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1、III 族氮化物紫外线LED的应用项目可行性研究报告江苏*实业发展有限公司 目录1. 项目概况 32. 市场分析 32.1 市场机遇 32.2 工业背景 62.2.1 III 族氮化物紫外线LED的应用与前景 63. 产品及服务 113.1 生化检测用紫外线LED 光源 113.2 灭菌用紫外线LED 光源 113.3 高分子聚合物固化用紫外线LED 光源 113.4 医药用紫外线LED 光源113.5 用于高功率可见光LED 和激光器的GAN 体材料衬底124营销策略 125. 市场竞争 125.1 国内竞争企业125.2 国外竞争企业125.2.1 美国Sensor Electronic
2、Technology, Inc (SET) 135.2.2 美国Fox Group 145.2.3 美国Sandia National Laboratories145.2.4 日本Nichia145.2.5 日本Nitride Semiconductors 145.2.6 国外潜在的竞争对手145.3 竞争策略和竞争力155.3.1 竞争策略155.3.2 核心竞争力166业务发展状况 177技术团队 188. 融资计划 218.1 一期创业的资金要求228.2 一期创业的资金使用228.3 二期融资要求239 一期创业产业规模与财务分析 2410. 风险分析 2610.1 风险2610.2
3、项目抗风险分析271. 项目概况合资公司的名称：*LED科技有限公司合资公司的地点：苏州。注册资本：拟定为5000万元。合资双方出资比例：江苏*实业发展公司出资60%，北京*光电子科技有限公司出资40%。北京*光电子科技有限公司北京*光电子科技有限公司是由四位旅美学者筹划成立的，得到中国科学院半导体研究所和国家照明中心大力支持的新材料新器件高科技公司。公司于2007 年12 月正式注册成立于北京市海淀区，为北京市高科技企业。初期注册资本165 万人民币。公司的近期产品主要是紫外线发光二极管（UV LED，波长范围可覆盖254 nm 到 400 nm），预测中期将推出超高亮度的蓝，绿，白光LED
4、，远期将增加高功率的微波器件。北京*科技是全球市场极少数几家能提供商品化高功率紫外发光二极管的企业。预测在未来的5 年内将实现年产值超5 亿元人民币，年利润过亿元的高科技企业。江苏*实业发展公司：江苏*实业发展公司是*投资公司的全资子公司。*投资公司是根据国务院确定的专项任务成立发展起来的在*环保领域唯一的国家级专业投资公司。*投资公司自成立以来，推广完成重大节能措施13大类，建成重大节能工程3000余项，在我国节能产业的发展中占有重要地位。2. 市场分析2.1 市场机遇高效，轻便而省电的紫外光源将在许多领域产生革命性的影响，并为北京*这样的领头企业带来难以估量的巨大市场。现有工业中的紫外线光
5、源都是汞灯紫外线光源。汞灯紫外线光源波长单一，体积庞大（20 厘米长度），需要1.5 千伏以上启辉器点亮，汞灯寿命短（频繁开启时仅5000 小时），易破碎，最大的缺点是汞的剧毒性。全固态紫外线LED 波长可调节，功率密度大，直流10 伏以下供电，非常小巧（封装后仅2 毫米见方）节能，耐久，无毒，是真正意义上的绿色产品。用全固态紫外线LED 取代汞灯必然有市场价值。在巨大的消毒市场，公司将集中力量开发在家庭和在食品工业，公共场所进行消毒的产品。幼儿园，学校，餐厅，公厕，交通枢纽，医院，家禽饲养厂, 食品包装厂及零售点等地方的紫外消毒都是*科技的潜在市场。紫外线光源在医药卫生中的应用也相当广泛。包
6、括为高端的荧光分析设备提供光源，皮肤病医治，伤口消毒等。在家电领域，仅以电冰箱市场为例。据韩国家电巨头LG 的数据，2006 年全球家用和商用电冰箱市场达到150 亿美元以上，销售量8 千1 百万台。紫外LED 带来消毒除味的新功能。如果*科技能在5的高档电冰箱里安装20 颗1瓦级别的280 纳米LED（假设售价4 美元）, 就可带来3 亿美元的营业额，其中纯利预计将超过50。空气，水，食物的消毒处理都包含一个紫外线辐照过程。这是因为紫外线消毒对细菌，病毒，霉菌孢子等都有效，无化学污染，而且成本低廉。参考图2-1 可见，在膜，臭氧和UV 的水消毒处理上，UV 光辐照是最经济的消毒方式，在大规模
7、水处理中，UV 消毒每千加仑水成本为0.015 美元。水消毒处理（饮用水和污水）市场约为3 亿美元每年（整个水处理相关产品2007 年市场约为350 亿美元）。图2-1：水消毒处理成本比较。来源：Calgon Carbon Corporation.紫外光源也可应用于空气消毒，有预测说到2010 年全球客用水和空气清洁系统的市场需求将达17 亿美元。飞机上对空气的循环消毒无疑对担心全球范围传染疾病的各航空公司来说，将是一件大事。紫外光源在高聚物固化工业中也应用广泛。其中之一是打印油墨的瞬间固化。全球打印油墨在2005 年市场高达143 亿美元，美国和欧洲市场分别为45 亿美元，亚洲为40 亿美元
8、。至于基于氮化镓的可见光(蓝/绿/白)市场更是巨大（虽然目前竞争剧烈）， 根据Forst & Sullivan 的统计，2005 年全球照明市场规模约为580 亿美元，年增长率约为5%，到2010 年全球照明市场接近740 亿美元。 氮化物激光器2011 年市场预测12 亿美元（Strategy Analytics：“Gallium Nitride Laser Diodes: Market and Applications 2006-2011”）。但是： 按照现有GaN 基LED 基于异质外延技术的效率发展速度，到2009 年全球LED 市场将不到80 亿美元（Strategies Unlim
9、ited）。 现有GaN 基的LED 要应用于照明，要在年前，使半导体灯发光效率再提高2 倍，价格降低50倍。LED 效率的大幅度提高最终依靠GaN体材料。 氮化物激光器的大规模生产，也将依靠于GaN 体材料的商业化实现。因此，在氮化物可见光领域的机遇将是大力发展其衬底/基片材料。2.2 工业背景半导体工业的发展极大地促进了社会的现代化进程。元素半导体硅（Si，第一代半导体的代表）支撑了微电子工业，硅基微处理器在计算机中的广泛应用迅猛地带来了数字社会；结合化合物半导体（第二代半导体）在通讯中的应用，可以说，自上世纪90 年代历史已经进入了信息社会。至此，无机半导体看起来在研究和应用上都到达了完
10、美的程度。可是自1990 年以来到现在，在宽能带半导体研究和应用的突破中，人们又看到了把社会进步推向新高度的机遇。宽能带半导体以III 族氮化物(氮化铝 (AlN), 氮化镓 (GaN), 氮化铟 (InN) 及其合金)和碳化硅(SiC)为代表，是新一带微电子，光电子技术的物质基础。抢占这一产业的制高点对提高国家的经济竞争力有着重要的意义。III 族氮化物的发光范围覆盖了整个可见光光谱，在推广半导体照明中有着不可取代的重要地位。而III 族氮化物的紫外发光，也必将在生物，医疗，水，食品等工业中起到革命性的作用（取代有毒的传统汞灯）。2.2.1 III 族氮化物紫外线LED 的应用与前景III
11、族氮化物随着铝(Al) 组分的增加，发光波长将逐步从可见光移向紫外光(UV)。纯的氮化铝（AlN, 铝组分100%）的发光波长为203 纳米（nm）。铝镓氮合金(AlGaN) 发光波长可覆盖203-400 nm 的光谱，这包括了A-型紫外线(UVA: 380-315 nm), B-型紫外线 (UVB: 315-280 nm)，和C-型紫外线(UVC: 280-200 nm)。III 族氮化物是目前所知的最理想，覆盖光谱最全的全固态紫外发光材料。在III 族氮化物紫外光发光取得突破之前，紫外线的获得主要由高压电弧放电和汞蒸气电离产生。这些方法的缺点包括：设备庞大，耗电大，需要高电压，安全性差，对
12、人和环境有害（汞为有害物质），光谱可调节性差。发展全固态的半导体紫外发光将克服这些缺点，覆盖及拓宽紫外光应用范围，对国家安全和国民经济有着巨大的作用。图2-2 示意了紫外线的主要用途。A，B-型紫外线主要用在高分子有机物（如塑料）的固化上。在电子工业的许多工艺流程中都使用了高分子有机物，如光刻胶，粘合剂等。使用紫外线使之固化是一个瞬间完成的过程。传统的加热固化是让溶济蒸发，是一个缓慢且耗费能源的工艺，并产生很多有害的挥发性有机物。紫外线固化高分子有机物利用的是光化学反应，瞬间完成并不产生任何挥发性物质。使用紫外线固化的另一个优点是无接触，不产生任何玷污。这使得它在卫生条件要求严格的医疗卫生设备
13、的制作上有着无可取代的作用。紫外线固化在打印工业中也有用途，紫外线对喷墨的瞬间固化可大大提高打印质量与速度。近年来随着中国经济的快速发展，UV 固化工业在国民经济中的比例也在不断提高。2003 年国内UV 固化原材料的生产达47000 吨，比年前有55%的增加。同期UV 固化产品（涂料，打印机喷墨，和粘合济）达26000 吨，比年前增长25%。2003 年比2002 年UV 光源和固化机的生产分别提高了100% 和30%。用高效无毒的固态紫外光源取代传统的汞灯紫外光源，在UV 固化工业中有很大的潜能。A，B-型紫外线在医疗卫生中的另一个应用是制药业（光化学反应和光荧光）。很多生物体，有机物在紫
14、外线照射下会发出特征荧光，以此为契机，利用紫外LED 制作小巧便携式的生化物品检测，对于环境污染检测，反生化恐怖活动，都有积极意义。初步估计这些市场开发可达100 亿美元。B，C-型紫外线在灭菌消毒工业中有着重要应用。255-280 nm 的紫外线对细菌和病毒有着很强的杀伤力。主要原因是所有的细菌，病毒的遗传物质（DNA）对这个波段的紫外线有着很强的吸收（吸收峰值在265nm）。紫外线光子所携带的能量能有效的破坏DNA 的链壮结构，使细菌和病毒无法复制（繁殖），从而达到消毒效果。基于此原理，B，C-型紫外线在水，空气的净化工艺中将发挥重要作用。在食物，物具消毒方面也会有许多应用。可以与冰箱，空
15、调集成开发出新概念产品。初步估计这些市场开发也可达100 亿美元。紫外线还可以在表面裂纹的检测方面发挥作用。由于紫外光荧光的效果，表面细小裂纹可以清晰成像。这对航天器，巨型油轮的微裂纹检测提供了有效的方法。纵上所述，紫外线在现代工业中有着多方面的应用，潜在的市场巨大。由于传统紫外线光源的固有缺陷（体积大，高压，有毒），很多可能的应用利用传统紫外线光源不便或无法实现，研究开发基于III 族氮化物的全固态紫外线光源有着巨大的社会和经济意义。目前国际上只有美国在这方面有突破性的进展。美国国防部在2002 到2006 年间投入四千万美元资助了深紫外线LED 的研究。美国公司SensorElectron
16、ic Technology 率先取得了突破，成功研制了mW-量级的紫外LED，波长可覆盖365-250nm （紫外线LED 见图2-3）。美国国家实验室Sandia 也取得了不起的结果，并从事了紫外线LED 的消毒实验佐证了其技术优越性。Lumileds 则率先实现了世界上第一代垂直注入的280 纳米LED。从目前取得的结果来看亮度已经足够满足大部分应用要求。日本今年也加大了紫外LED 的研究力度，日本新能源与工业发展组织资助了好几个学校与公司从事此项研究。图2-2 紫外线的主要用途图2-3 紫外LED 结构和实物3. 产品及服务我们的客户可以有政府职能部门，水，空气洁净工业，冰箱空调生产企业
17、，高聚物紫外固化工业，医药卫生工业。我们提供以下产品及服务。产品将分为三大类：LED 管芯，单管和大功率灯。3.1 生化检测用紫外线LED 光源提供紫外线LED 光源为生化检测用。峰值波段从250 到390 纳米。3.2 灭菌用紫外线LED 光源紫外线LED 光源和大功率灯炮，为水，空气，食物消毒用。峰值波从260 到285 纳米。3.3 高分子聚合物固化用紫外线LED 光源紫外线LED 光源和大功率灯炮已及大面积紫外线LED 阵列，峰值波段从315 到380 纳米。3.4 医药用紫外线LED 光源紫外线发光二极管器件在医疗器械安全消毒，治疗等领域都将有广泛应用，市场前景广阔。3.5 用于高功
18、率可见光LED 和激光器的GaN 体材料衬底为市场潜在价值到达580 亿美元的氮化物白光照明产业提供技术和物质基础。4营销策略目前国际上（分布在美国日本）只有两三家企业可以提供深紫外LED 产品，价格昂贵。公司技术团队拥有世界上最先进的紫外线LED 外延技术和器件制造工艺，并且有办法可以开发生产属于自我知识产权的产品。将来的市场及专利竞争对我们非常有利。公司成立后由于技术成熟，公司的紫外线LED 可以很快推向全球市场。为加快市场开发，我们将立刻联合国内甚至国际水处理行业，有机固化行业（包含彩色打印，电子，涂料与油墨行业），空气处理行业（如空调器厂商等），食物处理和医药卫生行业，大力推广固态紫外
19、线光源的应用。公司受专利保护的GaN 体材料将会大幅度的提高目前国内外GaN 可见光LED 的发光效率和使用寿命，客户是瞄准白光照明的高功率LED 生产厂商们。5. 市场竞争在GaN 体材料方面， 可能的竞争是HVPE GaN 厚膜生产厂商如Sumitomo1，Hitachi Cable。但HVPE GaN 生长的速度有限，约3400 微米/小时。这一生长速度对GaN 体材料来说，还是太慢了，从而导致GaN 体材料价格上失去优势。公司的技术（申请了中国发明专利），在生长速度上没有物理的限制，在材料质量上将优于HVPE GaN 厚膜材料。价格和性能上我们都占绝对优势。在紫外LED 方面，总体说来
20、，传统汞灯紫外线光源将是一个主要的竞争对手，在性价比的调控下划分各自的市场，国际上紫外线发光二极管已经开始占据了一部分市场，但是由于紫外线发光二极管同时又具有安全体积小长寿命等优势，随着发展及价格下降，有巨大市场潜力。目前我们主创人员能生产全球最好的固态紫外线光源。5.1 国内竞争企业目前在国内包括台湾还没有真正竞争对象，主要由于他们没有掌握此项技术，根据材料生长角度分析，生长深紫外线发光二极管结构，难度非常大，正是由于这个原因，目前即使在国际上也只有23 家成熟企业。但从LED 发展历史看来，台湾有可能成为潜在对手。5.2 国外竞争企业5.2.1 美国Sensor Electronic Te
21、chnology, Inc (SET)SET 成立于己于1999，于2003 年在世界上首次推出毫瓦功率的深紫外线LED。是目前世界上唯一能生产UVA，UVB，UVC LED 光源的公司。2006 年与韩国汉城半导体公司合作量产紫外线LED。 5.2.2 美国Fox GroupFox Group 只能够生产350-365 nm 的UVC UV LED。他们目前没有能力和技术生产深紫外线发光二极管（250，280，320 纳米）5.2.3 美国Sandia National Laboratories美国能源部的圣迪亚国家实验室在高强度地从事深紫外线LED 研发和空气/水净化研究。其结果可能会被转
22、化成民用产品。他们目前有能力和技术生产深紫外线发光二极管（250，280，320 纳米），但是还不能超过SET 的功率水平，5.2.4 日本NichiaNichia（日亚）是最早在氮化物蓝绿光LED 上求得突破的厂家。日亚原本从事磷化物荧光粉的生产。自从在蓝绿光LED 上取得成功后，高亮度LED 成为其主要产品。拥有最多的蓝绿光LED 技术和专利。今年开发出365 nm 紫外线LED。5.2.5 日本Nitride Semiconductors试产365-380 nm LED 。规模及产品质量都有待提高。5.2.6 国外潜在的竞争对手包括国际几个氮化物LED 巨头，如美国Cree, Lumil
23、eds, 德国Osram 和日本Nichia。目前他们还在可见光LED 上纷争。一旦他们大力介入，将成为我们潜在巨大的对手。前提是他们有办法取得深紫外线二极管生产技术突破。所以，从国内国际企业竞争分析，我们处在非常有力的时机来发展国内具有自主知识产权的深紫外线二极管，并取得国际领先地位。5.3 竞争策略和竞争力5.3.1 竞争策略*科技在固态紫外线光源上有世界一流的技术和科学家（技术团队简历见13 页）。目前来说在这一领域不存在技术上的真正竞争对手。主要的压力是如何开拓固态紫外线光源这一新市场的压力，来自于传统紫外线光源。但优异的性价比必将使固态紫外线光源渗透并占据传统紫外光源的市场，并将开辟
24、出崭新的应用场合。主要策略有：（1）开发固态紫外LED 在国家重点投资领域里的应用，参照美国日本模式，争取国家的资助。（2）与各个紫外线应用工业积极交流与合作，推动固态紫外线光源对传统紫外线光源的渗透与取代。（3）寻求国内高校研究单位的技术合作，巩固国内技术后备力量，为技术更新做好准备，迎接国际的挑战。（4）创业初期, 积极寻找中下游厂家合作, 来完成芯片工艺制作和器件封装,以期降低成本, 进一步提高产品的竞争力. 随着公司的发展和进一步的融资, 我们将逐步完善从外延片到器件封装所有环节, 以此达到获取最大的利润。(5)由于公司拥有所有从技术到产品的自主知识产权,产品可以直接打到国际市场, 以
25、优越的性能和价格优势, 毫无疑问地将会占一席之地. 由此还可以积极有效地带动国内市场。(6)为了保障足够的竞争优势,将不断的通过提高(深)紫外LED 在各个波段的功率的方式, 一方面开拓和吸引更大的市场, 另一方面可以保证处于同行业竞争者的前端。5.3.2 核心竞争力*拥有杰出的技术队伍和优势。公司的核心技术在于其先进的氮化物LED 外延生长技术和芯片制造技术。在氮化物半导体发光领域拥有近十年的丰富经验。概况为：（1）一人博士毕业于中国科学院的专业半导体研究所（研究氮化物生长）。毕业后在美国有8 年多的工作经历，开创了美国深紫外线LED 的研发。实现了了世界最高功率的深紫外线LED，获美国国防
26、部先进防御计划署颁发的杰出奖章。（2）一人博士毕业于美国TOP 5 的氮化物研究小组，有7 年的氮化物LED工艺经验，获日本应用物理学会奖章。（3）一人博士毕业于美国南卡罗莱那大学，长期（8 年以上）从事宽能带半导体的外延生长，在氮化物体材料生长上有着丰富的经验。（4）一人获伊利诺大学(香槟)电子材料博士学位, 是半导体材料，器件及工艺专家。从1994 年起就开始在宽能带半导体领域进行研究。博士毕业后在世界前5 名的LED 公司核心研发部门任高级科学家并领导了该公司的紫外项目。实现了世界上第一颗垂直注入结构的深紫外线LED，获美国国防部先进防御计划署颁发的杰出奖章。公司区别于其它国内氮化物LE
27、D 厂家的核心技术有：（1）公司发展了全新的缓冲层技术。它完全突破国际上通用的技术，实用于同质和大失配异质外延生长（待申请国际专利）。（2）公司拥有高速，优质的氮化物材料生产方法（已申请中国专利），将确保公司提供在价格和性能上都能优于对手的氮化物LED 产品。（3）公司有独一无二的高功率深紫外线LED 生长和制造工艺。（4）公司拥有设计专用MOCVD 和HVPE 外延系统的能力。为加速产业化,公司与青岛杰生电气有限公司将签订外延设备的研发和生产合同。初期的小规模设备可以实现36 片紫外LED 外延片生长。（5）深思熟虑的器件和封装平台。低端在保证领先对手的情况下尽量压低价格。高端产品面向大功率
28、和高利润的应用，采用优化垂直注入结构。保证新开发的外延能及时迅速地投放市场。*将积极加盟中国的半导体照明产业联盟，聘请专业的管理和营销队伍，以质量和效率取胜，拓宽自己的营销网络。6业务发展状况公司于2008 年3 月成功研制出了国内波长最短（280 nm），功率最高的深紫外LED。公司目前的280 nm LED 功率在20mA 下为0.5mW。这一功率已经可以为众多新型的生化仪器提供紫外光源。另外，公司的高铝组分AlGaN 外延片在国内紫外探测器行业中已有订单意向。7技术和管理团队8. 融资计划宽能带半导体是新一代微电子/光电子技术的物质基础。国内目前较大力度地（国家支持和民间投资）从事三族氮
29、化物可见光（蓝绿光，白光）发光二极管（LED）的开发。根据半导体行业的发展历史和进展，国内深紫外线LED 的研发也在所必行。为结合国内兴趣和公司的技术强项，准备的创业计划分二期：第一期侧重投资在外延片的生产上，第二期工程加大外延片生产的同时成立器件工艺线。8.1 一期创业的资金需求一期创业：以固态白光照明为契机，以深紫外线LED 产业为突破点，从事高功率紫外线LED 的生产，形成量产紫外线LED 的能力，占领全球市场。在公司的一期运转中，为降低投资压力，厂房和材料测试与器件工艺及测试都将采取租用的方式。一期创业的投资规模为3654 万元，具体见表8-1。值得注意的是，全固态深紫外线LED 创业
30、计划有益于带动整个复合半导体领域，也可从政府部门得到支持。8.2 一期创业的资金使用第一期侧重投资在外延片的生产上，主要费用分布在搭建特殊用的MOCVD设备别和生长源材料的使用上。明细表如表8-2。表8-2 资金使用计划明细表8.3 二期融资要求更完整的资金要求需要加上超净室厂房建设（5500 万人民币）、商用MOCVD 设备和器件工艺线的建设。器件工艺线建设需要融资约8500 万人民币。这样，完整（理想的）的一期融资应是2.65 亿人民币, 如表83 所示。表8-3 二期融资计划9 一期创业产业规模与财务分析一期生产规模可计算如下:第一年的晶片年产量受设备建造及调试的影响，预计只有3 个月的
31、生产时间（12 个星期），设成品率为20%，则两台MOCVD 生产深紫外线外延片：125220%=24 片。第二年生产时间为50 个星期，设成品率为40%， 则两台MOCVD 生产深紫外线外延片： 5052240%=400 片。设一个2”外延片上产15000 个管芯，工艺成品率为60%，则有9000个合格管芯/2”外延片。从目前国际上深紫外线LED 的价格看来（100-200 美元/LED），我们在表9-1 中的定价非常有竞争力（50-100 人民币/LED），产品如果畅销，前两年最好的经营收益如表9-1。表9-1 公司前2 年预期年销售额和利润(税前)表9-2 进行了完整投资情况下的投资平衡
32、点分析，到第三年，该项目累计销售可突破6 亿人民币，实现收支平衡，从第四年起，开始大规模盈利。表92：完整投资情况下的平衡点分析10. 风险分析10.1 风险全新的高效LED 紫外灭菌光源在市场开拓上将面临一定阻力。除了产品本身性能的说服力，对消费者的教育和政府介入将是必不可少的。公司的主要创业人员拥有国际先进的核心技术和研发管理经验，但是并不具有企业财务、人事和市场开拓等经验。10.2 项目抗风险分析有着III-族氮化物半导体领域里国际上最优秀的具有成功商业化产品开发经验的深紫外LED 研发团队，同时也拥有与中科院半导体所和上海蓝宝光电公司的密切合作框架。两个合作者一个是中国半导体的最高国家研究机构，一个是III-族氮化物可见光LED 的成功生产经营厂商。优秀的研发团队加上最佳的合作伙伴，让我们处于最有利的位置去成功开发生产深紫外大功率LED。从技术风险、产品定位、产品创新、市场需求和发展趋势等方面来看，公司在开发本项目产品时对未来市场风险有很强的把握和规避的能力。以上所述风险从性质上讲是可预测的，从公司的整体能力上看是可控制的。此外，项目的高科技含量、高附加值以及项目的显著盈利性能大大增强企业的抗风险能力。为降低在市场运作上的风险，为此我们将聘请国内具有成功管理经验的经理人，营销队伍及财务管理人员，弥补技术团队的不足，将风险控制到最低点。25