半导体照明的产业链包括上游的衬底材料、设备及外延生长，中游的芯片制造，下游的LED封装和应用产品的生产，如图1-10所示。

图1-10 LED照明产业链

1.衬底

衬底是在其上生长PN半导体材料的基底材料，原料经过提纯、减薄、抛光、切割等一系列工序最后制成可以作衬底的晶圆。衬底的关键是可与外延良好配合的材料，衬底材料需要满足以下要求：结构特性好，即外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小；接口特性好，即有利于外延材料成核且黏附性强；化学稳定性好，即在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀；热学性能好，包括导热性好和热失配度小；光学性能好，即制作的器件所发出的光被衬底吸收小；机械性能好，即容易加工，包括减薄、抛光和切割等；价格低廉；大尺寸，一般要求直径不小于2in（1in=25.4mm）。

目前常用的衬底材料有蓝宝石（Al₂O₃）、硅（Si）和碳化硅（SiC）等，但其在导热性和稳定性等方面尚有不足。未来可能的新型衬底材料包括氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、铝酸锂（LiAlO₂）等。氮化镓是氮化镓外延生长的理想衬底，可提高外延质量，降低位错密度，提高寿命、光效、工作电流密度；氧化锌与氮化镓外延晶体结构相同，禁带宽度接近，但缺点是在外延生长环境中易分解和腐蚀；铝酸锂与氮化镓外延的晶格不匹配率只有1.4%，但晶体易挥发、强腐蚀，制备困难。

2.外延

外延主要是在晶圆衬底上生长缓冲层、N型层、量子阱、P型层、扩散层等结构，是半导体照明产业链中技术含量最高、对最终产品品质影响最大的环节，同时也是利润较为集中的环节。在一定程度上，外延的品质直接决定了后续芯片、封装及应用产品的品质和最终应用领域。

外延生长的主要方法包括液相外延沉积（LPE）和气相外延沉积（MOCVD）。MOCVD系统是GaN基LED外延生长的主要设备，技术含量非常高，全球90%以上的市场被德国的AIXTRON和美国的VEECO所垄断。

外延的关键技术主要包括稳定少缺陷的生长工艺、与衬底配合良好的PN结材料、具有良好内部量子效应效率的结构。采用新工艺将改善外延片晶体质量，如M面Al₂O₃上生长技术、横向外延过生长技术（ELOG）等将降低极化电场的影响，新型P型掺杂技术将提高P型载流子浓度与迁移率；采用新结构（如多量子阱（MQW）等）将提高电光转换效率。ⅢⅤ族化合物能较好地满足PN结对半导体材料的要求，目前Al/Ga/In（阳离子）+As/P/N（阴离子）的二元、三元、四元化合物是LED的基础材料。(www.daowen.com)

3.芯片

在外延片上制作PN结电极、保护层、出光结构，然后经过分割、打磨、测试等，就制成了LED芯片，即晶粒（die）。芯片制造的关键技术是高出光结构、材料和制作工艺。采用新型高出光效率芯片结构，如垂直结构、光子晶体等微结构，可提高侧向出光的利用，提高光输出效率。采用P型GaN欧姆接触材料以及电极图形的优化设计，可使电流注入均匀、发光均匀、透光率高。

4.封装

将LED芯片涂覆荧光粉，加一次配光，加固定结构，用塑料、陶瓷等材料进行封装，并引出镀金引脚，再进行测试等若干步骤后，就制成了LED器件。封装直接影响LED器件的电、热、光和机械性能，还影响其可靠性、成本及寿命。

封装的关键技术主要包括高性能荧光粉，光提取效率高、散热好的封装材料与结构。LED器件的封装形式主要有引脚式封装、贴片式封装、功率型封装、COB（Chip on Board）封装、COM（Chip on metal）等。LED芯片的封装结构主要有正装结构、倒装结构（Flip-chip）和垂直结构。封装环节的光损失包括材料本身吸收部分光子、菲涅尔损失和全反射角损失，因此低吸收率、高折射率、高透光率的新型封装材料可以有效提高光提取效率。目前主流的白光LED主要通过蓝光芯片激发荧光粉产生白光，不同荧光粉材料及配比会影响光转化效率、光色以及在高结温下的荧光粉老化失效曲线，因此高效荧光粉的研发可提高器件寿命、光效，改善显色指数；对于紫外/深紫外光激发的芯片，由于紫外光会加速有机材料老化，因此荧光粉更为关键。此外，高热导率系数的新型支架材料与结构，对大功率、长寿命、高亮度器件至关重要。

5.应用系统

将封装好的LED器件根据应用需求进行系统设计，加驱动、控制、二次配光、散热等部分后，就形成了应用系统。应用系统的产品形式多种多样，与应用领域密切相关，包括各种LED灯具、信号灯、显示屏、背光源等。

在LED产业链中，上游和中游是资金和技术密集型行业，也是投资强度大但收效慢的领域，专利竞争最为激烈。芯片的品质主要取决于外延的质量，而高质量的外延片很难在市场上获得，因此大多数芯片制造商都有一定的外延生产能力。外延/芯片的产业集中度较高，主要分布在日本、美国和我国台湾等地，国内近年相关产业也迅速发展。下游封装和应用环节技术含量和投资强度较低、收效较快，是与市场应用联系最为紧密的环节，也是LED产业中规模最大、发展最快的领域。白光LED是半导体照明的基础和产业发展重点，近几年发展最快。LED封装企业主要集中在我国、日本、韩国以及东南亚等国家和地区，台湾产业有向大陆转移的倾向。LED应用系统企业主要集中在我国大陆。