（报告出品方/作者：天风证券，唐海清、康志毅）

光通信用光芯片的分类及下游

不同类型半导体材料的应用领域

半导体材料包括三大类： 1、单元素半导体材料，即以单一元素构成的半导体材料，主要包括硅（ Si）、锗（Ge），其中硅基半导体材料是目前产量最大、成本 最低、 应用最广的半导体材料； 2、III-V 族化合物半导体材料，即以 III-V 族元素的化合物构成的半导体材料，主要包括砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），具有电子迁移 率高、光电性能好等特点，是当前仅次于硅之外最成熟的半导体材料，在 5G 通信、数据中心、光纤通信、新一代显示、人工智能、无 人驾驶、可穿戴设备、航天方面有广阔的应用前景； 3、宽禁带半导体，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等为代表，具有高禁带宽度、耐高压和大功率等特点，在通信、新能源汽车等领 域前景广阔，但目前成本较高。

光通信用光芯片分类

光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接 收信号，将光信号转化为电信号。 激光器芯片按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括 VCSEL 芯片，边发射EEL芯片包括 FP、 DFB 和 EML 芯片； 探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。 激光器芯片按照材料体系划分，可以分为砷化镓GaAs和磷化铟Inp两套材料体系。

磷化铟光芯片：分类及下游应用

按导电性能，InP衬底主要分为半导电和半绝缘衬底。 半导体衬底分为N型和P型半导电衬底：1）N 型掺Sn InP 主要用于激光二极管。2）N 型掺S的InP 不仅用于激光二极管，而且还用于光探 测器。3）P 型掺Zn InP 主要用于高功率激光二极管。 半绝缘衬底按照是否掺杂分为掺杂半绝缘衬底和非掺杂半绝缘衬底，半绝缘衬底主要用于制作射频器件。 从全球磷化铟衬底应用情况来看，据Yole数据显示，2020年光模块器件、传感器件、高端射频器件三者销量占比分别为83%、4%和14%。 光模块器件和高端射频器件是磷化铟下游主要的应用。

光通信系统中的光芯片位置及应用结构图

光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，通过电光转换，以光信号进行传输信息的系统。光通信系统传输信号过程中，发 射端通过激光器芯片进行电光转换，将电信号转换为光信号，经过光纤传输至接收端，接收端通过探测器芯片进行光电转换，将光信号 转换为电信号。 光芯片加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组件（ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。光芯片的 性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。

光芯片及组件：光模块中最大的成本项

根据中际旭创披露的2016年1-8月光模块成本构成，芯片成本占60-70%（光芯片及组件占50%，比重最大；电芯片成本占15%），人工和 其他成本占23%； 光模块中的芯片包含：光芯片（激光器芯片和探测器芯片）、电芯片（LD驱动芯片、TIA跨阻放大芯片、CDR时钟和数据电路、DSP、 MUX&DeMUX等）。

磷化铟光芯片市场规模及竞争格局

全球磷化铟芯片市场规模

根据Yole预测，磷化铟器件应用领域正从传统的数据通信和电信市场向C端消费市场扩展，预计到2026年下游应用规模将达到约52亿美 元，2020-2026年年均复合增长率为16% 。数据通讯和电信仍然将是磷化铟最大应用领域，骨干网全光化和数据中心内的400G/800G光模块等对磷化铟激光器件带来持续需求，而 消费电子领域应用增速更快，如3D传感、可穿戴设备、无开孔屏幕传感等。

数通市场：400G、800G逐步成为主力

超大规模数据中心运营商对400G的部署反映了用户对云服务需求的不断增长，以及对更高带宽的需求，以支持高要求的应用，包括人 工智能（AI）、机器学习（ML）和视频处理。 根据LightCounting和中际旭创预计，从2023年开始数据中心800G光模块将有更多需求， 之后逐渐增量，2024年800G需求将进一步提升，销售额有望超过400G。

电信市场：光纤宽带、基站传输升级

光纤宽带PON技术是一种基于无源ODN网络的宽带接入技术，10G PON技术已经大规模商用，可为用户提供高达1Gbps的带宽，实现千 兆网络的覆盖；而下一代PON预计为25G/50G PON，而50G和100G/200G PON已经被IEEE、ITU、FSAN和其他标准组织视为10G PON的后 续演进技术。 5G前传网络方面，C-RAN组网模式大量部署，25Gb/s xWDM光模块已广泛应用。针对未来更高通道Massive MIMO基站、U6G频段基站、 毫米波基站等应用场景，前传网络带宽需求将进一步提升，在保留现有端口数量和节约光纤资源的前提下，业界已启动50Gb/s及更高速 率的下一代5G前传光模块技术研究。

磷化铟芯片市场规模

从光模块市场反推光芯片市场，源杰科技推算2021年光芯片市场总体在150亿元左右，其中光纤接入、移动通信、数据中心分别为14亿、 70亿、63亿元。根据C&C的预测，2020-2025年全球光芯片市场的年复合增长率将达到12.59%，主要受益于5G网络的建设和应用，以及 相应数据中心、接入网、城域骨干网等网络基础设施的全面升级。 根据ICC预测2019-2024年， 中国光芯片厂商销售规模占全球光芯片市场的比例将不断提升，中高速率光芯片增长更快。2.5G及以下光芯 片市场被国内光芯片企业占据主要市场份额；10G光芯片我国企业已基本掌握核心技术，但部分型号产品仍存在较高技术门槛，依赖进 口；25G及以上激光器芯片以海外供应商为主。

各速率厂商份额

2.5G及以下光芯片：主要应用于光纤接入市场，国内光芯片企业已经占据主要市场份额。10G光芯片：主要应用在光纤接入市场、移动通信网络市场和数据中心市场。我国光芯片企业已基本掌握 10G 光芯片的核心技术，但部 分型号产品仍存在较高技术门槛，依赖进口。 25G及以上光芯片：主要应用于移动通信网络市场和数据中心市场，包括25G、50G、100G激光器及探测器芯片。根据 LightCounting并结 合行业数据测算，2021全球25G及以上光芯片市场规模为107.55亿元。根据ICC统计，25G光芯片的国产化率约20%，但25G以上光芯片的 国产化率仍较低约5%。

车载激光雷达应用

Yole预测，汽车ADAS激光雷达市场将在未来5年迎来飞速增长，年均复合增长率高达73%，到2027年，ADAS激光雷达市场规模将从2021 年的3800万美元增至2027年的20亿美元，成为激光雷达行业最大的应用领域。与此同时，无人驾驶出租车市场也将以28%的年均复合增 长率增长，到2027年市场规模将从2021年的1.2亿美元增长至6.98亿美元。

激光雷达发射光源的波长主要包括905nm、1550nm、1064nm等。2021年在公开定点量产的激光雷达产品中，905nm是为首选波长，排 名第一，占比为69%，排在第二位的为1550nm，排名第二，占比达到14%。1550nm相比905nm来说，探测距离更远，探测精度更高， 并且在同等功率水平下，1550nm产品对人眼安全性更高。1550nm激光雷达采用的光纤激光器，其种子光源为磷化铟材料体系开发。

光芯片成本分析以及技术壁垒

光芯片的制造成本构成

成本中，制造成本占比达59%、人工成本占24%、材料成本占17%（源杰2021年各速率产品成本合并统计） 。（1）制造费用主要包括折旧费、装修费摊销、水电费、光栅加工费等其他费用。 （2）光芯片的原材料包括衬底、金靶、特殊气体（主要包括高纯氢、磷化氢、液氮等）、三甲基铟、光刻胶、封装材料（包括管帽等） 和其他材料等，其他原材料包括显影液、光刻掩模板、异丙醇、砷化氢等材料，其他原材料品种较多且占比较低。 （3）衬底供应商为通美、住友、云南锗业等。

磷化铟光芯片的生产流程及产业链

磷化铟产业链上游为晶体生长、衬底和外延片的生产加工环节。从衬底生产的原材料和设备来看，其中原材料包括金属铟、红磷、坩埚 等；生产设备涉及晶体生长炉、研磨机、抛光机、切割机、检测与测试设备等。产业链中游包括集成电路设计、制造和封测环节。产业 链下游应用主要涉及光通信、 无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等多个领域。 各环节厂商：1）衬底厂商：北京通美、 日本 JX、Sumitomo及少数国内厂商。2-1）外延厂商：IQE、 台湾联亚光电、 台湾全新光电、 台湾英特磊等，2-2）器件厂商包括Finisar、 Lumentum、 AOI等。3）IDM模式厂商：国内的源杰科技、仕佳光子、长光华芯等。

磷化铟衬底市场及竞争格局

根据 Yole统计显示，到 2026 年全球光模块器件磷化铟衬底（折合两英寸）预计销量将超过 100万片， 2019 年-2026 年复合增长率达 13.94%， 2026 年全球光模块器件磷化铟衬底预计市场规模将达到 1.57 亿美元。 2020 年全球前三大厂商占据磷化铟衬底市场 90%以上市场份额，其中 Sumitomo 为全球第一大厂商， 占比为 42%； 北京通美位居第二， 占比 36%。 化合物半导体单晶生长的制备方法有水平布里奇曼法（HB）、垂直布里奇曼法（VB）、液封切克劳斯基法（ LEC）、垂直梯度冷凝法 （ VGF），磷化铟单晶批量生长的技术主要包括后三种。北京通美和Sumitomo 分别使用 VGF 和 VB 技术可以生长出直径 6 英寸磷化铟 单晶，日本 JX 使用 LEC 技术可以生长出直径 4 英寸的磷化铟单晶。

重点公司分析

源杰科技：25G已批量，50G、100G在路上

公司成立于2013年，聚焦于光芯片行业，公司已实现向主流光模块厂商批量供货，产品最终成功应用于国内外知名运营商。2020年在 磷化铟（InP）半导体激光器芯片产品对外销售的国内厂商中，公司收入排名第一，其中10G、25G激光器芯片系列产品的出货量在国内 同行业公司中均排名第一，其中10GDFB在全球出货量同样排名第一，约占20%，超越住友电工、三菱电机；25G DFB产品源杰已实现突 破，在5G基站前传、数通市场两个市场实现了批量出货。高速率的50G、100G产品，公司预计从明年至后年开始经过送样测试等各环节， 后续有望放量增加。

除在光通信的应用外，在激光雷达、传感等领域均有市场前景。源杰科技基于现有磷化铟材料体系，构建了多业务的拓展能力，在激光 雷达领域研发生产1550nm激光雷达种子源，气体传感领域布局甲烷传感器，这些有望成为下一个增长点。

仕佳光子：无源强者，有源25G光芯片在验证

公司聚焦光通信行业，主营业务覆盖光芯片及器件、室内光缆、线缆材料三大板块。公司系统建立了覆盖芯片设计、晶圆制造、芯片加 工、封装测试的 IDM 全流程业务体系。光芯片及器件产品包括 PLC分路器芯片系列产品、AWG 芯片系列产品、DFB 激光器芯片系列产 品、光纤连接器、隔离器和平行光组件系列产品。 数据中心AWG系列有100G/200G/400G/800G高速光模块的AWG组件和平行光组件；用于数据中心之间互联的400G ZR相干传输的DWDM AWG模块。400G AWG已有小批量应用，800G AWG组件及平行光组件正在送样验证。 激光器芯片产品有2.5G DFB和10G DFB，CW DFB（硅光用大功率），特殊波长光源等。2.5G、10G激光器芯片处于可量产阶段，截止到 22年6月25G激光器芯片正在客户的验证中。

光迅科技：光芯片光模块一体化

公司主要产品有光电子器件、模块和子系统产品，按应用领域可分为传输类、接入类、数据通信类。公司拥有从芯片、器件、模块到子 系统的垂直集成能力，拥有光芯片、耦合封装、硬件、软件、测试、结构和可靠性七大技术平台，支撑公司有源器件和模块、无源器件 和模块产品。 截至2022年8月DFB低速率芯片全部自供；25G DFB大概70%可以自供，20%+外购，但有些特殊波长、功率还需要外购；25G EML内部测 试通过，在做商业化和良率提升；25G vcsel芯片已量产。 有源光芯片的研发方向包括25G/50G的DFB/EML以及高端探测器。

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精选报告来源：【未来智库】。「链接」