光芯片材料平台差异分析.docx

光芯片材料平台差异分析一、 激光器芯片规模效应类似于集成电路芯片，激光器芯片领域同样具备一定的规模效应激光器芯片的产品特性决定了IDM模式是主流，因而厂商通常需要建立包含芯片设计、晶圆制造、芯片加工和测试的IDM全流程业务体系，需要拥有多条覆盖MOCVD外延生长、光栅工艺、自动化芯片测试等全流程自主可控的生产线产线上的MOCVD设备、电子束光栅设备、光学镀膜系统、自动化芯片测试机、自动粘片机等均需要相当程度的资本投入，因而参考国内激光器芯片厂商目前的收入体量，前期固定投入较大，行业门槛相对较高所以类似于集成电路芯片，激光器芯片领域同样需要提升产能去摊薄固定资产折旧，因而具备相当程度的规模效应综上所述，激光器芯片行业技术壁垒高，技术及经验层面的先发优势明显，下游客户对可靠性和大规模交付能力有高要求，因而粘性强不轻易更换供应商并且参考国内激光器芯片厂商目前的收入体量，前期固定资产投入不小，且良率爬坡及业绩释放均需要一定时间，因而行业整体的门槛较高二、 激光器芯片客户壁垒通信领域激光器芯片的最下游客户主要是运营商及云厂商，在产品性能满足的前提下，对可靠性、大规模交付能力有较高要求因而客户粘性强，壁垒高，不轻易更换供应商。

特别是电信领域的应用场景，可能涉及户外高温、高湿、低温等恶劣环境，对可靠性及稳定的要求很高下游客户在选取新供应商时需要经过资质审核、产品验证、小批量试用等环节，时间成本高且替换难度大可靠性验证的项目指标多样且耗时长久，如高温大电流长时间（5,000小时）老化测试、高低温温循验证、高温高湿环境验证等另外，在满足可靠性的基础上，同时需要激光器芯片厂商有很强的大规模交付能力，并且能够很好地保证大规模量产中的良率及工艺的稳定性三、 激光器芯片下游需求光模块速率加速提升，驱动激光器芯片更新迭代升级以数通领域为例，流量高速增长、光模块单位速率成本下降、交换机芯片升级扩容等多种因素均是驱动光模块速率升级的重要因素，基本3~5年完成一次光模块速率的升级迭代光模块速率提升主要有三种途径：1）提升激光器芯片的速率（波特率），2）提升光模块的通道数，3）较之传统的NRZ调制，使用更高阶的信号调制技术，如PAM4和相干调制以上三种方式的具体选择涉及到综合权衡技术难度、成本、光模块体积、散热等方面因素从激光器芯片速率升级的角度，数通领域从40G光模块中常用的10G波特率的VCSEL/DFB芯片，到100G光模块中常用的25G波特率的VCSEL/DFB芯片，再到高端光模块如400G中常用的50G波特率的EML芯片，呈现明显的激光器芯片更新迭代过程，包括随着未来硅光的进一步推进，大功率激光器芯片的重要性也将进一步提升。

四、 光芯片材料平台差异从芯片制备角度，光芯片制备的工艺流程与集成电路芯片有一定相似性但侧重点不同，光芯片最核心的是外延环节光芯片的制备流程同样包含了外延、光刻、刻蚀、芯片封测等环节但就侧重点而言，光刻是集成电路芯片最重要的工艺环节，其直接决定了芯片的制程以及性能水平与集成电路芯片不同，光芯片对制程要求相对不高，外延设计及制造是核心，该环节技术门槛最高以激光器芯片为例，其决定了输出光特性以及光电转化效率目前使用的激光器芯片多采用多量子阱结构，多量子阱结构实际上是由厚度在纳米尺度的不同薄层材料构成的重复单元，通过对多量子阱精细结构的调节可以使激光器工作在不同的波长之下，进而满足不同的应用需求是否具备良好的外延设计及制造能力是光芯片制造商最重要评价标准，同时对于研发人员的经验积累要求高光芯片核心在外延环节，在工艺层面标准化程度相对低，其性能依赖于具体的工艺设计&制备，因而这也就决定了IDM模式是主流，这区别于标准化程度高、行业分工明确的集成电路芯片领域考虑到光芯片的核心环节在外延层的设计与制备，要求设计与晶圆制造环节相互反馈与验证以不断优化产品性能实现高性能指标，因而IDM模式为主流：1）有助于快速改良芯片设计并优化制造工艺，大大缩短产品研发及量产交付周期；2）更利于保证生产过程中工艺的稳定和可靠，从而更好地控制产品良率；3）还助于保护结构设计与工艺制程的知识产权。

并且从自主可控的角度，IDM模式也能够摆脱对海外进口的依赖，真正解决“”问题海外头部厂商均采用IDM模式，国内厂商加速强化自身的外延能力从行业内来看，以II-VI、Lumentum、住友、MACOM等为代表的海外头部光芯片厂商均采用IDM模式，除了衬底需要对外采购，全面覆盖芯片设计、外延生长、晶圆制造、芯片加工和测试等全流程环节国内厂商普遍具有除晶圆外延环节以外的后端加工能力，而最核心的外延技术相对并不成熟但同时也能看到当前国内厂商正加速强化自身的外延能力，除了一些原本外延能力相对较强的厂商外，很多传统聚焦于芯片后段工艺的厂商近年来也开始完善自身的外延能力因而低端产品（如2.5GDFB激光器芯片）不少国内厂商已能够实现完全IDM模式生产，而在稍高端的产品方面，仅少数国内厂商具备自主外延能力其次，从芯片材料（衬底）角度，较之集成电路芯片常用的硅片，二代化合物半导体（如InP、GaAs）是更为常用的光芯片材料对于激光器芯片，以III-V族的直接间隙半导体InP和GaAs为主，材料的带隙大小决定了激光器芯片的发光波长，因而光芯片材料的选择依具体所需的发光波长而定Si作为间接带隙材料不适合直接发光因而不适合作为激光器芯片的材料平台。

探测器芯片则以Si、Ge、InP等为主其他的光芯片，如调制器芯片是Si、InP和LiNbO3，而无源光芯片的材料一般是Si和SiO2另外，以SiC，GaN为代表的第三代半导体也可作为光芯片的材料当然由于其对应的发光波长范围与二代半导体（InP、GaAs）有显著差别，因而其主要应用场景并非光通信领域，而是显示领域的LED除此之外，考虑到第三代半导体作为宽禁带半导体材料，具有击穿电场强度高、热稳定性好、载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，因此除了光电子领域外，其应用场景更多集中在功率器件和射频器件领域五、 光通信行业发展机遇从产业链来看，光通信产业链加速从下游向上游传导，上游芯片作为“”环节亟待的进一步深入下游以华为、中兴为代表的设备商已是行业领军者，而光模块领域在过去十年依托工程师红利、劳动力红利、供应链优势等因素也快速完成了根据Lightcounting的统计，2010年仅一家国内厂商跻身前十之列，到了2021年，前十大之中国内厂商已占据半壁江山与之相较，海外光模块厂商在人力成本、供应链完善程度逐渐处于劣势，因而更多侧重于高端光器件及门槛较高的上游光芯片等环节光芯片而言，当前高端产品仍是海外主导，国内厂商的整体实力与海外龙头仍有差距。

整体来看，从产品的角度，当前10G及以下的中低端产品国产程度已经较高，25G已有少部分厂商能批量发货，25G以上处于研究或小规模试产阶段，近年来头部厂商在高端产品领域的进展加速明显从应用领域的角度，当前国内厂商在电信市场的光纤接入和无线接入领域参与程度较高，同时在以中高端需求为主的数通市场也开始加速推进从外延能力角度，虽然国内厂商激光器芯片核心的外延技术整体仍有较大提升空间，高端的外延片仍需要向国际外延厂采购，但同时也可以看到越来越多的光芯片厂商开始强化自身的外延能力，开始向IDM模式发展因而，我们认为技术能力突出聚焦高端产品，具备自主外延设计和制备能力以IDM模式发展的国内厂商竞争优势显著有望迎来重要发展机遇，伴随高端产品开启&数通领域渗透启动，有望充分打开未来成长空间首先，从产品角度，10G及以下的中低端芯片持续深入，国产化程度已经较高国内厂商基本掌握了2.5G和10G产品的核心技术，除了部分型号产品（如10GEML激光器芯片）国产化率相对较低，大部分产品已基本能实现具体来看，根据ICC咨询的统计，1）中低端的2.5G及以下DFB/FP：基本全由国内厂商主导，市场份额相对分散整体竞争激烈，国外厂商出于成本等因素的考虑已基本退出了相关市场，2021年国产的相关产品占全球市场比重超90%；2）10GDFB：国内厂商同样份额居前，2020年源杰科技以20%的市占率居首，云岭光电/中电13所/中科光芯分居3~5位，国产占全球市场比重约60%。

以国内激光器芯片龙头源杰科技为例，公司当前营收主要来源是电信市场，同时公司开始尝试突破数通市场，当前数通相关产品的营收占比不高但增速显著2019~2021年光纤接入领域的相关产品（2.5G、10G）仍是业绩贡献的主要来源，营收占比分别为90.0%/46.1%/73.8%无线接入领域的相关产品（10G、25G）在2020年迎来占比的显著提升，主要由于运营商5G基站建设规模大幅增加拉动了用于前传光模块的25GDFB芯片的需求同时，随着公司25GDFB激光器芯片经下游客户认可实现批量出货，数通领域的营收开始迎来快速增长，营收占比从2020年的2.6%提升至2021年的14.4%再者，外延作为光芯片最为核心的环节，虽然国内厂商外延技术相对仍不成熟，但当前正加速强化自身外延能力一方面，较之海外以II-VI、Lumentum、Avago、住友、MACOM等为代表的海外头部厂商，国内厂商普遍具有除晶圆外延环节以外的后端加工能力，而最核心的外延技术相对仍不成熟，高端外延片目前仍主要外采另一方面，当前国内厂商正加速强化自身的外延能力，除了一些原本外延能力就较强的厂商外，一些传统聚焦于芯片后段工艺的厂商近年来也开始完善自身的外延能力，在一些低端芯片领域实现完全的IDM模式生产。

六、 以企业为中心的观念以企业为中心的市场营销管理观念，就是以企业利益为根本取向和最高目标来处理营销问题的观念它包括以下几种1、生产观念生产观念是一种最古老的营销管理观念生产观念认为，消费者总是接受任何他能买到的价格低廉的产品因此，企业应当致力于提高生产效率，实现低成本和大众分销持生产观念的企业的典型口号是：“我们生产什么，就卖什么生产观念在西方盛行于19世纪末20世纪初当时，资本主义国家处于工业化初期，市场需求旺盛，整个社会产品供应能力则相对不足企业只要扩大生产价廉物美的产品，就能盈利，而不必过多关注市场需求差异在这种情况下，生产观念为众多企业所接受除了物资短缺、产品供不应求的情况之外，还有一种情况也会导致企业奉行生产观念这就是某种具有良好市场前景的产品，技术含量和生产成本很高，必须通过提高生产率、降低成本来扩大市场生产观念是一种重生产、轻市场的观念在物资紧缺的年代也许能“创造辉煌”，但随着生产的发展、供求形势的变化，这种观念必然使企业陷入困境2、产品观念产品观念认为，消费者最喜欢高质量、高性能和具有某些特色的产品因此，企业管理的核心是致力于生产优质产品，并不断精益求精持产品观念的公司假设购买者欣赏精心制作的产品，相信他们能鉴别产品的质量和功能，并愿意出较高价格购买质量上乘的产品。

这些公司的经理人员常迷恋自己生产的产品，而不太关注市场是否欢迎他们在设计产品时只依赖工程技术人员而极少让消费者介人产品观念和生产观念几乎在同一时期流行与生产观念一样，产品观念也是典型的“以产定销”观念由于过分重视产品而忽视顾客需求，这两种观念最终将导致“营销近视症”如铁路行业以为顾客需要火车而非运输，忽略了航空、公共汽车、卡车以及管道运输的日益增长的竞争；计算尺制造商以为工程人员需要计算尺而非计算能力，忽视了袖珍计算器的挑战，其最终结果是产品被市场冷落，经营者陷入困境甚至破产3、推销观念推销观念（或销售观念）认为，消费者通常有一种购买情性或抗衡心理，若听其自然，消费者就不会大量购买本企业的产品，因而营销管理的中心是积极销售和大力推广执行推销观念的企业，称为推销导向企业其口号是：“我们卖什么，就让人们买什么推销观念盛行于20世纪三四十年代在这一时期，由于西方各国科学管理和大规模生产盛行。