2021年蓝宝石衬底行业全产业链发展趋势研究及重点企业竞争格局分析预测

（1）蓝宝石衬底概述：蓝宝石衬底属于光电子材料。蓝宝石平片衬底经过图形化处理，一方面可以有效提升GaN外延层的晶体质量，从而改善LED的光电参数，提升了器件寿命；另一方面，图形化衬底的表面优化设计，有效降低了LED非出光面的全反射现象，从而提高了LED器件的光提取效率。通常影响LED的发光效率一般分为两块：内量子效率和外量子效率。

（1）内量子效率通常是指电子跃迁产生光子的效率。由于LED芯片作为杂质半导体，存在着材料品质缺陷、位错等因素，以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、本征激发散射和晶格散射的问题，使电子从激发态跃迁到基态时会与晶格原子或离子交换能量而发生无辐射跃迁，不产生光子，这部分能量不转换成光能而是转换成热能损耗在PN结内，于是就产生了复合载流子转换成光子的效率问题。

（2）外量子效率，是指PN结内的电子与空穴发生辐射复合，最终释放光子到外界的效率，衡量的是器件的发光效率与光子提取到外部的能力，受到内量子效率和光提取率的综合影响。由于GaN材料折射率高于蓝宝石衬底以及外部介质层，即封装材料或空气，基于平面蓝宝石衬底的LED在有源区产生的光子在GaN层上下两个界面处发生多次全反射，降低了器件的光提取效率，同时光多次反射被表面电极和有源区材料吸收产生热量，也会影响器件工作的稳定性。

在蓝宝石衬底表面制作具有细微结构的图形，一方面改变了GaN的生长过程，能有效地抑制材料中位错的向上延伸，能够降低外延层应力、改善晶体生长质量，从而降低非辐射跃迁，提高LED内量子效率。另一方面粗糙化了的GaN/蓝宝石界面能散射从有源区发射的光子，使得原本全反射的光子有机会出射到器件外部，能有效提高光提取率，从而增加外量子效率。

目前LED芯片的衬底材料主要有蓝宝石、砷化镓、硅、碳化硅等。图形化蓝宝石衬底主要用于生产蓝绿光LED芯片，砷化镓衬底主要用于生产红黄光LED芯片，硅、碳化硅衬底主要用于超高亮度等特殊LED芯片生产。统计数据显示，全球LED蓝宝石衬底需求约占LED衬底总需求的比重达83%，PSS在GaN-LED外延片衬底的比重达99%以上。

（2）蓝宝石衬底产业链情况：图形化蓝宝石衬底位于整个LED产业的上游以及上游材料环节的末端，是承接材料端与器件端的重要连接点。PSS的上游为蓝宝石晶体行业，下游主要为LED芯片行业。PSS的产业链包括上游的氧化铝粉原料—长晶炉长晶制造晶棒—切割打磨抛光制造蓝宝石平片—PSS衬底。

PSS衬底和LED产业链分析

从供给端而言，蓝宝石衬底上游行业为蓝宝石晶体材料行业，通过人工生长蓝宝石晶体为蓝宝石平片企业提供晶棒作为生产原材料，晶棒通过切割、研磨、抛光形成蓝宝石平片。

目前具有较高水平并可进行工业化生产的蓝宝石晶棒生长方法主要有：焰熔法、提拉法、泡生法、导模法、坩埚下降法等，其中，泡生法工艺生产的蓝宝石晶棒占主流地位。泡生法较容易控制制作过程，因而更容易得到高品质、低缺陷密度的蓝宝石晶棒，主要缺点是操作较为复杂，成品率较低，成本较高等。

蓝宝石晶棒生长的技术工艺与生产流程已经成为公开技术，但各个厂商具体的生产技术路线有所不同。不同技术路线之间在晶体尺寸、长晶效率、能耗、自动化程度及晶向选择等诸多方面有着较大差距。基于保密性等原因，多数蓝宝石晶棒生长设备系根据蓝宝石生产厂商按照自身工艺特点定做，主流厂商往往有自身独特的设备设计。

蓝宝石平片制造涉及到切片、研磨、抛光等多道生产工序，生产厂商通常采用第三方提供的专用设备，相关技术较为成熟。而将普通蓝宝石LED衬底加工成图形化蓝宝石衬底则需对在蓝宝石平片表面用相应的蚀刻技术进行图形化加工，对加工工艺的要求较高。

中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国蓝宝石衬底行业市场调查分析及投资策略专项研究预测报告》

蓝宝石晶体材料行业集材料学、物理学、力学及光学多学科为一体，且能耗较高。以目前全球产能来看，晶棒生长环节和晶片切割环节均具有较高的市场集中度，同时经历了行业竞争和整合时期，中小厂商逐步被淘汰，大型厂商则凭借规模优势进一步提升了市场占有率。蓝宝石晶棒、平片行业的主要供应商基本情况如下：

（3）蓝宝石衬底行业市场情况：

2016-2020年全球和中国大陆蓝宝石衬底需求现状分析

数据统计：中金企信国际咨询

2020年全球和中国大陆蓝宝石衬底需求分别为4,038万片/年和3,097万片/年，在过去四年分别实现了复合增长率16.41%和30.34%，其中2017年增速最高，2018年开始增速有所放缓。中国大陆蓝宝石衬底需求量高速增长，主要受益于国内下游LED芯片厂借助产业支持政策，或依靠资金、市场、规模等方面的优势积极投入研发和扩大生产，强势参与全球竞争，LED产业优势逐步向中国大陆转移。

2019年全球和中国大陆蓝宝石衬底需求量降低，主要由于LED终端需求于2018年下半年开始进入低迷期，且新产能的释放导致芯片市场供给出现过剩，行业供需结构阶段性失衡叠加中美贸易摩擦影响，LED行业于2018年第四季度开始进入调整期。

LED行业自2019年第四季度逐步回暖，外延片需求量逐步提升带动蓝宝石衬底需求量回暖，但是受新冠疫情的影响，2020年上半年大陆LED回暖情况不如预期，进入2020年第三季度以来，多家芯片厂产能开满，蓝宝石衬底需求量出现明显回升。