（報告出品方/作者：華泰證券，余熠、黃樂平、高名垚）

光芯片：光電子領域核心器件，國產(chǎn)替代正當時

光電子產(chǎn)業(yè)明珠，下游應用廣泛

光芯片是光電子領域核心元器件。光電子器件（國內(nèi)簡稱光芯片）是全球半導體行業(yè)的一 個重要細分賽道，隨著光電半導體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，光芯片作為產(chǎn)業(yè)鏈上游核心元器件， 目前已經(jīng)廣泛應用于通信、工業(yè)、消費等眾多領域。根據(jù) Gartner 分類，光電子器件包括 CCD、CIS、LED、光子探測器、光耦合器、激光芯片等品類。光芯片作為光電子產(chǎn)業(yè)核心 元器件，按照是否發(fā)生光電信號轉化，可分為有源光芯片、無源光芯片兩類，有源光芯片 可進一步細分為發(fā)射芯片與接收芯片；無源光芯片主要包括光開關芯片、光分束器芯片等。 本篇報告中我們重點討論激光芯片、光子探測芯片等有源光芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢、市場空 間以及國產(chǎn)化機遇。

全球光電子器件市場規(guī)模持續(xù)增長，2025 年市場規(guī)模有望突破 560 億美元。光芯片涵蓋工 業(yè)用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手機人臉識別用 VCSEL 等成熟應用，以及 車用激光雷達和硅光芯片等未來有望實現(xiàn)爆發(fā)性增長的新領域。我們認為在通信、工業(yè)等 領域的應用深化，以及在車載激光雷達等新興領域的拓展，光芯片市場規(guī)模有望持續(xù)增長。 根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，2021 年全球光芯片（含 CCD、CIS、LED、光子探測器、光耦合器、 激光芯片等）市場規(guī)模達 414 億美元，預計 2025 年市場規(guī)模有望達 561 億美元，對應期 間 CAGR=9%。

光芯片細分品類多，行業(yè)覆蓋領域廣。除上文中的按照有源/無源分類，光芯片還可以按照 材料體系及制造工藝的不同，分為 InP、GaAs、硅基和薄膜鈮酸鋰四類，其中 InP 襯底主 要包括直接調制 DFB/電吸收調制 EML 芯片、探測器 PIN/APD 芯片、放大器芯片、調制器 芯片等，GaAs 襯底包括高功率激光芯片、VCSEL 芯片等，硅基襯底包括 PLC、AWG、調 制器、光開關芯片等，LiNbO3 包括調制器芯片等。

光芯片目前已廣泛應用于通信、工業(yè)、消費、照明等領域，下游市場不斷拓展。例如在光 通信領域，光芯片是光模塊光發(fā)射組件、光接收組件的核心元器件，分別實現(xiàn)了電信號向 光信號、光信號向電信號的轉化，決定著光模塊的傳輸速率；工業(yè)領域中，光芯片同熱沉、 光束整形器件等組成了光纖激光器、固體激光器的泵浦源，為激光器內(nèi)的工作介質實現(xiàn)粒 子數(shù)反轉提供能源來源；消費領域中，光芯片已廣泛用于 3D 傳感（手機、汽車）等場景， 以車載激光雷達為例，光芯片是發(fā)射端、接收端核心元件，決定著激光雷達的探測距離、 分辨率等多個關鍵性能；照明領域方面，具體產(chǎn)品形態(tài)主要為 LED 等。

進口替代星辰大海，國產(chǎn)化漸次突破

光模塊、激光器、激光雷達等中下游環(huán)節(jié)國產(chǎn)化順利，帶動上游光芯片國產(chǎn)替代進程

光模塊、光纖激光器、激光雷達等產(chǎn)業(yè)鏈中下游環(huán)節(jié)國產(chǎn)化進展順利。目前我國光模塊、 光纖激光器、激光雷達等下游細分領域已具備較強競爭實力，推動相關領域國產(chǎn)化進展持 續(xù)邁進。 光模塊方面，根據(jù) Lightcounting 于 2022 年 5 月發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年全球前十大光模 塊廠商，中國廠商占據(jù)六席，分別為旭創(chuàng)（與 II-VI 并列第一）、華為海思（第三）、海信寬 帶（第五）、光迅科技（第六）、華工正源（第八）及新易盛（第九）；相比于 2010 年全球 前十大廠商主要為海外廠商，國內(nèi)僅 WTD（武漢電信器件有限公司，2012 年與光迅科技 合并）一家公司入圍，體現(xiàn)出十年以來國產(chǎn)光模塊廠商競爭實力及市場地位的快速提升；

光纖激光器方面，根據(jù)由中國科學院武漢文獻情報中心牽頭編寫的《2022 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā) 展報告》，國內(nèi)市場前三大光纖激光器廠商中，IPG 市場份額由 2018 年的 49.0%下降至 2021 年的 28.1%，而銳科激光、創(chuàng)鑫激光市場份額由 2018 年的 17.3%/8.9%分別上升至 2021 年的 27.3%/18.3%，此外杰普特、飛博激光、GW 光惠、大族光子、熱刺激光、凱普林等 國產(chǎn)品牌市場份額也進入前列，國產(chǎn)替代步伐持續(xù)邁進；

激光雷達方面，國內(nèi)完善的汽車上游零部件/光通信產(chǎn)業(yè)鏈為激光雷達產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展奠定基 礎。根據(jù) Yole 發(fā)布的《2021 年汽車與工業(yè)領域激光雷達應用報告》，截至 2021 年 9 月， 在全球公開的 29 個設計中標（design win）中，中國廠商共有 7 項激光雷達設計方案，其 中速騰聚創(chuàng)、覽沃科技、華為和禾賽科技分別為 3/2/1/1 項，合計占全球方案總數(shù)的 23%， 是全球激光雷達市場重要參與者。

光芯片部分細分市場已處于國產(chǎn)化加速滲透階段

在中下游的激光器及相關設備國產(chǎn)化進展持續(xù)推進背景下，光芯片作為上游核心元器件是 我國光電子領域國產(chǎn)化下一階段亟需突破的重點環(huán)節(jié)。從國產(chǎn)化進展來看，當前我國高功 率激光芯片、部分高速率激光芯片（10G、25G 等）等已處于國產(chǎn)化加速突破階段；而光 探測芯片、25G 以上高速率激光芯片仍處于進口替代早期階段，未來國產(chǎn)化提升空間廣闊。

制造工藝壁壘高，頭部廠商多采用 IDM 生產(chǎn)模式

光芯片工藝流程主要包括芯片設計、外延生長、晶圓制造等環(huán)節(jié)，頭部廠商多采用 IDM 生 產(chǎn)模式。相比于大規(guī)模集成電路已形成高度的產(chǎn)業(yè)鏈分工，光芯片行業(yè)尚未形成成熟的設計-代工-封測產(chǎn)業(yè)鏈。海外頭部光芯片廠商如 II-IV、Lumentum 等多采用 IDM（Integrated Device Manufacture，垂直整合制造）模式，主要系光電子器件遵循特色工藝，相比以線寬 為基準的邏輯工藝，特色工藝的競爭能力更加綜合，包括工藝、產(chǎn)品、服務、平臺等多個維度。光芯片技術門檻高、產(chǎn)品線難以標準化，廠商采用 IDM 模式可以擁有單獨生產(chǎn)光芯 片的能力，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)同優(yōu)化，滿足客戶多樣化需求。

IDM 廠商具有較強的橫向產(chǎn)品擴張能力。各類有源、無源芯片核心工藝均包括外延生長、 光刻、刻蝕、鍍膜等環(huán)節(jié)，根據(jù)長光華芯《4 月 28 日投資者關系活動記錄表》，三五族化合 物半導體的光電子芯片領域中約 70%的設備和工藝具備互通性，因此 IDM 模式下公司更容 易依托自身工藝平臺進行產(chǎn)品的橫向拓展。以長光華芯為例，公司依托在高功率半導體激 光芯片的研發(fā)、技術及產(chǎn)業(yè)化的“支點”優(yōu)勢，橫向擴展至 VCSEL 芯片及光通信芯片等 領域，提升公司綜合服務能力。

光芯片上游材料、設備：國產(chǎn)化替代全面推進，設備基本實現(xiàn)自主可控。光芯片產(chǎn)業(yè)鏈上 游為材料及生產(chǎn)設備。材料方面主要為三五族化合物半導體襯底，國內(nèi)科研機構、企業(yè)等 積極推進襯底國產(chǎn)化替代；設備方面主要包括 MOCVD 設備、光刻機、刻蝕機、濺射鍍膜 機等，與數(shù)字 IC 先進制程相比，光芯片并不依賴最先進半導體工藝制程的設備，目前已基 本可實現(xiàn)國產(chǎn)化自主可控。

他山之石——II-VI、Lumentum 啟示錄：精耕細作，橫向擴張

II-VI、Lumentum 等廠商市場布局全面，通信、工業(yè)、消費、國防等全面布局。根據(jù)我們 的梳理，II-VI、Lumentum 等海外領先的光芯片/光器件廠商布局的市場領域較為全面，其 中 Lumentum 公司 2021 財年營收為 17.4 億美元，同比增長 3.8%；業(yè)務結構方面，電信& 數(shù)通產(chǎn)品、工業(yè)&消費產(chǎn)品、激光器產(chǎn)品營收占比分別為 61%、32%、7%。II-VI 公司方面， 2021 財年營收為 31.1 億美元，同比增長 30.5%；業(yè)務結構方面，總體可分為光子解決方 案和化合物半導體兩大板塊，其中化合物半導體業(yè)務所切入的下游領域中，消費電子市場、 工業(yè)市場營收貢獻均約為 26%，其次分別為國防（19%）、通信（13%）、其他（包含醫(yī)療、 汽車電子等，約占17%）。可以看到海外光芯片/光器件廠商所切入的下游市場中，通信、 工業(yè)、消費、國防等領域均實現(xiàn)了較為全面的布局。

國內(nèi)光芯片廠商市場布局相對單一，未來發(fā)展有望對標海外廠商，橫向拓展空間廣。國內(nèi) 廠商方面，以長光華芯為例，除營收體量尚小的 VCSEL 業(yè)務以外，1H21 公司所布局的下 游市場包括：工業(yè)（營收占比 77%）、科研及國防（21%）、醫(yī)美（1%），可以看出公司目 前下游市場尚以工業(yè)/國防等高功率應用場景為主。我們認為未來國內(nèi)高功率激光芯片領先 廠商有望對標 II-VI、Lumentum 等海外廠商，業(yè)務布局橫向擴展至光通信、消費等領域， 一方面由于通信等下游市場需求廣闊（根據(jù) Laser Focus World，2020 年全球激光器下游 市場中，通信與光存儲市場占比 24.35%，為激光器應用第二大市場），光芯片廠商可通過 橫向拓展打開成長天花板；另一方面，光通信、VCSEL 等芯片制造工藝與高功率半導體激 光芯片工藝復用程度較高，廠商基于自身技術積累有望順利切入。

海外公司業(yè)績&股價復盤：II-VI

II-VI 公司成立于 1971 年，于 1987 年登陸納斯達克上市。II-VI 公司發(fā)展初期業(yè)務聚焦于碲 化鎘等 II-VI 族化學元素相關材料，用于二氧化碳激光器中的核心光學元器件等。步入 20 世紀 90 年代后，II-VI 開始嘗試通過外延并購的方式實現(xiàn)業(yè)務領域的擴張，早期具有里程碑 意義的收購包括 2000 年 II-VI 收購 Laser Power Optics 公司，強化了自身在紅外光學領域 的競爭地位；以及 2010 年收購高意（Photop），該收購開啟了 II-VI 公司進軍光通信市場的 帷幕。近年來 II-VI 公司的重要收購包括 2018 年收購全球光通信領域頭部公司 Finisar，以 及 2022 年收購全球激光器及激光設備領先企業(yè) Coherent 等。下文中我們重點對 2010 年 后（即收購高意后）II-VI 公司發(fā)展歷程進行復盤，分析各階段其業(yè)績變化背后的驅動因素 及股價表現(xiàn)。

2010 年 1 月~2011 年 5 月：期間股價最大漲幅達 131%，主要系期間公司業(yè)績?nèi)〉幂^快成 長的驅動。公司營收由 FY2010（截至 2010 年 6 月 30 日的前 12 個月）的 3.45 億美元增 長至 FY2011 的 5.03 億美元，同比增速為 46%，公司的多業(yè)務部門營收均實現(xiàn)較快增長； 凈利潤由 FY2010 的 0.39 億美元增長至 FY2011 的 0.83 億美元，同比增速為 114%，凈利 潤的增長一方面系公司營收規(guī)模的提升，另一方面系合并 Photop 提高了公司利潤率水平。

2011 年 5 月~2014 年 10 月：期間股價最大跌幅達 60%，主要系期間公司業(yè)績承壓。公司 營收由 FY2012的 5.03億美元增長至 FY2014的 6.83億美元，對應期間 CAGR為 13.05%， 增長主要系公司并購 Laser Enterprise、Network Solutions 等帶來的增長及光子學業(yè)務受益 于全球通信市場需求擴張等因素的拉動；凈利潤由 FY2012 的 0.60 億美元持續(xù)下滑至 FY2014 的 0.38 億美元，主要系光伏市場及中國冶金市場需求疲軟使硒、碲價格下跌，導 致公司毛利率下降，公司毛利率由 FY2011 年的 41.2%下降至 FY2014 的 33.2%；另一方 面并購帶來的交易費用也導致業(yè)績承壓。為了減緩硒、碲價格持續(xù)下跌對公司造成凈利潤 持續(xù)下滑的影響，公司于 FY2013 停止碲的產(chǎn)線以及對硒進行減產(chǎn)，并且通過收購 Laser Enterprise 和 Network Solutions 等公司，以進一步切入光通信賽道。

2014 年 10 月~2018 年 1 月：期間股價最大漲幅達 375%，主要系期間公司業(yè)績復蘇，且 在此階段公司增長動能實現(xiàn)向光通信業(yè)務的轉變。公司營收由 FY2015 的 7.42 億美元增長 至 FY2018 的 11.59 億美元，對應期間 CAGR 為 16.02%，其中 FY2015 營收的增長主要 系激光解決方案業(yè)務（工業(yè)市場）的增長的驅動，而自 FY2016 起激光解決方案業(yè)務出現(xiàn) 放緩，光子學業(yè)務快速成長受益于中國寬帶網(wǎng)絡建設、全球數(shù)據(jù)中心市場需求擴張等因素， II-VI 公司的增長動能實現(xiàn)由工業(yè)市場向光通信市場的切換；公司凈利潤由 FY2015 的 0.66 億美元增長至 FY2018 的 0.88 億美元，對應期間 CAGR 為 10.06%，凈利潤的增長一方面 系公司營收的提升，另一方面在并購業(yè)務產(chǎn)生的協(xié)調效應下產(chǎn)品組合利潤率提升等因素推 動下，公司毛利率由 FY2015 年的 36.6%提升至 FY2018 的 39.9%。

018 年 1 月~2020 年 3 月：期間股價最大跌幅達 49%，市場主要擔憂：1）公司通信領域 業(yè)務增長放緩；2）中美貿(mào)易摩擦背景下，公司在中國市場業(yè)務或受阻；3）公司 VCSEL 業(yè)務發(fā)展不及預期。期間公司營收由 FY2018 的 11.59 億美元增長至 FY2020 的 23.58 億 美元，對應期間 CAGR 為 42.65%，增長主要系收購 Finisar 帶來營收的增長。FY2018～ FY2020 凈利潤分別為 0.88/1.08/-0.67 億美元，F(xiàn)Y2020 年凈利潤為負主要系受收購 Finisar 產(chǎn)生的收購費用所影響，毛利率也因此降低，由 FY2018 年的 39.9%降低至 FY2020 的 34.4%。公司業(yè)績該階段進入調整期，期間通過收購 Finisar 以強化在光通信領域競爭實力。

2020 年 3 月~2021 年 2 月：期間股價最大漲幅達 344%，公司營收由 FY2020 的 23.58 億 美元增長至 FY2021 的 31.06 億美元，同比增速達 31.72%，增長主要系化合物半導體業(yè)務 中 3D 傳感業(yè)務快速增長以及光子解決方案業(yè)務受益于 Finiasr 并表等因素影響，公司在通 信、消費電子、生命科學等終端市場的收入大幅度增長，通信市場光通信產(chǎn)品收入增長 30%， 3D 傳感產(chǎn)品的強烈需求推動消費電子產(chǎn)品收入增長 119%，生命科學市場收入增長 65%； FY2021 凈利潤達 2.98 億美元，同比扭虧為盈，一方面系公司營收的提升，另一方面是上 年因收購 Finisar 增加了大量的收購費用而導致毛利率水平較低，該年度毛利率顯著回升， 公司毛利率由 FY2020 年的 34.4%回升至 39.2%。

2021 年 2 月至今：期間股價最大跌幅達 53%，主要系供應鏈影響拖累公司業(yè)績。根據(jù) FY3Q22 財報顯示，公司營收由 FY2021M9 的 22.98 億美元增長至 FY2022M9 的 24.30 億 美元，同比增速達 6%，增速較為平緩，增速平緩主要系受疫情及供應鏈影響，公司表示因 供應鏈短缺對 FY3Q22 營收的負面影響達 0.65 億美元，預計下一季度供應鏈帶來的負面影 響將提升至 1 億美元；FY2022M9 凈利潤實現(xiàn)小幅度下降主要系公司研發(fā)費用及合并所耗 費的交易費用的上升。

高功率激光芯片：國內(nèi)頭部廠商技術突破，國產(chǎn)替代加速

高功率半導體激光芯片作為光纖/固體激光器泵浦源的核心能量來源，是決定激光器性能及 成本的核心元器件。展望行業(yè)未來發(fā)展趨勢，我們判斷： 1） 隨著激光器行業(yè)降本的持續(xù)推進，以及激光焊接、清洗、熔覆等新興需求的涌現(xiàn)，我們 認為激光器行業(yè)滲透率提升空間依舊廣闊，有望帶動上游半導體激光芯片市場規(guī)模持續(xù) 增長。我們測算國內(nèi)激光芯片（除光通信）市場規(guī)模有望由 2021 年的 9 億元增長至 2023 年的 17 億元，對應 2021～2023 年 CAGR 為 33.3%； 2） 在下游激光器廠商降本訴求推動下，激光芯片向更高功率快速迭代，或帶動行業(yè)門檻持 續(xù)提升，頭部廠商盈利能力預計維持高位； 3） 在光纖激光器行業(yè)國產(chǎn)替代持續(xù)推進，以及供應鏈安全訴求背景下，預計將進一步拉動 國產(chǎn)激光芯片需求。

隨著長光華芯等高功率激光芯片領域頭部國產(chǎn)廠商技術的持續(xù)突破，技術實力已達到全球 領先水平；客戶方面，長光華芯等公司已切入銳科激光、創(chuàng)鑫激光等頭部光纖激光器廠商， 推動對 Osram、II-VI、Lumentum 等海外廠商進口替代的步伐。未來隨著國產(chǎn)更高功率產(chǎn) 品的導入以及新建產(chǎn)能的落地，有望加速國產(chǎn)份額提升，我們預計國產(chǎn)廠商份額有望由 2020 年的 21%提升至 2025 年的 80%。

高功率半導體激光芯片是決定激光器性能的核心元件

高功率半導體激光芯片：激光器泵浦源核心上游。高功率半導體激光器芯片可用于制造光 纖激光器和固體激光器泵浦源，其工作原理是通過對激光工作物質的激勵和抽運激活粒子 到高能級，從而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉。半導體激光泵浦源主要由 COS 芯片（激光芯片、熱沉等）、 殼體及其他材料組成，根據(jù)《激光制造商情》（2020 年 08 月刊 130 期），泵浦源成本可占 光纖激光器總成本比例的 50%以上。

技術發(fā)展：持續(xù)向更高功率快速迭代，行業(yè)門檻抬升

光纖激光器廠商降本訴求推動下，高功率半導體激光芯片輸出功率持續(xù)提升。伴隨光纖激 光器的國產(chǎn)替代加速與激烈市場競爭，激光器價格呈逐年下降趨勢。根據(jù)《2020 中國激光 產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，以 6kw 激光器為例，2017 年國產(chǎn)及進口的平均價格分別為 75~120、 120~180 萬元，而 2019 年國產(chǎn)及進口的平均價格分別下降至 30~40、55~65 萬元。通過 提高單管芯片功率，可以顯著減少芯片及配套器件的使用，降低泵源用的光學材料成本和 結構成本。根據(jù)創(chuàng)鑫激光招股書，2017 年創(chuàng)鑫突破 12W 單管芯片泵源，使聲光調 Q 脈沖 光纖激光器自制泵源單位成本同比下降 42.43%，2018 年公司研發(fā) 18W 芯片泵源，進一步 使泵源單位成本同比下降 12.50%。

激光芯片廠商通過持續(xù)提升產(chǎn)品輸出功率鞏固競爭實力。以國產(chǎn)高功率半導體激光芯片廠商長光華芯產(chǎn)品發(fā)展歷程來看，長光華芯成立于 2012 年，成立之初研發(fā)出 13W 以上高亮 度單管芯片；2019 年推出 15W 單管芯片，2020 年推出 18W、25W 單管芯片，2021 年實 現(xiàn) 30W 單管芯片量產(chǎn)，產(chǎn)品向更高功率段持續(xù)快速迭代。

市場空間：2023 年國內(nèi)激光芯片（除光通信）市場規(guī)模有望達 17 億元

我們測算至 2023 年，國內(nèi)激光芯片（除光通信）市場規(guī)模有望由 2021 年的 8.9 億元增長 至 17.3 億元，對應期間 CAGR 為 33.3%。我們基于如下假設：

1) 根據(jù)《2021 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，2020 年國內(nèi)光纖激光器出貨量（工業(yè)用）為 56000 臺， 其中 1-3kW 、 3-6kW 、6-10kW 及 10kW 以上 功率激光器出 貨量分別 為 38000/14000/2400/1600 臺。我們認為 1-3kW 光纖激光器有望受手持激光焊接市場需 求推動而實現(xiàn)快速增長，6kW 以上光纖激光器市場規(guī)模主要隨高功率市場激光器需求 持續(xù)增長，假設 2021～2023 年 1-3kW 同比增速分別為 90%/70%/60%，3-6kW 同比 增速分別為 95%/70%/60%，6-10kW 同比增速分別為 100%/95%/85%，10kW 以上同 比增速分別為 120%/105%/100%，則我們預計 2021～2023 年國內(nèi)光纖激光器出貨功 率同比增速分別為 96%/77%/69%。

2) 根據(jù)長光華芯招股書，截至 2021 年底公司單管芯片電光轉換效率達 60%~65%，產(chǎn)品 技術水平與國外先進水平同步，我們保守估計 2021～2023 年國內(nèi)光纖激光器電光轉 換效率保持 60%不變。根據(jù)創(chuàng)鑫激光招股書，公司合束器產(chǎn)品耦合輸出總體合束效率 超過 98%，耦合效率達國內(nèi)先進水平，我們假設激光芯片耦合輸出效率 2021～2023 年保持穩(wěn)定，維持在 98%；

3) 激光芯片單瓦價格方面，根據(jù)長光華芯招股書，公司 2020 年及 1H21 單管芯片單價分 別為 18.95/14.1 元，單管芯片平均功率分別為 15W/18W，即 2020/2021 年單瓦價格 分別為 1.26/0.78 元（2021 年以 1H21 價格為代表），對應的 2021 年同比降幅為 38%。 未來來看，我們認為中游激光器廠商基于降本角度的考慮，以及在高功率半導體激光芯 片規(guī)?；慨a(chǎn)、技術突破下單瓦價格預計保持下降趨勢；降幅方面，我們認為經(jīng)歷近 年國內(nèi)激光芯片價格的快速下行，以及隨著激光芯片向更高功率發(fā)展背景下，行業(yè)出 貨結構或向更高價值量產(chǎn)品傾斜，我們預計 2022～2023 年激光芯片單瓦價格降幅或 較 2021 年趨緩，假設分別同比下降 20%/15%；

4) 根據(jù) Laser Focus World 數(shù)據(jù)，2020 年工業(yè)用激光器占比、非工業(yè)用激光器占比（除 光通信）分別為 39%、36%。工業(yè)用激光器方面，我們認為行業(yè)市場規(guī)模有望在激光 焊接、激光清洗等新興應用快速發(fā)展下保持穩(wěn)健增長，預計 2021～2023 年國內(nèi)工業(yè) 用激光器占比分別為 40%/41%/42%。非工業(yè)用激光器方面，我們假設 2021～2023 年占比保持穩(wěn)定，分別為 37%/36%/35%；

基于以上假設，我們測算 2021～2023 年國內(nèi)激光芯片（除光通信）市場規(guī)模分別為 8.9/12.3/17.3 億元，對應期間 CAGR 為 33.3%。

競爭格局：海外起步早，國產(chǎn)廠商逐漸趕超，長光華芯系國內(nèi)廠商份額第一

2020年國產(chǎn)高功率激光芯片份額占比超20%。高功率半導體激光芯片方面，美國和歐洲起步較早，技術上具備領先優(yōu)勢，傳統(tǒng)國際巨頭包括 II-VI、Lumentum、ams Osram、IPG 等（其中 IPG 主要為自用）；國內(nèi)半導體激光芯片行業(yè)隨著技術的不斷突破，處于快速發(fā)展期，主要廠商包括長光華芯、武漢銳晶、度亙激光、華光光電、深圳瑞波等。根據(jù)長光華芯招股書測算，2020年長光華芯、武漢銳晶占國內(nèi)高功率半導體激光芯片市場份額分別達 13.4%/7.4%，國產(chǎn)率近 21%。我們認為未來在長光華芯、武漢銳晶等公司持續(xù)開拓下，半 導體激光芯片國產(chǎn)化進程有望持續(xù)邁進。

高速率激光芯片：低端市場國產(chǎn)化成熟；中高端市場漸次突破

高速率激光芯片作為光模塊發(fā)射端核心元器件，很大程度上決定了光模塊的傳輸速率。展 望高速率激光芯片行業(yè)未來，我們判斷：

1） 行業(yè)出貨結構向 25G 及以上速率芯片進一步傾斜。在數(shù)通以及電信市場需求的拉動下， 我們測算全球高速率激光芯片市場規(guī)模將由 2021 年的 11 億美元提升至 2025 年的 19 億美元，對應期間 CAGR 為 14%；其中 25G 及以上速率芯片市場規(guī)模預計由 2021 年 的 8 億美元提升至 2025 年的 17 億美元，對應期間 CAGR 為 20%，出貨金額的占比有 望由 2021 年的 73%提升至 2025 年的 90%，有望實現(xiàn)超越行業(yè)的增長，我們認為驅動 因素主要系全球移動通信、數(shù)據(jù)中心等領域通信系統(tǒng)向更快傳輸速率升級背景下，更高 速率的激光芯片需求有望快速釋放。

2） 2.5G、10G 芯片部分市場已實現(xiàn)進口替代，未來國產(chǎn)廠商有望突破 25G 核心市場。2.5G 及以下光芯片方面，我國已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化；在 10G 芯片方面，源杰科技等國產(chǎn)廠商 已在部分細分市場取得領先的份額，但部分較高技術門檻市場仍依賴進口。25G 及以 上市場為我國國產(chǎn)化薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù) ICC 統(tǒng)計，25G 光芯片的國產(chǎn)化率約20%，但 25G 以上光芯片的國產(chǎn)化率仍較低約 5%。我國廠商在應用于 5G 基站前傳光模塊的 25G DFB 激光器芯片有所突破，數(shù)據(jù)中心市場光模塊企業(yè)開始逐步使用國產(chǎn)廠商的 25G DFB 激光器芯片。

高速率激光芯片：光通信系統(tǒng)核心上游元器件

高速率激光芯片：光通信系統(tǒng)發(fā)射端核心上游元器件，為系統(tǒng)帶寬的決定因素之一。根據(jù) 源杰科技招股書，光通信系統(tǒng)中的光芯片包括激光器芯片與探測器芯片，在光通信的產(chǎn)業(yè) 鏈中，光芯片可以進一步組裝加工成光電子器件，再集成到光通信設備的收發(fā)模塊實現(xiàn)廣 泛應用。光通信系統(tǒng)傳輸信號過程中，發(fā)射端通過激光器芯片進行電光轉換，將電信號轉 換為光信號，經(jīng)過光纖傳輸至接收端，接收端通過探測器芯片進行光電轉換，將光信號轉 換為電信號。本章中我們重點討論發(fā)射端中的高速率激光芯片，作為實現(xiàn)電信號轉換為光 信號的核心上游元件，高速率激光芯片是決定信息傳輸速度和網(wǎng)絡可靠性的關鍵元件之一。

行業(yè)未來有望向更高調制速率發(fā)展。調制速率是衡量高速率激光芯片性能的核心指標之一， 其指的是信號被調制以后在單位時間內(nèi)的變化，即單位時間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)，它是 對符號傳輸速率的一種度量。光芯片的調制速率較大程度上決定了光模塊向高速率演進的 速度。按照調制速率的不同，高速率激光芯片可分為 2.5G、10G、25G 及以上各速率光芯 片，光芯片調制速率越高，對應的光模塊單位時間傳輸信號量越大。隨著更高速率光模塊 的持續(xù)發(fā)展，預計將帶動更高速率激光芯片需求的釋放。

定量測算：2025 年全球高速率激光芯片市場規(guī)模有望突破 19.37 億美元

我們基于源杰科技于 2022 年 5 月 7 日發(fā)布的第一輪審核問詢函回復中的測算，得到 2021 年全球高速率激光芯片市場規(guī)模為 11.38 億美元，預計至 2025 年將增長至 19.37 億美元， 對應 2022~2025 年 CAGR 為 14.22%。具體假設如下：

根據(jù) LightCounting 數(shù)據(jù)： 5) 2021 年全球 2.5G 及以下光模塊市場規(guī)模約 5.58 億美元，其中數(shù)據(jù)中心市場/接入網(wǎng) 市場（包含光纖接入和 4G/5G 移動通信網(wǎng)絡）分別約 1.24 /4.34 億美元；10G 光模塊 市場規(guī)模約 14.40 億美元，其中數(shù)據(jù)中心市場/接入網(wǎng)市場分別約 6.00/8.41 億美元； 25G 及以上速率光模塊市場規(guī)模約 67.22 億美元，其中數(shù)據(jù)中心市場/接入網(wǎng)市場分別 約 41.71/25.51 億美元。 6) 預測至 2025 年，全球 2.5G 及以下光模塊市場規(guī)模約 0.46 億美元，其中數(shù)據(jù)中心市 場/接入網(wǎng)市場分別約 0.41/0.05 億美元；10G 光模塊市場規(guī)模約 11.90 億美元，其中 數(shù)據(jù)中心市場/接入網(wǎng)市場分別約 2.66/9.24 億美元；25G 及以上速率光模塊市場規(guī)模 約 140.11 億美元，其中數(shù)據(jù)中心市場/接入網(wǎng)市場分別約 86.03/54.08 億美元。

根據(jù)源杰科技回復意見中的數(shù)據(jù)： 7) 2.5G 光芯片、10G 光芯片、25G及以上光芯片對應的光模塊毛利率分別為 25%、25% 和 30%； 8) 直接材料占光模塊成本比例為 80%； 9) 光芯片（含發(fā)射芯片+探測芯片）及組件占數(shù)據(jù)中心光模塊材料比例為 50%，光芯片 （含發(fā)射芯片+探測芯片）及組件占接入網(wǎng)光模塊材料比例為 85%； 10) 光芯片（含發(fā)射芯片+探測芯片）占光芯片及組件材料比例為 70%。

競爭格局：部分 2.5G/10G 市場已實現(xiàn)國產(chǎn)化，25G 市場進口替代空間廣闊

部分 2.5G/10G 市場已實現(xiàn)國產(chǎn)化，25G 市場進口替代空間廣闊。海外光通信企業(yè)憑借先 發(fā)優(yōu)勢積累核心技術及生產(chǎn)經(jīng)驗，逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)閉環(huán)建立起較高的行業(yè)壁壘。國內(nèi)方面， 近年來伴隨相關產(chǎn)業(yè)政策的扶持以及企業(yè)加大創(chuàng)新投入，逐漸涌現(xiàn)出源杰科技、云嶺光電、 武漢敏芯等一批優(yōu)秀光芯片國產(chǎn)企業(yè)。當前 2.5G/10G 激光芯片已實現(xiàn)國產(chǎn)化突破，25G 及以上高速率光芯片國產(chǎn)化率仍多依賴進口，未來伴隨國產(chǎn)廠商技術的進一步提升，對高 速率光芯片的進口替代有望持續(xù)推進。 2.5G 及以下產(chǎn)品已實現(xiàn)國產(chǎn)化。2.5G 及以下速率光芯片方面，我國光芯片企業(yè)已基本掌握 核心技術，2.5G 光芯片市場已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。根據(jù) ICC 統(tǒng)計，2021 年全球 2.5G 及以下 DFB/FP 激光器芯片市場中，國產(chǎn)廠商占比較高，其中，占比超過 10%的較為領先的廠商 包括武漢敏芯（份額為 17%）、中科光芯（份額為 17%）、光隆科技（份額為 13%）、光安 倫（份額為 11%）。

25G 及以上速率產(chǎn)品進口替代空間廣闊。25G 及以上光芯片包括 25G、50G、100G 激光 器及探測器芯片。隨著 5G 建設推進，我國光芯片廠商在應用于 5G 基站前傳光模塊的 25G DFB 激光器芯片有所突破，數(shù)據(jù)中心市場光模塊企業(yè)開始逐步使用國產(chǎn)廠商的 25G DFB 激光器芯片，根據(jù) ICC 統(tǒng)計，25G 光芯片的國產(chǎn)化率約 20%，但 25G 以上光芯片的國產(chǎn) 化率僅為 5%。

光探測芯片：光通信較成熟，SPAD/SiPM 國產(chǎn)化有望從 1 到 N

車載激光雷達有望為光探測芯片行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。目前光探測芯片已廣泛應用于手 機、光通信、智能家電（掃地機器人等）等場景，隨著車載激光雷達產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我 們認為光探測芯片作為激光雷達接收端核心元器件，有望迎來新的發(fā)展機遇。從技術方案 來看，SPAD/SiPM 相比 APD 具有更強的探測靈敏度（倍增能力），同時 SiPM 為陣列形式 更易于與陣列光源相匹配，且更易集成 CMOS 工藝降低成本，故 SPAD/SiPM 有望是激光 雷達接收端芯片的未來之選。襯底材料方面，出于成本優(yōu)勢及技術成熟度考量，硅基材料 在目前及未來一段時間內(nèi)引領市場。

光探測芯片：探測器核心元件，實現(xiàn)光信號轉換為電信號

光電探測器主要實現(xiàn)光信號向電信號轉換，光探測芯片是其中核心。光電探測器能夠檢測 光信號并完成光信號向電信號的轉換，具體而言，光通信系統(tǒng)傳輸信號時，發(fā)射端通過激 光器芯片進行電光轉換，經(jīng)過光纖傳輸至接收端，接收端通過探測器芯片進行光電轉換， 將光信號轉換為電信號。光探測芯片是光電探測器內(nèi)部的核心元器件，因器件結構的不同， 使得由其構成的探測器在應用領域上有所區(qū)別。 光電探測器廣泛應用于軍用與民用領域，我們重點關注光通信和激光雷達應用。光電探測 器在軍用以及民用領域均有廣泛用途，可以應用在光通信、自動駕駛（激光雷達）、消費電 子、醫(yī)療器械、物聯(lián)網(wǎng)、檢驗檢測、安防等領域。本篇報告中我們主要討論其在光通信和 車載激光雷達等民用領域中的應用。根據(jù) 2022 年維科網(wǎng)及前瞻產(chǎn)業(yè)研究數(shù)據(jù)，光器件在光 模塊中成本占比 73%，而在光器件中，光接收次模塊 ROSA（以探測芯片為主）成本占比 32%。根據(jù) 2022 年 Icbank 半導體行業(yè)觀察數(shù)據(jù)，光探測芯片在激光雷達的成本中占 20%~30%。

技術發(fā)展：APD 向 SPAD 發(fā)展；材料以硅基為主

以器件結構方案分類：APD 主導現(xiàn)行應用，激光雷達未來趨于 SPAD

光探測芯片可分為 PIN、APD、SPAD、SiPM 四類。依據(jù)器件結構方案可以將光探測芯片 分為 PIN-PD 光電二極管、APD 雪崩二極管、SPAD 單光子雪崩二極管以及 SiPM（或稱 MPPC，濱松根據(jù)其原理命名）硅光電倍增管等。PIN、APD 工作在線性模式下，偏置電壓 低于雪崩電壓，對入射光電子起到線性放大作用，增益能力較低；SPAD、SiPM（SPAD 的一種陣列衍生）工作在蓋革模式下，該模式偏置電壓高于雪崩電壓，增益能力高，單個 光子吸收即可使探測器輸出電流達到飽和。

1）光通信領域：APD 較 PIN 應用更廣泛，SPAD 不適用 。主流方案是 APD 與 PIN，APD 使用更廣泛。PIN 方案只能實現(xiàn)光電轉換功能，沒有倍增能 力，輸出光電流較弱，因此對環(huán)境要求高，僅適用于低靈敏度、中短距離的場景。APD 除 了可以實現(xiàn)光電轉換功能外，還具有一定的倍增能力，以及更高的靈敏度、更好的環(huán)境適 配性等，作為代價 APD 在成本上比 PIN 更高。對于多數(shù)場景來說是比 PIN 更可靠的方案， 因為廣泛應用于光通信領域。

2）激光雷達領域：APD 是現(xiàn)行成熟方案，SPAD/SiPM 是未來發(fā)展趨勢 。APD 目前應用最廣泛，而 SPAD 和 SiPM 是未來之選。對于激光雷達領域，APD 也是目前 應用最廣泛的探測芯片方案，因其具備 10-100 倍的增益能力，能在低光強環(huán)境下完成有效 探測。激光雷達未來會更傾向于 SPAD/SiPM（SiPM 本質上是 SPAD 的陣列形式），原因是： SPAD/SiPM 相對 APD 具備兩大優(yōu)勢：1）SPAD/SiPM 是工作在蓋革模式下的雪崩二極管， 理論上的增益能力是 APD 的 100 萬倍以上，可在更低的光強環(huán)境下完成探測任務；2）SiPM 是多個 SPAD 的陣列形式，與未來的陣列式光源契合，并可獲得更高的可探測范圍，也更 易集成 CMOS 工藝。國外知名激光雷達廠商 Ouster、ibeo、Opsys 等均已在布局 VCSEL+SPAD 方案的激光雷達，預計將于未來三年內(nèi)陸續(xù)推出。

市場空間：光探測芯片全球市場規(guī)模 45.6 億美元，海外龍頭雄踞市場

全球光探測芯片市場規(guī)模 45.6 億美元，APD 市場 CR3 為 45%。根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)及預測， 2021 年全球光探測芯片市場規(guī)模為 45.6 億美元，基于光電探測器在光通信、視頻成像、激 光雷達、醫(yī)學探測領域的廣泛應用前景，預計 2022E-2025E全球光探測芯片市場保持 10.0% 的年均復合增速，至 2025 年市場規(guī)模達 66.7 億美元。APD 作為目前主流技術方案，根據(jù) QYResearch 數(shù)據(jù)，2020 年，F(xiàn)irst-sensor、濱松和 Kyosemi 為市場份額前三名，CR3 達 到 45%，市場較為集中，但新晉企業(yè)也能占據(jù)一定的份額。

全球 SiPM 市場集中度較高。根據(jù) QYResearch 數(shù)據(jù)，全球 SiPM 市場主要集中于頭部企業(yè)，2020年以安森美、濱松、博通為首的頭部廠商合計市占率達到 83%，SiPM 產(chǎn)品技術 難度大，進入門檻高，且業(yè)內(nèi)收購事件頻繁，新進入者較難立足。

光探測芯片產(chǎn)業(yè)鏈：海外巨頭產(chǎn)品成熟，國產(chǎn)替代需持續(xù)磨劍

光探測芯片整體國產(chǎn)化率低系生產(chǎn)體系的不完整、不穩(wěn)定。國內(nèi)廠商在光探測芯片領域的 市占率較低，根本在于沒有完整、穩(wěn)定的生產(chǎn)加工體系。根據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會發(fā)布 的《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展路線圖（2018-2022 年）》以及電子工程世界研究，我國 SPAD 等光芯片發(fā)展高度依賴生產(chǎn)工藝及封裝測試。比如目前在 SPAD 領域做的較好的安 森美擁有大批量封裝測試經(jīng)驗（并外延收購 SPAD 廠商）、CIS/CCD 玩家佳能、索尼（擁 有完善的生產(chǎn)體系）。然而，我國廠商生產(chǎn)工藝較不成熟，且缺少本土優(yōu)質代工平臺，因而 在芯片流片加工上嚴重依賴如美國、新加坡、德國等國家的代工廠，加之熟悉相關工藝的 技術人員稀缺，造成關鍵技術發(fā)展緩慢、芯片研發(fā)周期較長、效率較低等，因而與海外技 術存在差距。

海外公司產(chǎn)品成熟、布局全面，已在下游廣泛應用

海外巨頭產(chǎn)品成熟布局全面，已在下游廣泛應用。海外方面，濱松、First Sensor、博通等 廠家布局全面，實現(xiàn)從 PD、APD 到 SPAD/SiPM 的光探測芯片產(chǎn)品全覆蓋，濱松已在積極 轉移戰(zhàn)略重心，自 APD 向 SPAD/SiPM 的轉化。此外安森美、Lumentum、II-VI、Kyosemi、 索尼、佳能、Excelitas 等企業(yè)也在各自涉獵領域實力出眾，引領行業(yè)發(fā)展。

國內(nèi)公司規(guī)劃分明，APD 廠商相對成熟，創(chuàng)新性企業(yè)重點布局 SPAD/SiPM

國產(chǎn)替代方興未艾，創(chuàng)企重點布局 SPAD/SiPM。國內(nèi)目前參與廠商較散，產(chǎn)品體系豐富度、 成熟度低，廠商對于探測芯片方案的選擇較為分明，以光迅科技、光森電子、三安光電為 首的公司選擇傳統(tǒng)成熟的PIN-PD、APD 領域，產(chǎn)品較多運用于光通信產(chǎn)業(yè)鏈中；以芯視 界、靈明光子、阜時科技為首的一眾創(chuàng)企較多選擇布局未來方向的 SPAD/SiPM，國產(chǎn) SPAD/SiPM 探測器正陸續(xù)應用于消費電子、激光雷達、AR/VR、醫(yī)療等領域。

VCSEL：3D 傳感、激光雷達等市場需求有望推動行業(yè)高增長

VCSEL 基于量產(chǎn)成本低、波長穩(wěn)定等優(yōu)勢，隨著 VCSEL 功率密度等性能持續(xù)提升，有望 成為半固態(tài)/固態(tài)激光雷達發(fā)射端核心元器件。展望 VCSEL 芯片行業(yè)未來發(fā)展趨勢，我們 判斷：1）需求端有望伴隨全球車載激光雷達出貨量快速提升而釋放。我們測算國內(nèi)激光雷 達用 VCSEL 芯片市場規(guī)模有望由 2022 年的 0.26 億元增長至 2025 年的 10.14 億元，對應 2023~2025年CAGR為238.3%；2）目前海外龍頭 Lumentum、II-IV 占據(jù)市場主要份額（2020 年合計占比 80%），而長光華芯等頭部國內(nèi)廠商有望在技術不斷成熟、客戶認證推進等背景 下加速進口替代步伐。

VCSEL 光源優(yōu)勢突出，受激光雷達應用推動市場規(guī)?？焖僭鲩L

車載激光雷達有望催生 VCSEL 行業(yè)新機遇。相較 LED 和 EEL 等其他光源，VCSEL 激光 器具有許多優(yōu)勢，例如量產(chǎn)成本低（晶圓級工藝）、波長穩(wěn)定性高（溫漂?。?、易于二維集 成、低閾值電流、可高頻調制、沒有腔面閾值損傷等。根據(jù) Yole《VCSEL 市場及技術趨勢 報告》，自 2017 年蘋果在 iPhoneX 中引入 3D 傳感功能后，VCSEL 在消費電子領域快速發(fā) 展，主要應用領域逐漸由 850nm 器件的高速數(shù)據(jù)通信應用轉向 940nm 器件的 3D 傳感應用。 近年來伴隨汽車“智能化“進程推進，車載激光雷達市場呈快速增長，VCSEL 有望迎來第 二個大規(guī)模應用機遇。 2021 年禾賽科技發(fā)布首個 VCSEL 車規(guī)級長距半固態(tài)激光雷達。近年來伴隨技術的發(fā)展， VCSEL光源的功率密度和亮度實現(xiàn)了大幅提高，為其在車載激光雷達領域的應用提供可能， 2021 年禾賽科技和 Lumentum 合作發(fā)布業(yè)界首個基于 VCSEL 打造的車規(guī)級長距半固態(tài)激 光雷達 AT128，其中每臺 AT128 包含 128 個 VCSEL 陣列，在 10%反射率情況下探測距離 可達 200 米。我們認為未來在低成本、高效率等優(yōu)勢推動下，VCSEL 有望激光雷達領域獲 得更大的應用市場。

市場空間：2025 年國內(nèi)激光雷達用 VCSEL 芯片市場有望達 10.14 億元

根據(jù)我們于 2022 年 7 月 14 日發(fā)布的《長光華芯：光耀中國芯，激光芯片國產(chǎn)化領軍者》中 的測算，2022 年國內(nèi)激光雷達用 VCSEL 芯片市場規(guī)模有望達 0.26 億元，預計至 2025 年達 到 10.14 億元，對應 2023~2025 年 CAGR 為 238.3%。

技術發(fā)展：多結實現(xiàn)功率密度提升

多結 VCSEL 技術發(fā)展推動 VCSEL 在車載激光雷達領域的應用。車載激光雷達應用要求 VCSEL 需具有較高的功率密度以實現(xiàn)長距離探測，目前常用的提升功率密度的辦法為多結 VCSEL 技術。多結 VCSEL 技術在結構上通過周期性垂直地將幾個 PN 結疊在一起，實現(xiàn)了 更高的光學效率、更高的功率密度和更高的斜率效率，有效降低器件的熱負荷和封裝尺寸。 2022年4月VCSEL巨頭Lumentum發(fā)布五結/六結VCSEL，最高功率密度超過1400W/mm2， 國內(nèi)方面縱慧芯光、長光華芯等公司均已實現(xiàn)五結 VCSEL 產(chǎn)品突破。

從各公司公開資料來看，EEL 方面，歐司朗產(chǎn)品最高功率密度接近 60000W/mm2；VCSEL 芯片方面，海外廠商 Lumentum 2022 年 4 月發(fā)布 M51-100 產(chǎn)品最高功率密度超過 1400W/mm2，國內(nèi)廠商長光華芯的《投資者關系活動記錄表（5 月）》顯示公司 VCSEL 功率 密度已達 1200W/mm2。伴隨 VCSEL 供應商不斷改進多結 VCSEL 技術，VCSEL 亮度有望 繼續(xù)縮小與 EEL 的差距，依靠其低成本優(yōu)勢獲取廣泛市場。

競爭格局：Lumentum、II-IV 主導市場，國內(nèi)廠商漸突圍

國內(nèi)廠商研發(fā)與制造水平與國際領先水平尚有一定差距，國產(chǎn)化替代進程有望持續(xù)推進。目 前，海外龍頭 Lumentum、II-IV 憑借技術優(yōu)勢主導芯片市場，根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，Lumentum、 II-IV 兩家公司 2019、2020 年市場份額合計占比分別為 67.7%和 79.6%。在生產(chǎn)模式上， Lumentum 將外延環(huán)節(jié)外包，II-VI 自產(chǎn)外延片。國內(nèi)傳感應用類 VCSEL 企業(yè)主要包括長光 華芯、縱慧芯光、睿熙科技、博升光電、檸檬光子、瑞識科技等，多為創(chuàng)業(yè)型企業(yè)，其中長 光華芯等頭部廠商采用 IDM 模式，打造核心競爭力。

VCSEL 產(chǎn)業(yè)鏈梳理

VCSEL 產(chǎn)業(yè)鏈主要由結構設計、外延生長、晶圓制造、封裝測試四個環(huán)節(jié)組成，產(chǎn)業(yè)鏈高度 細分、專業(yè)化程度高、擁有較高的技術門檻。相較邊發(fā)射激光器在光刻、鍍膜等環(huán)節(jié)的核心 工藝門檻，VCSEL 的多層外延結構對外延環(huán)節(jié)的技術要求很高。目前海外廠商在產(chǎn)業(yè)鏈各 環(huán)節(jié)占據(jù)主導地位，國內(nèi)廠商不斷跟進。

硅光芯片：光子集成大勢所趨，海外巨頭領先布局

硅光芯片具有高集成度、低成本、高速光運輸?shù)奶攸c，在光子集成化背景下發(fā)展前景廣闊。 硅光芯片下游應用場景豐富，主要可以分為三大應用領域：連接（用于數(shù)據(jù)中心和電信領 域的光通信連接）、傳感（用于環(huán)境測量或識別，如激光雷達）和計算（用于新一代計算的 量子光學），目前硅光芯片多用于光通信領域，未來有望在 FMCW 激光雷達、光子計算等 領域進一步延拓。硅光產(chǎn)業(yè)鏈方面，目前海外廠商占主導地位，國內(nèi)廠商仍處于持續(xù)跟進 的階段，我國在硅光器件研究方面與國際先進國家同時起步，研究水平也相當，但在硅光 芯片產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈方面，國內(nèi)廠商與海外頭部廠商仍有較大差距。

光子芯片：以光波為載體，具備高速度、高并行性、高帶寬、低損耗特點

光子集成大勢所趨，硅光芯片發(fā)展前景廣闊。光子芯片根據(jù)基材的不同，大致可分為兩類： 一種是在以 InP 為代表的“有源材料”上集成制作元件的光芯片；另一種則是在以硅為代表的“無源材料”上制作的，即硅光芯片。硅光是以硅光子學為基礎的低成本、高速的光 通信技術，利用基于硅材料的 CMOS 微電子工藝實現(xiàn)光子器件的集成制備，融合了 CMOS 技術的超大規(guī)模邏輯、超高精度制造的特性以及光子技術超高速率、超低功耗的優(yōu)勢，把 原本分離器件眾多的光、電元件縮小集成到至一個獨立微芯片中，實現(xiàn)高集成度、低成本、 高速光傳輸。與分立器件光模塊相比，硅光子器件無需 ROSA 或 TOSA 封裝，集成度更高， 更加適應未來高速流量傳輸處理需要，與此同時更緊密的集成方式降低了光模塊的封裝和 制造成本，基于以上優(yōu)勢，硅光芯片技術廣受關注。

硅光芯片下游應用多點開花

硅光芯片當前主要應用于光通信等領域

下游應用領域廣泛，預計硅光芯片全球市場規(guī)模 2020~2025 年 CAGR 為 52.4%。硅光芯 片是基于硅晶圓開發(fā)出的光子集成芯片，在尺寸、速率、功耗等方面具有獨特優(yōu)勢，可廣 泛應用于光通信（5G）、數(shù)據(jù)中心、人工智能、醫(yī)療檢測、高階計算、自動駕駛、國防等領 域。根據(jù) Yole 預測，全球硅光市場規(guī)模有望從 2019 年的 4.8 億美元增長至 2025 年的 39.5 億美元，2020~2025 年 CAGR 達 52.4%。

5G 時代帶來數(shù)據(jù)流量快速增長，硅光芯片以低成本解決傳輸速率問題。數(shù)據(jù)中心處理高速 率流量需求不斷的提升對光通信性能提出了更高要求，要求光通信行業(yè)技術持續(xù)迭代升級 以提高光通信產(chǎn)品的適應性和技術性。原有的Ⅲ-V 族半導體激光芯片成本較高，并且能承 受的調制帶寬受限，50Gbps 成為單通道傳輸速率瓶頸，無法滿足更高帶寬的需求。與傳統(tǒng) 光模塊方案相比，硅光芯片將多路激光器、調制器、探測器等光/電芯片都集成在硅光芯片 上，硅光模塊在高速率下，仍具有器件小、穩(wěn)定性強和硅材料能耗低的特性，較傳統(tǒng)光模 塊具有一定優(yōu)勢，硅光子技術能夠解決 400G 通信時代需要面對的 PAM4 電調制方案帶來 的巨大損耗和 8*50G 的 QSFP-DD 方案引發(fā)的器件數(shù)量增加與工作帶來溫度提升帶來的溫 漂等挑戰(zhàn)性問題。硅光方案目前被部分數(shù)據(jù)中心所采用，硅光產(chǎn)業(yè)有望得到快速發(fā)展。

硅光 FMCW 或將成為激光雷達優(yōu)質解決方案

硅光以其集成化優(yōu)勢，有效解決 FMCW 可靠性驗證難度大、成本較高的問題。FMCW 路線的興起與硅光技術的發(fā)展密不可分，早期的 FMCW 激光雷達都是由各種分立器件堆疊起 來，組件調試和器件成本都非常高，很難達到大規(guī)模商業(yè)化落地需求。但隨著硅半導體產(chǎn) 業(yè)的成熟，基于硅 CMOS 半導體生態(tài)發(fā)展起來的硅光技術平臺，可有效把這些分立的器件 集成到同一塊芯片上，乃至理想狀態(tài)下在 FMCW 中能將光學鏡頭和掃描部件芯片化，保障 性能的同時降低成本，有望有效解決 FMCW 解決方案的可靠性驗證難度大、成本較高的問題。芯片級封裝、圖像級分辨率，硅光 FMCW 有望成為激光雷達關鍵技術路徑之一。

光子計算：硅光子用于量子信息處理

以硅光芯片為基礎的光計算有望逐步取代電子芯片計算場景。據(jù) OpenAl 統(tǒng)計，自 2012 年 以來，每 3-4 個月人工智能的算力需求將翻倍，摩爾定律帶來的算力增長已無法滿足需求， 硅光芯片更高計算密度與更低能耗的特性能有效的解決極致算力的應用需求。在數(shù)據(jù)搬運 方面，光通信具有較大的優(yōu)勢；運行速率方面，目前大數(shù)據(jù) AI 以線性運算為主，光的矩陣 乘法并行能力較強，延時低于電芯片，并且在傳播的過程中不會發(fā)熱。根據(jù)達摩院預測， 未來 5-10 年以硅光芯片為基礎的光計算將逐步取代電子芯片的部分計算場景。

全球硅光產(chǎn)業(yè)鏈全景：海外大廠搶先布局，國內(nèi)廠商持續(xù)跟進

海外大廠搶先布局，國內(nèi)廠商持續(xù)跟進。目前全球硅光領域產(chǎn)業(yè)化較領先的玩家包括思科、 Intel 和 Inphi。近幾年來包括思科、華為、Ciena、Juniper 等巨頭紛紛通過收購布局硅光 技術。目前 Intel、IBM、NEC、NTT、Fujitsu 等企業(yè)都針對硅光芯片產(chǎn)業(yè)進行了布局，Marvell、 思科、諾基亞等斥資百億美元先后并購 Inphi、Acacia、Elenion 等硅光領域的創(chuàng)新企業(yè)。 目前，Intel 和臺積電均大力開發(fā)硅光子制造工藝技術，已經(jīng)形成了較為完整的硅光芯片產(chǎn) 業(yè)鏈。我國在硅光器件研究方面與國際先進國家同時起步，研究水平也相當，但在硅光芯 片產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈方面，國內(nèi)廠商與海外頭部廠商仍有較大提升空間。

光芯片產(chǎn)業(yè)鏈代表性公司梳理

長光華芯：光耀中國芯，激光芯片國產(chǎn)化領軍者

深耕高功率半導體激光芯片，縱向+橫向打造激光產(chǎn)業(yè)“中國芯”。公司系國內(nèi)少數(shù)具備高 功率激光芯片量產(chǎn)能力的企業(yè)之一，實現(xiàn)了高功率激光芯片的國產(chǎn)化與進口替代。根據(jù)公 司招股書測算，2020年公司占國內(nèi)高功率半導體激光芯片市場份額的 13.4%，位居國產(chǎn)廠 商第一位，2021 年公司已實現(xiàn) 30W 單管芯片量產(chǎn)，技術實力全球領先。在產(chǎn)品布局上， 一方面，公司通過縱向延伸打通芯片→器件→模組→半導體激光器產(chǎn)業(yè)鏈條，實現(xiàn)了在高 功率單管系列、高功率巴條領域的全產(chǎn)業(yè)鏈布局；另一方面，公司基于高功率半導體激光芯片的技術優(yōu)勢以及設計和量產(chǎn)能力，切入VCSEL 及光通信芯片賽道，已建立了 VCSEL 產(chǎn)品包含外延生長、條形刻蝕、端面鍍膜、劃片裂片、特性測試、封裝篩選和芯片老化的 完整工藝線。

源杰科技：國內(nèi)領先的高速率激光芯片廠商，IDM 模式鑄就核心競爭力

優(yōu)質高速率半導體光芯片供應商，進入國內(nèi)外知名運營商網(wǎng)絡供應體系。公司聚焦于光芯 片行業(yè)，主要產(chǎn)品包括 2.5G、10G、25G 及更高速率激光器芯片系列產(chǎn)品等。經(jīng)過多年研 發(fā)和產(chǎn)業(yè)化積累，公司已擁有多條覆蓋 MOCVD 外延生長、光柵工藝、光波導制作等全流 程自主可控的生產(chǎn)線，實現(xiàn)向客戶 A1、海信寬帶、中際旭創(chuàng)、博創(chuàng)科技、銘普光磁等國際 前十大以及國內(nèi)主流光模塊廠商批量供貨，產(chǎn)品最終應用于中國移動、中國聯(lián)通、中國電 信、AT&T 等國內(nèi)外知名運營商網(wǎng)絡中，已成為國內(nèi)領先的光芯片供應商。由于下游客戶在 選擇光芯片產(chǎn)品時需要經(jīng)過較長的驗證過程，公司率先進入供應商體系，建立了較高的客 戶資源壁壘。

云嶺光電：致力于成為國際一流的光芯片供應商

專注中高端光芯片市場，擁有自主知識產(chǎn)權。武漢云嶺光電有限公司由國際領先的芯片專 家團隊與華工科技于 2018 年 1 月共同發(fā)起設立，承載近 20 年的技術探索與市場實踐，專 注于中高端光通信半導體光芯片產(chǎn)品，是擁有完全自主知識產(chǎn)權，具備全流程生產(chǎn)能力的 IDM 光芯片企業(yè)。 云嶺光電主營業(yè)務為 2.5G/10G/25G 全系列激光器（LD）和探測器（PD）光芯片及封裝類 產(chǎn)品。公司建有光芯片研制平臺，擁有 MOCVD 材料生長，器件工藝制備，和后端測試封 裝的完整生產(chǎn)線，從海外引入具有國外光芯片大廠多年工作經(jīng)驗的核心技術團隊，掌握 10G/25G 高速率光收發(fā)芯片設計、高質量材料生長、關鍵工藝制備、和封裝測試的核心技 術。公司具備年產(chǎn)芯片 7500 萬顆、TO 7200 萬只的生產(chǎn)能力，致力于成為世界一流的光芯 片企業(yè)，為全球光通信企業(yè)提供優(yōu)質全系列光芯片。

武漢敏芯：國內(nèi)先進的全系列光芯片供應商

武漢敏芯：致力成為國內(nèi)光通信器件領域的頭部芯片供應商。武漢敏芯半導體股份有限公 司成立于 2017 年 12 月，是一家從事半導體光電芯片研發(fā)、制造和銷售的高新技術企業(yè)。 產(chǎn)品涉及光通信、工業(yè)激光、傳感和消費等領域。作為光通信領域國內(nèi)首家獨立的全系列 光芯片供應商，公司主營業(yè)務為 2.5G/10G/25G/50G 全系列激光器和探測器光芯片及封裝 類產(chǎn)品。

中科光芯：掌握完整的光芯片及器件全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)線

創(chuàng)始人研發(fā)實力強，公司技術儲備豐富。福建中科光芯光電科技有限公司（簡稱中科光芯）， 成立于 2011 年，由中科院福建物質結構研究所課題組組長、博士生導師，擁有二十多年半導體激光器研發(fā)及光電子集成制程平臺經(jīng)驗的蘇輝博士創(chuàng)立。 產(chǎn)品線完整，長期承擔國家項目。公司擁有完整的外延生長、芯片微納加工及器件封裝產(chǎn) 業(yè)線，現(xiàn)有產(chǎn)品包括外延片、芯片、TO 器件、光器件、模塊等，是一家真正擁有獨立自主 知識產(chǎn)權的，能夠獨立設計并量產(chǎn)光芯片和器件的高新技術企業(yè)。中科光芯還長期承擔科 技部定向專項、科技部重點研發(fā)計劃、863 計劃和其他國家級項目，福建省重大科技專項、 企業(yè)橫向項目等，重點開發(fā)高可靠性和高性能激光和探測器件芯片。

靈明光子：國內(nèi)領先的光子探測芯片廠商，三大產(chǎn)線多元化布局

聚焦單光子探測器賽道，dToF 技術優(yōu)勢明顯。靈明光子創(chuàng)立于 2018 年，致力于單光子探 測器（SPAD）賽道，為手機、激光雷達、機器人、無人機、VR/AR 設備等應用提供自主 研發(fā)的高性能 dToF 深度傳感器芯片。dToF（direct time-of-flight，直接測量飛行時間）直 接向測量物體發(fā)射光脈沖，測量反射光脈沖和發(fā)射光脈沖之間的時間間隔來計算待測物體 的距離。dToF 可以單點測距，也可以配合掃描或光學鏡頭進行成像，為未來元宇宙中物理 世界和數(shù)字信息世界的實時交互填補 3D 智慧感知拼圖。 三大產(chǎn)品線針對性設計，核心技術壁壘較高。靈明光子 SPAD 產(chǎn)品三大產(chǎn)業(yè)線包括硅光倍 增管（SiPM）、有限點 dToF 芯片及模組、單光子成像陣列（SPADIS）及 dToF 模組。公 司掌握國際領先的 SPAD 器件設計和工藝能力，基于波長 905nm 處的單光子探測效率（PDE） 達到 25%，為世界紀錄級別，遠超行業(yè)平均的 5%-18%，可以實現(xiàn)探測距離更遠、功耗更 低、體積更小。同時，靈明光子也擁有國內(nèi)唯一、全球稀缺的成熟 3D 堆疊 dToF 芯片設計 和工藝能力，并已成功研發(fā)多款 3D 堆疊 SPADIS 芯片。

南京芯視界：深耕 dToF 領域，SPAD 技術領先

先進的光電轉換器件設計及單光子檢測成像技術，在技術和實用性上處于領先地位。 visionICs（芯視界前身）于 2016 年在美國硅谷 Santa Clara 市成立，成立之初即開始 dToF 研發(fā)，并堅持走單光子直接 ToF 的技術路線。公司擁有芯片級的光電轉換器件設計和單光 子檢測成像技術，主營基于單光子探測的一維和三維 ToF 傳感芯片。硅谷的海外研發(fā)機構 為芯視界提供技術支撐。 單光子檢測方案顯著降低能耗。芯視界發(fā)布全球領先的基于單光子檢測的激光測距 ToF 芯 片，在低成本 CMOS 工藝上實現(xiàn)了高靈敏度、高分辨率單光子檢測陣列，集成了自主研發(fā) 的高精度測距電路和抗干擾數(shù)字算法。相比較于目前修改 CMOS 像素圖像傳感器而實現(xiàn)的 間接 ToF 三維測距，基于單光子像素（SPAD）陣列的直接 ToF 擁有超高的光電探測靈敏 度，實現(xiàn)低激光功率下的遠距離探測，降低整體系統(tǒng)的功耗和成本。

阜時科技：掌握 SPAD 芯片核心技術，切入乘用車激光雷達供應鏈

阜時科技 2017 年 11 月底成立于深圳，重點研發(fā)生物傳感及機器視覺系列芯片及配套算法 SDK，為手機集成商、方案商及終端品牌客戶提供高性能的系統(tǒng)級完整解決方案，致力于 推動人機交互智能化升級。公司目前已積累積累了 SPAD、光學傳感和人臉識別三大產(chǎn)品線， 產(chǎn)品和技術已經(jīng)服務了 10 多個行業(yè)，為手機、IoT、自主移動設備、汽車等終端提供芯片及完整的技術解決方案，旗下共有超過 50 款不同型號的六大類芯片產(chǎn)品。 服務配套完善，覆蓋一線廠商。公司一邊自主開發(fā)有廣闊市場前景的、可實現(xiàn)商業(yè)價值的 芯片，一邊為一線品牌廠商定制芯片，且從調試、測試、算法驗證到售后配套，均提供高 品質的一條龍服務。具有完整的芯片設計、軟硬件支持、核心算法開發(fā)等能力，已成功量產(chǎn)應用于一線廠商。

縱慧芯光：深耕 VCSEL 芯片核心技術，把握車載激光雷達機遇

掌握自主知識產(chǎn)權 VCSEL 芯片技術?？v慧芯光（Vertilite）成立于 2015 年，是一家創(chuàng)新型 的光電半導體企業(yè)，致力于為全球客戶提供高功率以及高頻率 VCSEL 解決方案，主要研發(fā) 生產(chǎn) VCSEL 芯片、器件及模組等產(chǎn)品。公司由來自業(yè)界的經(jīng)驗豐富的科學家和工程師組成， 已成功發(fā)布了高性能產(chǎn)品，適用于 3D 傳感，光通信，工業(yè)自動化，生物醫(yī)學應用，汽車應 用，消費電子和 LiDAR 解決方案的多樣化應用。 研發(fā)實力領先，產(chǎn)品性能先進。公司擁有卓越的研發(fā)團隊，世界頂尖的科技研發(fā)實力。公 司主要以研發(fā)生產(chǎn) VCSEL 芯片、器件及模組為主營業(yè)務（650 到 1000 納米波段）。公司產(chǎn) 品性能已達到世界先進水平，在國內(nèi)處于絕對領先地位。公司產(chǎn)品廣泛應用在 3D 感知、虛 擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實、自動駕駛、生物醫(yī)療傳感器和高速光通信等領域，目前已與國內(nèi)頂尖的 手機終端廠商和模組廠商深度合作，具有廣闊的市場前景。

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