冷思考|产业链迈向高端，深紫外LED面临“三座大山”

       深紫外LED（UVC-LED）作为高效、安全、环保的杀菌消毒方式，其水、空气、表杀三个场景应用中，无论是在商业、工业还是消费领域，水处理均是 UVC-LED 确定性最强的市场，也是成长最快的市场。

根据行家说 Research出品的《2022UV LED产业调研白皮书》显示预计水处理市场在 UVC-LED 占比将从 2021 年的 42% 提升至 54%，2021 年 -2026 年复合成长率达 36%。同时，表面杀菌和空气杀菌也将稳步发展，但由于目前仍然在寻找确定性、大用量市场，以及消费者教育和多种杀菌技术的竞争，仍然存在一定的变数，行家说 Research 预计空气杀菌市场在 UVC-LED占比将保持在20%-25之间，2021年-2026年复合成长率达28%。而表面杀菌预计将从2021年的34%下降至 24%，2021年-2026年复合成长率达 21%。

受因全球对公共空间和家庭环境的消毒杀菌需求与日俱增，深紫外LED正成为科技“新触角”，广泛应用于物流、交通、医疗、教育等多个重点行业，从事深紫外LED的玩家逐渐增多。

600亿元以上的市场规模待分食

从国际看，欧司朗、飞利浦、日亚、丰田合成等传统LED巨头加速布局深紫外LED产业，为其业务转型升级开辟新赛道；从国内看，产学研合作快速推进，中科院、华中科大已分别在山西、湖北建立深紫外LED产业基地，三安光电、银月光、国星光电、隆达电子、中科潞安等20余家企业快速跟进。

据不完全估计，深紫外LED及衍生产品将在国内学校、医院、白色家电、高铁等领域稳定形成600亿元以上的市场规模，加上物流运输方面的大规模应用后将形成千亿规模市场。

产业高端突破面临三座大山

但深紫外LED产业链涵盖衬底制备、外延生长、器件制造和封测等环节，其中衬底制备和外延生长难度最大、技术价值最高，是实现产业链高端突破和做大做强的双重保障。受产业发展初期和欧美对华禁售影响，国内在核心技术掌握方面仍与国外存在较大差距，集中表现在衬底制备能力薄弱、外延生长水平不足、短波长和大功率产品研发进度滞缓。

受衬底制备能力薄弱影响，产业高端突破后劲不足。

氮化铝衬底能够有效缓解外延过程中的应力累计，减少外延片缺陷，大幅提升器件性能和寿命，是实现更短波长、更高功率深紫外光电器件的基础。氮化铝衬底制备通常采用PVT（物理气相传输）法，难度大、造价高：一是制备条件苛刻。氮化铝物理化学性质极为稳定，需要2200℃和60KPa的高温高压环境才能制备；二是装备材料挑战大。坩埚是衬底制备的关键装备，由于PVT过程会产生大量具有强腐蚀性的铝蒸汽，即使石墨、氮化硼等特殊材料坩埚也不能满足要求，只能选择锇、钨、碳化钽等难度更大、造价更高的材料。

由于欧美长期对我国实施氮化铝衬底禁运，我国整体仍处于起步阶段，目前可开展2英寸小规模量产，但晶体质量难以满足产业高端突破。相比之下，美国Crystal IS、Hexatech公司和德国Crystal-N、IKZ早已具备高质量2英寸高质量衬底量产能力，正向4英寸演进。

受技术路径锁定影响，产业竞争面临性能和成本劣势。受制于氮化铝衬底禁运和高昂造价，我国深紫外LED研发和产业化均采取基于蓝宝石衬底上外延生长氮化铝的方式进行替代，在实现技术便利的同时也带来产品良率和成本控制方面的挑战：一是外延生长周期变长。通常需要在蓝宝石衬底上外延生长3至5微米厚的氮化铝才能进行后续工艺，外延生长时间较氮化铝衬底多4小时，对成本控制极为不利；二是外延片晶体质量较差。由于蓝宝石和氮化铝存在晶格失配， 外延层的缺陷密度通常在108cm-2量级，是氮化铝衬底的104倍，高缺陷密度导致国内产品的电光转换效率仅3% ；三是器件寿命较短。由于蓝宝石导热性远低于氮化铝，导致器件散热效果远不如氮化铝衬底。当前，我国企业产品同质化明显，普遍为波长255-280纳米的毫瓦级器件，相比之下，国外已研发225纳米的更短波长和瓦级器件。

行业标准和应用示范缺乏影响，产品导入渠道不畅。深紫外LED产业仍处于起步阶段，由于与传统紫外光源发光特性不同，且产品种类多，细分市场的成熟度不一，重新制定行业标准的必要性和紧迫性更加突出。当前，我国尚未实施国家强制标准，仅有企业联盟编制的《紫外LED标准化体系报告》《紫外LED技术与应用术语和定义》《紫外LED杀菌消毒技术报告》等标准方参考资料，但远不能适应当前深紫外LED的快速发展，仍需更多、更精准、更细致的深紫外LED标准出台。同时，在产品应用推广方面，国内缺乏试点示范工程建设，对深紫外LED的宣传普及力度不够，导致国产产品容易出现“造得出来，卖不出去”的困境。

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