長光華芯研究報告光耀中國芯激光芯片國產(chǎn)化領(lǐng)軍者

長光華芯研究報告-光耀中國芯激光芯片國產(chǎn)化領(lǐng)軍者高功率半導體激光芯片國產(chǎn)化領(lǐng)軍者公司成立于2012年，自成立以來深耕于半導體激光芯片及其器件、模塊的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，逐步成長為國內(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)高功率激光芯片的國產(chǎn)化與進口替代。縱向上，公司持續(xù)推進高功率激光芯片技術(shù)突破，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)；公司亦將產(chǎn)線向下游延伸至光纖耦合模塊、直接半導體激光器等；橫向上，公司基于高功率半導體激光芯片技術(shù)積累，將產(chǎn)線拓展至VCSEL芯片等，2018年成立VCSEL事業(yè)部與激光系統(tǒng)事業(yè)部，并建立VCSEL芯片6吋產(chǎn)線。縱向+橫向布局打造激光產(chǎn)業(yè)“中國芯”三大產(chǎn)線，面向多元化下游市場。公司主營產(chǎn)品包括高功率單管系列產(chǎn)品、高功率巴條系列產(chǎn)品、高效率VCSEL系列產(chǎn)品等。高功率單管系列產(chǎn)品為公司營收貢獻最高的板塊，板塊核心下游市場為工業(yè)加工，其他市場還包括科研與國家戰(zhàn)略高技術(shù)、醫(yī)療美容等；高功率單管芯片和高功率巴條系列的主要差異在于其所用的芯片存在差異，前者為單管芯片，后者為巴條芯片。巴條芯片由于發(fā)光點較多，具有更高的發(fā)光功率，核心下游市場為科研與國家戰(zhàn)略高技術(shù)，其他市場包括醫(yī)療美容、工業(yè)加工等；公司VCSEL芯片產(chǎn)品包括PS系列、TOF系列、SL系列三類，主要應用于短距離傳感、3D傳感、激光雷達、AR/VR等領(lǐng)域?？v向延伸：打通芯片→器件→模組→半導體激光器產(chǎn)業(yè)鏈條。公司通過縱向延伸，在高功率單管系列、高功率巴條系列產(chǎn)品實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈布局。以公司高功率單管系列產(chǎn)品為例，板塊可細分為單管芯片、單管器件、光纖耦合模塊、直接半導體激光器四類產(chǎn)品，該四類產(chǎn)品存在上下游聯(lián)系。一顆單管芯片可封裝成一個單管器件，多個單管器件耦合為一個光纖耦合模塊，基于多個光纖耦合模塊可組成為一臺直接半導體激光器。我們認為公司通過產(chǎn)業(yè)鏈縱向延伸有效拓展了自身發(fā)展空間，有助于營收規(guī)模的持續(xù)擴大。橫向擴展：切入VCSEL及光通信芯片賽道。公司基于高功率半導體激光芯片的技術(shù)優(yōu)勢以及設(shè)計和量產(chǎn)能力，2018年公司成立VCSEL事業(yè)部，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。此外公司亦布局光通信激光芯片市場，產(chǎn)品能實現(xiàn)電信號和光信號之間的相互轉(zhuǎn)換，是光電產(chǎn)品的核心功能部件。我們認為公司有望橫向擴展光通信芯片（晶圓）的生產(chǎn)能力，以滿足光通信市場的需求，推動光通信激光芯片的國產(chǎn)化進程。匯聚核心技術(shù)人才，無控股股東和實際控制人公司技術(shù)人才儲備豐富，核心管理層均在激光行業(yè)擁有豐富的技術(shù)及管理背景。閔大勇先生作為公司的董事長、總經(jīng)理，具有多年激光行業(yè)管理經(jīng)驗，主要負責公司研發(fā)成果的市場轉(zhuǎn)化及激光應用工藝開發(fā)。王俊先生作為公司的董事、常務副總經(jīng)理，研發(fā)并掌握了外延、鍍膜、封裝、老化測試等核心技術(shù)，領(lǐng)導公司實現(xiàn)以芯片為主的產(chǎn)業(yè)化，建立國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進、國內(nèi)規(guī)模較大的高功率半導體激光芯片生產(chǎn)線，以此帶動相關(guān)器件、模塊及系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化升級。廖新勝先生作為公司的董事、副總經(jīng)理，早期主導創(chuàng)建了公司半導體激光器研發(fā)、生產(chǎn)基地。潘華東先生作為公司副總經(jīng)理，主持了公司生產(chǎn)制造的自動化升級，基于其在光電領(lǐng)域長達16年的從業(yè)經(jīng)驗及對半導體激光器產(chǎn)品與應用的深刻理解，不斷帶動公司光纖耦合產(chǎn)品技術(shù)的提高。公司無控股股東和實際控制人，積極引入華為戰(zhàn)略投資者。根據(jù)公司2022年一季報，截至1Q22末，公司無控股股東和實際控制人，第一大股東為華豐投資，持股24.51%（發(fā)行后持股比例為18.38%），根據(jù)公司招股書，華豐投資系財務投資人，不參與公司日常經(jīng)營管理工作。第二大股東蘇州英鐳持股19.76%（發(fā)行后持股比例為14.82%），蘇州英鐳為公司核心管理團隊持股平臺，根據(jù)公司招股書，蘇州英鐳合伙人包括王俊、廖新勝、閔大勇和潘華東，出資比例分別為50.40%、25.80%、13.38%和10.42%。第三大股東長光集團，持股8.72%（發(fā)行后持股比例為6.54%），是中科院長光所全資的事業(yè)單位資產(chǎn)管理公司。技術(shù)實力領(lǐng)先，材料體系、產(chǎn)品、生產(chǎn)線布局完善IDM全流程工藝平臺，助力公司產(chǎn)品技術(shù)快速迭代升級根據(jù)公司招股書，包括歐美激光芯片巨頭在內(nèi)的光電子器件企業(yè)多采用IDM模式，主要由于光電子器件遵循特色工藝，即器件價值的提升不完全依靠尺寸的縮小，而是通過功能的增加。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，核心競爭點在于工藝的成熟度和穩(wěn)定性，以及工藝平臺的多樣性。經(jīng)過多年的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化積累，公司已建成覆蓋芯片設(shè)計、外延、光刻、解理/鍍膜、封裝測試、光纖耦合等IDM全流程工藝平臺。我們認為借助IDM模式優(yōu)勢，公司一方面可以更好地理解客戶需求，按需生產(chǎn)不同功能的激光芯片及其器件，從而使生產(chǎn)更具彈性，有效提升生產(chǎn)效率；另一方面在下游終端客戶的引領(lǐng)下，IDM模式有助于公司技術(shù)以及產(chǎn)品的快速迭代。布局砷化鎵、磷化銦兩大材料體系，邊發(fā)射及面發(fā)射兩大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，先進6吋生產(chǎn)線公司依托邊發(fā)射芯片的技術(shù)水平向面發(fā)射芯片擴展，從GaAs（砷化鎵）材料體系擴展到InP

（磷化銦）材料體系，構(gòu)架了邊發(fā)射和面發(fā)射兩種結(jié)構(gòu)的技術(shù)工藝平臺。公司技術(shù)工藝平臺具備邊發(fā)射和面發(fā)射VCSEL兩大制造工藝及產(chǎn)品體系。砷化鎵，磷化銦作為外延材料應用于金屬有機化合物氣相沉積（MOCVD）外延片的生產(chǎn)，而半導體材料的外延生長是半導體激光器生產(chǎn)的最源頭。外延+晶圓+鍍膜，三大核心工藝鑄就技術(shù)壁壘半導體激光芯片屬于光電有源芯片，與以硅片為襯底的數(shù)字芯片或模擬芯片相比，不僅需克服共有的晶圓工藝，還需解決外延生長、解理鍍膜等特有的光學工藝。具體而言，外延生長是指在襯底上長出半導體激光材料生成外延片，解理鍍膜是指將通過晶圓工藝生成的晶圓進行解理，并通過腔面鈍化處理技術(shù)鍍上特殊材料膜并使其具備激光特性，解理鍍膜環(huán)節(jié)對芯片缺陷的容忍度極低，對腔面耐光學損傷要求較高。公司目前已掌握外延生長、晶圓工藝、解理鍍膜等半導體激光芯片生產(chǎn)的核心工藝，構(gòu)筑了深厚的技術(shù)護城河：外延生長方面，公司通過自主研發(fā)的高功率高效率高亮度芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計、分布式載流子注入技術(shù)、MOCVD外延生長技術(shù)、多有源區(qū)級聯(lián)的垂直腔面發(fā)射（VCSEL）半導體激光器的設(shè)計等技術(shù)的應用，成功突破了外延技術(shù)的行業(yè)難點，為半導體激光芯片的制造提供高質(zhì)量的外延晶體材料。晶圓制造方面，公司自主研發(fā)了低損傷刻蝕工藝技術(shù)、薄膜氧化熱處理工藝技術(shù)、高功率芯片腔面技術(shù)/高COMD閾值的腔面保護技術(shù)等，在諸多應用技術(shù)的支撐下，成功實現(xiàn)30W高功率半導體激光芯片的量產(chǎn)，電光轉(zhuǎn)換效率達到60%～65%，技術(shù)水平與國際先進水平同步，提升了半導體激光芯片的產(chǎn)量及良率，實現(xiàn)了半導體激光芯片的產(chǎn)業(yè)化應用。腔面鈍化處理方面，半導體激光芯片的光能量是經(jīng)由一個芯片解理端面（前腔面，尺寸僅為微米平方量級的窗口）向外輻射輸出，在高功率輸出條件下腔面的光子吸收導致溫升已足以融化腔面，最終導致激光芯片失效，這是限制激光器功率與可靠性提高的核心技術(shù)瓶頸。若通過腔面特殊處理，可以大大減低腔面的光子吸收水平，從而提高芯片的功率與可靠性。在腔面膜處理方面，公司全自主建設(shè)的腔面鈍化處理設(shè)備和自主開發(fā)的工藝技術(shù)，采用真空解理鈍化與無吸收窗口結(jié)構(gòu)，有效降低腔面表面復合效應和腔面溫度，提高芯片腔面災變(COMD)水平。產(chǎn)品技術(shù)指標國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進公司單管芯片最高功率達30W，達行業(yè)領(lǐng)先水平。評價半導體激光行芯片的核心技術(shù)指標包括輸出功率、電光轉(zhuǎn)換效率、波長等，其中芯片輸出功率越高，所需的技術(shù)和工藝要求就越高；產(chǎn)品波長范圍越廣，則應用范圍也更廣泛，代表的技術(shù)能力越高；電光轉(zhuǎn)換效率是指將電能轉(zhuǎn)換為激光的能量轉(zhuǎn)換效率，較高的電光轉(zhuǎn)換效率可實現(xiàn)同等電流下更高功率的激光輸出，有效降低產(chǎn)品使用成本并提高器件的可靠性。根據(jù)公司招股書，公司目前高功率單管芯片輸出功率達到30W（對應波長為915/976nm），性能優(yōu)于可比公司；電光轉(zhuǎn)換效率達60%以上，亦為行業(yè)領(lǐng)先水平。波長范圍方面，根據(jù)公司招股書，公司目前產(chǎn)品可覆蓋808、880、915、976nm等主流波段。激光芯片市場持續(xù)擴張，VCSEL發(fā)展前景廣闊半導體激光芯片:激光產(chǎn)業(yè)鏈上游核心器件，用于泵浦源/直接半導體激光器半導體激光芯片（LD）位處激光產(chǎn)業(yè)鏈上游，可應用于激光器泵浦源，也可以制作直接半導體激光器。激光產(chǎn)業(yè)鏈上游制造激光芯片、光電器件等，準入門檻較高。產(chǎn)業(yè)鏈中游利用芯片及器件、模組、光學元件等作為泵浦源制造各類激光器，下游包括各類激光應用行業(yè)。LD是半導體泵浦源的核心部件，主要原理是通過二極管pn結(jié)進行電注入，并將電能轉(zhuǎn)化為激光，位處產(chǎn)業(yè)鏈上游。一方面，半導體激光芯片作為產(chǎn)業(yè)鏈中游各類激光器的核心泵浦光源，對激光器的性能有著直接影響，應用于工業(yè)加工裝備、激光雷達、光通信、醫(yī)療美容等多行業(yè)。另一方面LD也可以制作直接半導體激光器，廣泛應用于材料加工、醫(yī)療、光通信、傳感、國防等領(lǐng)域。激光器市場：新應用有望驅(qū)動市場規(guī)模擴張全球激光器市場持續(xù)增長，材料加工和光刻領(lǐng)域應用占比最大。根據(jù)LaserFocusWorld統(tǒng)計，2020年全球激光器銷售收入達162億美元，同比增長10%。伴隨著全球智能設(shè)備、消費電子、新能源等領(lǐng)域?qū)す馄鞯男枨蟛粩嘣鲩L，以及醫(yī)療美容、儀器設(shè)備等新興應用領(lǐng)域的持續(xù)拓展，全球激光器的市場規(guī)模將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長，LaserFocusWorld預計2021年市場規(guī)模將達175億美元，同比增長7.84%。激光行業(yè)下游應用市場可分為六大主要細分市場，2020年細分市場份額分別為材料加工及光刻領(lǐng)域（39.28%）、通信與光存儲市場（24.35%）、科研與軍事市場（14.04%）、醫(yī)療與美容市場（5.84%）、儀器儀表與傳感器市場（12.84%）以及娛樂、顯示與打印市場（3.65%）國內(nèi)光纖激光器市場持續(xù)增長，2021年規(guī)模突破120億元。按照工作介質(zhì)的不同，激光器可以分為光纖激光器、半導體激光器、固體激光器（此處為狹義固體激光器，不包括光纖/半導體激光器）、液體激光器、氣體激光器等類型，其中光纖激光器憑借轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、維修成本低、適配柔性化生產(chǎn)等優(yōu)勢快速普及。在上游核心光電子元器件國產(chǎn)化的推動下，國內(nèi)光纖激光器產(chǎn)品成本逐步下降，進一步帶動光纖激光器滲透率提升。根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，2021年國內(nèi)光纖激光市場規(guī)模為124.8億元，同比增長32%。切割市場為我國激光產(chǎn)業(yè)主要下游應用，未來焊接、清洗等新興應用有望成為新的驅(qū)動力。根據(jù)《2020中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，國內(nèi)激光設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域應用主要包括切割、焊接、打標等下游市場，目前仍以切割為最主要市場，2019年占比達39%；其次為打標（19%）、焊接（12%）等。展望未來，我們認為隨著激光焊接、激光清洗等新興應用快速發(fā)展背景下，有望為激光產(chǎn)業(yè)注入新動力。激光焊接有望步入快速增長階段，2017～2020年國內(nèi)市場規(guī)模CAGR為34%。隨著激光技術(shù)的不斷成熟，激光設(shè)備功率的持續(xù)提升以及成本端的持續(xù)下行驅(qū)動國內(nèi)新能源、汽車、家電、機械、消費電子等行業(yè)對激光焊接工藝需求的釋放，根據(jù)《2021中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，國內(nèi)激光焊接市場規(guī)模已由2016年的34.7億元增長至2020年的110.5億元，對應CAGR達34%。低功率激光焊接市場：手持激光焊逐步替代傳統(tǒng)焊接工藝。傳統(tǒng)焊接手段主要包括電弧焊、氬弧焊、電阻焊等，因焊縫較寬，傳統(tǒng)焊接工藝存在出錯高、對工人操作熟練度要求高等問題。隨著激光器成本下行和激光焊接頭技術(shù)的成熟，手持激光器市場憑借易操作帶來較低人工培訓成本等優(yōu)勢快速發(fā)展。根據(jù)光電匯報道，自2018年下半年開始，手持激光焊設(shè)備開始崛起，成為近年來激光應用市場發(fā)展較快的產(chǎn)品之一；目前手持激光焊的應用領(lǐng)域主要集中在鈑金、機箱、水箱、配電箱等機柜、櫥柜廚衛(wèi)、不銹鋼門窗護欄等領(lǐng)域。高功率激光焊接市場：動力鋰電池焊接工藝優(yōu)勢顯著。動力鋰電池焊接主要有電阻焊接，超聲波焊接和激光焊接三種，其中電阻點焊為目前主要傳統(tǒng)工藝。激光焊接采用了非接觸式工藝，具有熱量輸入集中，焊縫強度大和加工效率高等優(yōu)點。激光焊接克服了電阻點焊易發(fā)生噴濺和飛濺、熔核內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷等問題，未來有望廣泛應用于動力電池生產(chǎn)線的前、中、后段加工過程中。根據(jù)聯(lián)贏激光

2020年年報，2020年聯(lián)贏激光承接寧德時代新能源科技股份有限公司的子公司德國時代新能源科技（圖林根）有限公司動力電池激光焊接生產(chǎn)線項目；根據(jù)華工科技

2021年半年報，華工科技在焊接裝備及產(chǎn)線領(lǐng)域，已成功打造并復制多條比亞迪新能源電池托盤激光焊接自動化產(chǎn)線。激光清洗市場前景廣闊。激光清洗是利用聚焦的激光作用在材料表面，使表面的污染物迅速汽化或剝離，從而實現(xiàn)材料表面清洗的技術(shù)。相對于各類傳統(tǒng)的物理或化學的清洗方式，激光清洗具備無接觸、無耗材、無污染、精度高、無損傷或損傷小等特點，是新一代重點工業(yè)清洗技術(shù)之一。國內(nèi)光纖激光器市場競爭格局：國產(chǎn)替代進程持續(xù)推進國內(nèi)光纖激光市場進口替代持續(xù)在推進。根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，目前國內(nèi)光纖激光器市場份額最大的廠商為IPG，2021年份額為28.1%，同比下滑20.9pct；第二位為銳科激光，2021年在國內(nèi)市場份額為27.3%，同比提升10.0pct；第三位為創(chuàng)鑫激光2021年在國內(nèi)市場份額為18.3%，同比提升9.4pct。定量測算：2023年國內(nèi)激光芯片市場規(guī)模有望達17.3億元我們測算至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2021～2023年CAGR為33.3%。展望未來國內(nèi)激光芯片市場空間，我們做出如下假設(shè)：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(shè)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(zhuǎn)換效率達60%~65%，產(chǎn)品技術(shù)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(zhuǎn)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(shè)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)分別同比下降20%/15%；4)根據(jù)LaserFocusWorld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(shè)2021～2023年占比保持穩(wěn)定，分別為37%/36%/35%；基于以上假設(shè)，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2021～2023年CAGR為33.3%。VCSEL：3D傳感、激光雷達等市場需求有望推動行業(yè)高增長半導體激光芯片根據(jù)諧振腔制造工藝的不同分為邊發(fā)射激光器（EEL）和垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）兩種。VCSEL芯片是指在芯片的上下兩面鍍上光學膜形成諧振腔，并將光學諧振腔與襯底垂直，從而實現(xiàn)芯片表面的激光發(fā)射。相比EEL，VCSEL具有效率高、光束質(zhì)量好、精度高、功耗低、小型化、高可靠、調(diào)制速率快、可大量生產(chǎn)、制造成本低等優(yōu)勢，是激光雷達和3D傳感等模組的核心部件。隨著激光雷達、3D傳感行業(yè)的高速發(fā)展，市場對VCSEL需求有望不斷提升。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年全球VCSEL激光