产型的MOCVD设备，而来自上海企业界的中微半导体、理想新能源、中光电更是集聚了一批来自国际高端的顶级人才。那么国产设备生产和研发是否真正达到了预期？未来是否真正具备量产能力？这在目前似乎仍是一个不能一语道来的问题。

　　2012年3月，有消息称中科院半导体研究所研制开发48片2英寸MOCVD首台样机取得重大进展。样机经过了真空、压力、温度、旋转、自动传输等一系列设备性能指标实验考核，中科院半导体照明研发中心副主任曾一平表示，从样机到产品，还需要做更多的稳定性、可靠性长期考核实验，作大量符合产品要求的优化完善工作。

　　按照预定计划，中科宏微近期目标是拟用3年时间开展设备研制、试验调试和工业化验证，实现年产量在100台以上的批量生产能力。

　　南昌大学副校长江风益近日在接受记者采访时表示：目前南昌大学研制的生产型MOCVD设备（2英寸×37片，用于硅衬底蓝光LED生产），提高了生产速率, 内片均匀性标准差0.6-2.2nm，特别是减少了C污染，这一特性对缩短生产时间有重要价值（通常设备C污染随生产速率增大而快速增多），新设备量子界面更平，性能达到商用要求。

　　而对此也有一些业内人士表示了不同观点，现在2英寸蓝宝石衬底的价格已经降至7～8美元，相比2英寸硅衬底4～5美元，硅衬底优势并不明显，“4英寸以上硅衬底才能在成本上占据明显优势，”、“晶能光电生产的产品也已不是之前宣传的硅衬底LED作为主打产品来产生业绩，而是转为借助蓝宝石衬底LED来弥补”。

　　2011年10月20日，厦门乾照光电股份有限公司对外发布公告，全资子公司扬州乾照光电有限公司从北京思捷爱普半导体设备有限公司购买一台MOVCD，目前已顺利完成了硬件调试。该设备属于四元系设备，调试后主要用于生产四元系LED红黄光和太阳能电池。青岛杰生则表示目前研发的MOCVD设备（6片机），主要为研制适合深紫外高铝掺杂的特殊反应器。

　　同时，天龙光电与华光电设备（香港）有限公司合作开展MOCVD设备项目的消息也颇令业界瞩目，按照天龙光电的规划，计划2012年底年产品切入市场，销售1～2台MOCVD设备。一位华光电的高管在接受记者采访时表示，真正生产出完全合用的MOCVD设备必须由设备厂和工艺人员相结合，需要设备厂和做工艺的单位合作，将制造好的设备放在做工艺的单位里使用，不断地提供设备运行的情况，发现设备的不足之处和需要改进的地方，同时也总结材料的生长工艺过程，对控制软件的改进提供参考。

　　而天龙光电真正有望打破MOCVD设备外资垄断局面吗？针对外界的置疑，天龙光电一位高管表示，天龙利用资金优势对接合作方技术优势，尤其合作方团队核心成员平均具有15年以上在世界一流半导体设备公司工作的经验，包括曾为Aixtron、Veeco及美国应用材料等全球MOCVD设备领导厂商的技术专家，尤其是核心工艺专家出自Aixtron。

　　MOCVD在走向国产化的同时也在接受着来自各方面的置疑，“MOCVD是非常精密的设备，里面涉及到非常复杂的物理化学变化的过程，这种高端设备不是一朝一夕就能搞出来的东西，短期内可能能做出来样机，但做出来并不意味着真正能卖掉，能卖掉一台两台也不一定意味着能量产，能量产也不一定能保证持续的高稳定性和高可靠性，真正的商业机出来可能还要面对诸多挑战”，有人这样认为，设备造价高，应用风险大，尤其是，即使国产设备出来了也会面临企业是否会真正购买的问题，有多少国内外延芯片厂家愿意放弃宝马买奇瑞呢？

　　一些厂商就表示，未来更将倾向于选择采购技术成熟经验丰富且售后服务完善的进口MOCVD设备，因为“MOCVD是一门艺术，艺术的功底不是一而就的，特别是现有的外延工艺是在这些进口设备上开发出来的，相对比较成熟，如果买了国产机台再不停的来修修改改，恐怕就很难保证芯片产量。”

　　另一方面，目前趋于饱合的市场供需也成了设备国产化的不利因素，“现在国内买了那么多的MOCVD，国内的设备即使很好，暂时市场也会很难打开；况且国内企业生产型MOCVD出来的时候，MOCVD的技术和产能等指标都向前更加进步了一个大的台阶，”一些观点认为，如果真是这样，届时Vecco和Aixtron推出新产品，价格和性能都远远超越现在的设备，恐怕国产MOCVD就只剩下跟着Vecco和Aixtron后面疲于奔命的去追赶了，况且，就算国内MOCVD可以卖了，但是Vecco和Aixtron只要把销售价格一下拉，又会出现什么样的情况还很难说。

　　尽管如此，也有一些芯片企业表示了对MOCVD国产化的信心与期待，武汉迪源光电科技有限公司总经理董志江表示：“我们希望MOCVD设备有国内的生产厂家出现，这样可以降低整个产业链的成本，”无论如何，有国产设备，才能让进口设备改变点姿态。

　　另一家国内芯片企业的一位高管认为，生产厂家无论是不是选择购买国产设备，有国产设备投入市场起码能拉低国外设备的高价格，而国产设备除了有地域和成本优势，更要能够在产品的质量、可靠性、成本及量产等综合性能方面与国外设备可比照，尤其不能仅停留在模仿和跟踪阶段，只有“赶上”在设备行业是没有办法生存的，必须超过，必须找到一个突破点，在技术上、产量上、成本上有独到的地方。这样看来，国内设备企业要做的事情实在太多，尤其需要提高外延大规模生产所需的设备长期运行的可靠性、稳定性、安全性和系统维护。同时，也需要学会规避专利壁垒，逐步建立起具有自主知识产权的核心技术，一切可谓任重道远。

　　而国产化设备究竟会比进口设备便宜多少呢？对于这一点，北京思捷爱普半导体设备有限公司相关人士表示，思捷爱普的最终目标就是希望做到100万美元/台，约比国外设备下降三分之一；一些设备企业也表示因国内生产的人工成本低和本地安装、本地售后服务等因素，国产MOCVD设备销售价格将为国外的60％左右。

图　4"外延片成本的比较

　　MOCVD市场尚处“消化期”

　　目前，MOCVD的利用率也被人们看作是市场回暖与否的晴雨表。

　　据Aixtron销售公司相关人士透露，相比一二月份的市场清淡，三月份中国台湾和大陆LED厂商对MOCVD设备的产能利用率明显回升，一些厂家尤其是台湾厂商的MOCVD产能利用率提升至70%～80%以上。

　　而整体上看，2010～2011短短两年时间，中国的产业投资者几乎吸收了全球80%以上的MOCVD设备。如今，面对上游产能结构性过剩的危机，如此庞大的设备如何去让未打开的市场消化这些产品似仍是无解，而事实上，已经有一部分企业开始出售并未开封的“二手设备”。

　　展望2012年的市场前景，设备大厂Aixtron也表示目前订单能见度极为有限，去年底市场清淡的状况可能持续到今年上半年，“从2011年Q3起，很多客户暂缓发货，虽然没有取消出货，但暂缓的所有订单价值达到1亿欧元，到2011年Q4，LED市场出现明显下滑”；而从去年下半年开始，由于国内MOCVD装机容量的扩容，LED行业结构性产能过剩成为现实，从原材料到芯片到终端产品，行业提前进入整合期。

　　另据市场研究机构IMS预测，根据MOCVD设备产能模式估算，目前已布局或下单的MOCVD设备足以满足未来几年的需求，2012年GaN基MOCVD的出货量将降至342套，下降幅度达48%，当前正处谷底，预计今年二季度中后期会有缓慢回升。甚至一位国内设备生产企业高管预估2012年中国大陆市场需求量仅50～100台左右。

　　“MOCVD机台其实已经几乎趋于饱和，已呈现供过于求的情况”，业界普遍认为，估计从2012年开始，全球MOCVD机台新产能成长将会逐步趋缓，未来唯有靠照明市场支撑才能见得转机，而目前国内芯片企业也都已放慢了扩充机台的节奏，一些小厂更是出现了设备闲置的状况，加上去年下半年猛然出现产能过剩，让中国LED上游投资MOCVD设备步伐暂停，一度造势要购进百台MOCVD的协光电更是诡异地调转方向，在抛掷大把订金后扬长而去，着实让怀抱百台订单且购买了大量原材料的爱思强“目瞪口呆”了一场；2012年第一季更鲜有听到芯片企业扩充机台的消息。

　　或许，对国内芯片生产企业来说，虽然购买了大量MOCVD，但是由于专业技术人才缺乏、生产工艺把握不到位，生产出来的芯片在性能上仍与台湾业者有相当差距，对这些企业来说，目前更为紧要的是“如何提升产品的性能质量和性价比，尤其是找到可行商业渠道消化现有库存”，比如，截止2011年12月底，国内一家芯片生产企业共到货50台MOCVD，仅有20台投产，该企业高管表示，随着中国新增的MOCVD产能开出，2012年上半年国内LED芯片价格将会见底，届时形成的库存消化时间至少要6个月以上。

　　再以三安光电为例，三安光电副总经理吴志强博士在近日接受记者采访时表示，除了优化生产工艺、降低成本、加强产品研发力度等，三安目前最急需的是整体系统的专业管理人才和能够与市场接轨的市场营销人才，从而积极拓展应用市场，加大产品销售力度；尤其在产业整合期和波云诡的经济大环境下，企业普遍进入了一个艰难的“破茧期”，真正能撑得住的才是强者。

　　而对于未来是否会考虑购买国内机台，吴志强透露，也有国内设备生产厂商来三安“投石问路”，但从三安的角度上，目前仍持慎重态度，因为工艺的成熟和稳定仍是第一位的，况且，以平均成本来说，MOCVD设备成本占芯片成本的二成左右，对于整个灯具来说，“其成本占比更微乎其微，似并不到百分之一”。

　　吴志强还表示，2009年，三安光电仅仅拥有22台MOCVD，而目前三安已拥有144台MOCVD，核心技术团队已远超过百人，且多是来自台湾，如何强化内部管理，保证这个团队的高效、加强技术人员的扩充和稳定更为重要，相比管理机台，管理机台的人或者更需要“管理”。

　　“硅衬底”的猜想

　　展望未来，4"和6"MOCVD工艺应不会是最终目标。很有可能的是，外延会发展到更大尺寸，这方面，8"以上蓝宝石衬底工艺还不成熟，且非常昂贵，而硅衬底尺寸可以很快做到8"乃至12"，目前，国际上许多公司及研究机构都加大了硅衬底上半导体照明技术的研发步伐，几大巨头包括台积电、三星、Micron等都正在进行硅衬底LED的研发，美国应用材料等也已进入这一重点领域，“衬底材料的改变（硅衬底）将会提升生产效率和降低成本”已成共识。

　　“中国目前尤其需要抓住机遇，集中力量着重开发适合硅衬底上生长GaN外延的MOCVD设备，”美国耶鲁大学博士、中国科学院苏州纳米所研究员孙钱表示，硅上GaN是一项全世界正在高速发展的核心技术，该技术工业界和学术界已经研究了近十五年，其技术难度在于硅衬底和GaN之间不仅有较大的晶格失配，而且二者的热膨胀系数相差很大，外延生长完毕降温过程时GaN薄膜中产生很大的张应力，进而外延片翘曲并产生裂纹，严重影响材料质量和器件性能。

　　“目前已经是攻克硅上GaN易产生裂纹这个世界性难题的时侯了“，孙钱博士在美国硅谷的普瑞光电公司Bridgelux Inc.任外延研发科学家时负责8英寸硅衬底上GaN基高亮度LED的外延研发，创下了硅上LED光效的世界纪录：160lm/W（60×60mil芯片350mA下），颇令业界关注。近日他在接受记者采访时透露，目前他主导开发的硅衬底LED芯片平均光效已达到120lm/W（45×45mil芯片350mA下）。

　　除去众所周知的成本因素，在中国LED产业的上游版图中，硅衬底更意味着“打破美国、日本垄断LED芯片核心技术的局面，是实现LED产业突破国际专利封锁的重要技术路线”，如果中国率先在硅衬底技术上实现量产，将真正走出一条振奋人心的中国特色之路，整个产业链格局或许都将为之改写。

　　同时，不得不提醒的是，对于中国半导体照明产业发展来说，在我们关注高端设备国产化的同时，关注LED“下游应用领域”的发展，积极拓展市场应用似乎更为重要，苹果的芯片是自己研制的吗？HTC的芯片又是出于台湾企业之手吗？或许答案并不惊人，而苹果之所以获得高额利润更是其注重集成技术和重视消费者体验的商业模式的成功，名声响亮的英特尔也只是他的众多供应商之一，就像厨师桌上的一个配料。

　　“设备国产化固然重要，但未来真正统一LED照明的，不会是Cree，也不会是日亚和晶元，或许，会是像飞利浦这样注重应用的公司，它的LED是按灯具应用设计的，而不仅仅是个微电子产品，Cree去年也收购了一个灯具公司。”看看这些巨头们在做些什么，或许就更明白了。

　　表1　目前国内开发MOCVD的机构和公司（不完全统计）

　　未来的大市场在中国，中国半导体照明产业在应用端绝对有机会，如何加强中国企业在应用领域的集体核心竞争力，积极拓展高附加值的应用市场从而获得高“价值”更是大势所趋。