长光华芯评级中小盘首次覆盖报告：铸激光之“芯”，风鹏正举未来已来

股票代码 ：688048
股票简称 ：长光华芯
报告名称 ：中小盘首次覆盖报告：铸激光之“芯”，风鹏正举未来已来
评级 ：买入
行业：半导体

renlang@kysec.cn

1.86/2.91/4.27 亿元，对应 EPS 分别为 1.37/2.14/3.15 元/股，当前股价对应 PE 分

⚫需求扩张叠加国产化加速，激光芯片行业长坡厚雪
据 Laser Focus World 预计 2017-2022 年全球和国内激光器市场将分别从 137.7 亿 美元和 69.5 亿美元增长至 201.0 亿美元和 147.4 亿美元，复合增长率达 7.9%和 16.2%。半导体激光芯片可作为其他激光器的泵浦源和直接应用，亦受下游拉动 需求快速提升。在应用最广泛的光纤激光器领域，以锐科、创鑫为代表的本土厂

步突破，产品单位成本显著下降，叠加技术进步带来的良率提升，竞争力进一步

增强。在国产替代浪潮下，公司业绩进入快速发展期。

⚫风险提示：产品价格大幅波动、需求不及预期、芯片供应链受外部因素扰动。

财务摘要和估值指标

数据来源：聚源、开源证券研究所

中小盘首次覆盖报告

目录

1、半导体激光芯片龙头快速成长，如日方升 ........................................................................................................................ 4 1.1、半导体激光芯片行业老牌劲旅，VCSEL 和光通信新贵崛起 ................................................................................ 4 1.2、业绩靓丽再上新台阶，芯片占比提升增厚利润...................................................................................................... 5 1.3、研发实力铸就深厚壁垒，股权激励稳定核心人才 .................................................................................................. 6 1.4、 IDM 模式奠定长期发展壁垒..................................................................................................................................... 8 2、需求扩张叠加国产化加速，激光芯片行业长坡厚雪....................................................................................................... 12 2.1、半导体激光芯片：光纤激光器的核心泵浦源........................................................................................................ 12 2.2、产业升级叠加国产替代，激光器市场稳定成长.................................................................................................... 15 2.2.1、产业升级拓宽增量市场，激光芯片需求扩张 ............................................................................................. 15 2.2.2、激光器国产替代如火如荼，本土激光芯片搭乘东风 ................................................................................. 17 2.3、海外厂商产品完整综合实力强，中国厂商加速追赶缩小差距 ............................................................................ 18 2.3.1、海外龙头布局完整，中国厂商奋力追赶补全版图 ..................................................................................... 18 3、激光雷达、3D 传感蓬勃发展，VCSEL 蓄势待发 ........................................................................................................... 20 3.1、 VCSEL 兼顾质量和成本，市场规模快速扩大 ...................................................................................................... 20 3.2、激光雷达高速发展，3D 传感稳定成长.................................................................................................................. 20 3.2.1、激光雷达助力自动驾驶已经成为行业共识 ................................................................................................. 20 3.2.2、消费电子市场扩张，3D 传感逐步成长 ....................................................................................................... 22 3.3、美国龙头树大根深，中国厂商旭日初升 ............................................................................................................... 23 4、百舸争流，奋楫者先：壁垒深厚，强者恒强 .................................................................................................................. 24 4.1、技术积累丰富，产品性能跻身全球前列 ............................................................................................................... 24 4.2、产能扩充突破规模瓶颈，业绩成长进入快车道.................................................................................................... 26 4.3、横向拓展，纵向延伸，打开成长空间 ................................................................................................................... 27 5、盈利预测与投资建议 .......................................................................................................................................................... 29 6、风险提示 .............................................................................................................................................................................. 30 附：财务预测摘要 ...................................................................................................................................................................... 31

图表目录

图 1：长光华芯是国内激光芯片龙头厂商，主要产品包含高功率单管、巴条、VCSEL、光通信等 ............................... 4 图 2： 2021 年公司实现 30W 高功率半导体激光芯片量产 ..................................................................................................... 5 图 3：公司营业收入在近年实现快速增长 ............................................................................................................................... 5 图 4：单管系列放量是公司营收增长主因 ............................................................................................................................... 5 图 5：伴随单管芯片量产，2021H1 公司毛利率水平提升 ...................................................................................................... 6 图 6： 2021H1 单管系列中单管芯片的收入占比提升 .............................................................................................................. 6 图 7： 2018-2021 年销售和管理费用率呈下降趋势 ................................................................................................................. 6 图 8： 2020 年起公司净利润逐步释放 ...................................................................................................................................... 6 图 9：逐年攀升的研发支出是研发实力的重要保障 ............................................................................................................... 7 图 10：研发人员占总员工比例超三成 ..................................................................................................................................... 7 图 11：管理团队经验丰富，人员稳定 ..................................................................................................................................... 7 图 12：核心技术人员均为行业资深专家，有力推动长光华芯核心技术研发、提升、产业化的进程 .............................. 8 图 13：三大员工持股平台稳定核心人才，华为哈勃为战略股东 .......................................................................................... 8 图 14： IDM 模式覆盖芯片设计、晶圆制造、封装测试等全部环节 ..................................................................................... 9 图 15：全球激光芯片龙头恩耐集团同样布局全产业链产品 ................................................................................................ 10

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图 16：公司覆盖芯片设计、外延片制造、晶圆制造、芯片加工及器件封装全流程 ........................................................ 11 图 17：激光器是将电能转化为光能的设备 ........................................................................................................................... 12 图 18： 2020 年全球光纤激光器占工业激光器比重过半....................................................................................................... 13 图 19： 2020 年国内光纤激光器占工业激光器比重过半....................................................................................................... 13 图 20：半导体激光芯片是激光产业链上游的核心元器件 .................................................................................................... 13 图 21：半导体激光在光纤激光器中起到泵浦源的作用........................................................................................................ 14 图 22： EEL 发射的激光与芯片表面平行，VCSEL 发射的激光与芯片表面垂直 .............................................................. 14 图 23：单管芯片只有一个发光点 ........................................................................................................................................... 15 图 24：巴条芯片有多个发光点 ............................................................................................................................................... 15 图 25：激光器市场有望稳步成长 ........................................................................................................................................... 16 图 26：激光器下游应用广泛，发展空间广阔 ....................................................................................................................... 16 图 27： 2020 年全球激光芯片市场规模为 2.82 亿美元 ......................................................................................................... 16 图 28： 2020 年国内激光芯片市场规模为 5.29 亿元 ............................................................................................................. 16 图 29： 2017-2020 年中国光纤激光器国产化率从 34%提升至 56% ..................................................................................... 17 图 30：国内中低功率激光器已基本实现国产化 ................................................................................................................... 18 图 31：高功率光纤激光器国产化率仍需提升 ....................................................................................................................... 18 图 32：国外公司产品序列完整，国内公司加速业务布局 .................................................................................................... 19 图 33： VCSEL 激光器市场规模预计快速扩大 ...................................................................................................................... 20 图 34：移动和消费是 VCSEL 市场主要的应用方向 ............................................................................................................. 20 图 35：激光雷达通过激光折返的时间和相位差确定目标对象的距离和图像 .................................................................... 21 图 36：半导体激光器是激光雷达上游核心元器件 ............................................................................................................... 21 图 37：预计 2025 全球激光雷达市场达 135 亿美元 ............................................................................................................. 22 图 38：预计 2025 中国激光雷达市场达 43.1 亿美元 ............................................................................................................ 22 图 39： 3D 结构光和 TOF 时间飞行法是主要的 3D 方案 ..................................................................................................... 22 图 40：全球 3D 传感市场 2025 年有望达到 150 亿美元 ....................................................................................................... 23 图 41：应用于 3D 传感的 VCSEL 营收持续攀升 .................................................................................................................. 23 图 42：苹果的示范效应带动各手机品牌商纷纷在旗舰机上尝试搭载 VCSEL 芯片 ......................................................... 23 图 43： VCSEL 市场由欧美主导，中国厂商加速布局 .......................................................................................................... 24 图 44：四大先进工艺技术，提升激光芯片功率、寿命、光束质量、光电转化效率 ........................................................ 25 图 45：长光华芯商业化单管芯片输出功率达到 30W，波长范围覆盖 808-1064nm .......................................................... 25 图 46：长光华芯巴条芯片可实现 200W 连续激光输出及 700W 准连续激光输出 ............................................................ 26 图 47：以高功率半导体激光芯片为支点，横向拓展，纵向延伸 ........................................................................................ 28 图 48：募投项目围绕产能扩充、产品布局，技术储备三大方向开展 ................................................................................ 28

表 1： IDM 模式重资产投入高，机器设备价格高昂 ............................................................................................................. 10 表 2：光纤激光器兼顾电光转化效率和光束质量 ................................................................................................................. 12 表 3： EEL 发光功率高，VCSEL 可靠性高、成本低 ........................................................................................................... 14 表 4：国外厂商起步早、规模大、综合实力较强，国内公司星星之火，奋力追赶 .......................................................... 19 表 5： 2021 年上半年起长光华芯芯片产能大幅提升 ............................................................................................................ 26 表 6： 2021 年 1 月导入 6 寸产线后芯片后单位生产成本显著下降 ..................................................................................... 27 表 7：可比公司估值参考（亿元、元/股） ............................................................................................................................ 29

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1、半导体激光芯片龙头快速成长，如日方升

1.1、半导体激光芯片行业老牌劲旅，VCSEL 和光通信新贵崛起

长光华芯是国内半导体激光芯片稀缺龙头，产品序列完整，综合实力强劲。公司主 要从事半导体激光芯片、器件及模块等激光行业核心元器件的研发、制造及销售。产 品包括高功率单管系列产品、高功率巴条系列产品、高效率 VCSEL 系列产品以及光 通信芯片系列产品等。广泛应用于光纤激光器、固体激光器及超快激光器等光泵浦 激光器泵浦源、直接半导体激光输出加工应用，激光雷达、3D 传感与摄像，高速光 通信等领域。公司具备半导体激光芯片 IDM 全流程工艺平台，产品打破海外禁运，高功率激光器芯片技术指标达到全球领先水平。客户覆盖如飞博激光、创鑫激光、锐 科激光、大族激光、光惠激光等多家知名激光器厂商。

图1：长光华芯是国内激光芯片龙头厂商，主要产品包含高功率单管、巴条、VCSEL、光通信等

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

深耕行业十载，步步为营跻身全球激光芯片公司前列。公司 2012 年成立，成立之初 厚积薄发专注基础技术和产品突破，公司在这期间不断强化芯片设计、晶圆制造、芯 片加工及封装测试等工艺积累，实现光纤耦合模块、阵列模块全面量产。2018 年，公司确立“横向拓展、纵向延伸”的发展策略，以高功率半导体激光芯片为核心，横 向扩展至 VCSEL 芯片及光通信芯片，纵向延伸至激光器件、模块及直接半导体激光 器等下游芯片加工产品，产品布局逐步明确，业务全面铺开。2019 至今，国产替代 背景下公司高功率半导体激光芯片在市场上崭露头角，业绩开启腾飞之路。同时核 心产品迅速迭代性能跻身全球前列，2019-2021 年陆续推出 15W、18W、25W 高功率 半导体单管芯片、1000 瓦 940nm 巴条芯片、VCSEL 半导体激光芯片等。目前，公司 30W 高功率半导体单管芯片已实现量产，在研产品冲击 40W，面发射高效率 VCSEL 系列产品已通过相关客户的工艺认证并获得订单，业绩步入发展快车道。

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图2：2021 年公司实现 30W 高功率半导体激光芯片量产

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

1.2、业绩靓丽再上新台阶，芯片占比提升增厚利润

受益单管系列产品迅速放量，公司收入在近年实现快速成长。2018-2021 年，受益于 半导体激光芯片整体市场规模扩大，进口替代进程加快，公司单管系列产品销量提 升拉动业绩增长，营业收入由 0.92 亿元增至 4.29 亿元，年复合增速 67.07%。高功率 单管系列是公司营收的主要来源，受益于国产替代进程加速和下游激光器市场的快 速发展，2021 年公司单管系列取得营收 3.61 亿元，同比增加 65.9%，带动公司整体 营收增加。

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片量产，同时受益于国产替代进程加速，下游厂商如锐科激光、创鑫激光等对裸芯片 的采购量增加，因此 2021 年上半年公司单管芯片占单管系列的份额从 2020 年的 21.43%快速提升至 54.77%，首次超过光纤耦合模块成为核心收入来源。由于高毛利 单管芯片收入占比提高，公司营收结构改善，整体毛利率从 2020 年的 31.35%提升到 2021 上半年的 52.82%。

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元、5270.65 万元、6033.18 万元及 8592.92 万元，呈稳定上升趋势。半导体激光行业 作为技术密集型行业，研发人员在产品结构设计、优化工艺、提升产品良率等方面具 有举足轻重的作用。截止 2021 年上半年，长光华芯的研发人员共 106 人，占员工总 数的 30.46%，高水平的研发团队是长光华芯研发实力的重要保障。

管理层深耕行业多年经验丰富，核心技术人员引领公司实现高水平发展。经过多年 的稳健运营，公司通过外部引进和内部培养等方式构建了一批高层次的人才队伍，为企业后续的发展提供了有力的人力资源保障。其中，核心技术人员王俊、闵大勇、廖新胜、潘华东等均为半导体激光行业的资深技术专家，具有多年激光从业经验，主 持参与多项国家与省部级项目，在科研领域各有所长，对公司核心技术的研发、提 升、产业化起到核心引领作用。

图11：管理团队经验丰富，人员稳定

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

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图12：核心技术人员均为行业资深专家，有力推动长光华芯核心技术研发、提升、产业化的进程

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

股权激励稳定核心人才，华为哈勃作为战略投资者增资入股。公司设立三大员工间 接持股平台，分别为苏州英镭、苏州芯诚、苏州芯同，持股比例分别为 14.82%、1.59%、1.47%，共计 17.88%。其中，苏州英镭为核心管理团队持股平台；苏州芯诚和苏州芯 同为骨干员工持股平台。股权激励的实施有利于吸引和稳定核心技术人员和管理人 才，提高公司凝聚力和创新力。哈勃投资是华为的全资子公司，专注于投资国产芯片 产业链。2020 年 12 月，华为哈勃出资 7600 万元，直接持有公司对其定向增发的 506.50 万股，上市后持股比例为 3.74%。哈勃的注资凸显公司核心竞争力，同时也有 望导入华为优质的产业链资源，帮助公司实现良性成长。

图13：三大员工持股平台稳定核心人才，华为哈勃为战略股东

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所(截止 2022 年 3 月 29 日)

1.4、IDM 模式奠定长期发展壁垒

IDM 具有三大核心优势，为长光华芯铸就高护城河：设计端和生产端协同，加快产 品开发；从上至下统筹协调，产业链安全可控；固定资产投入大，资金设备壁垒高，阻挡潜在竞争者。半导体行业产业链主要包括芯片设计、晶圆制造、封装测试等环 节。根据是否从事晶圆制造、封装测试等环节，半导体行业的经营模式主要分为 Fabless（无晶圆厂）模式与 IDM（Integrated Device Manufacture，垂直整合制造）模

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式。Fabless 模式下的企业主要从事芯片设计及销售业务，将晶圆制造、封装测试等 生产环节委托给第三方企业完成。IDM 模式下的企业独立从事芯片设计、晶圆制造、封装测试等全部环节。由于光电子器件遵循特色工艺，器件价值的提升依靠功能的 增加，核心竞争点在于工艺的成熟度和稳定性，以及工艺平台的多样性，IDM 模式 更有优势。因此在半导体激光器件领域，老牌优质公司如欧美激光巨头贰陆公司、IPG、恩耐集团均不约而同采用了 IDM 模式。新进企业由于资源有限，为了将资源 集中到设计和研发环节，大多采用 Fabless 模式，不参与晶圆制造和封装测试环节。

图14：IDM 模式覆盖芯片设计、晶圆制造、封装测试等全部环节

资料来源：长光华芯招股说明书、《垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介及行业发展趋势》、开源证券

研究所

IDM 的第一大优势在于能够实现设计和生产工艺的融合，加快技术向产品的转化。上游电子元器件制备工艺环环衔接，丝丝入扣，各技术工艺之间相互影响，牵一发而

动全身，上下游或各环节间一旦统筹不佳或沟通不畅，很容易顾此失彼，左支右绌。

因此，为了研制出性能更好的半导体激光器，设计、工艺和生产环节需要协同配合，

多管齐下，同步优化。输出功率、电光转化效率、长期运行可靠性是高功率激光器最

重要的三个指标。要实现这三大性能的提升，首先需要在设计端发力，包括结构的优

化设计以及工艺制备流程的设计等；其次需要具备低缺陷密度的高质量外延材料生

长工艺能力；同时需要低缺陷低应力的器件制备工艺，尤其是高功率工作条件下的 腔面抗损伤镀膜/钝化工艺等；最后采用合适的封装技术来解决热应力热稳定性等问 题亦尤为重要。因此采用 IDM 模式是实现上述芯片性能的基础。

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图15：全球激光芯片龙头恩耐集团同样布局全产业链产品

资料来源：恩耐官网

IDM 的第二大优势在于供应链相对安全。由于在晶圆制造领域的技术仍存在瓶颈，当前我国高端芯片严重依赖进口。近年来中美博弈愈演愈烈，国际半导体产业链面

临诸多不稳定因素，在“卡脖子”的芯片环节，仍面临海外断供风险。激光芯片作为 下游诸多器件和设备的核心亦需要拥有稳定的本土供应链。IDM 模式下芯片设计、制造、封装和测试技术均有涉及，产业链更加安全可控。

此外 IDM 需要重资产投入，无形中抬高行业门槛，提升自身壁垒。IDM 模式重资产 投入，厂商前期需要投入大量的资金建造厂房和产线，因此营收增幅往往慢于 Fabless。

以长光华芯 IPO 募投项目为例，采购的设备中电子束光刻机、溅射腔面镀膜机、外 延 MOCVD、离子注入设备等单台价格均超千万。再加上厂房购置、产线建设等，前 期的资金投入较高，高昂的市场进入成本使得许多新进厂商对 IDM 模式望而却步。

而激光芯片相比数字或模拟芯片市场规模相对有限，具备先发优势的 IDM 厂商无疑 具备显著的优势。

表1：IDM 模式重资产投入高，机器设备价格高昂

高功率激光芯片、器件、模块产能扩充项目

垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）及光通讯激光芯片产业化项目

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数据来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

长光华芯采用外延片、晶圆、芯片封装等在内的垂直一体化 IDM 模式，有利于提升 生产效率，加快推行新技术。经过多年研发和产业化积累，公司已掌握半导体激光芯 片核心制造工艺的关键环节，建成覆盖芯片设计、外延片制造、晶圆制造、芯片加工 及器件封装测试的全流程工艺平台。公司采用 IDM 模式一方面能够实现设计、技术 等环节的协同优化，理解终端用户的客户需求，生产不同功能的激光芯片及其器件，提升生产的弹性和效率；另一方面能够在下游终端客户的引领下，快速迭代，持续开 展技术和产品创新，有助于公司更好地进行技术及应用积累，率先开发并推行新技 术。

图16：公司覆盖芯片设计、外延片制造、晶圆制造、芯片加工及器件封装全流程

资料来源：长光华芯招股说明书

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2、需求扩张叠加国产化加速，激光芯片行业长坡厚雪

2.1、半导体激光芯片：光纤激光器的核心泵浦源

激光器是能将电能转化为可聚焦和塑形的光能的装置，主要由光学系统、电源系统、控制系统和机械结构组成。其中，光学系统包括增益介质、泵浦源和谐振腔等光学材 料。增益介质是光子产生的源泉，泵浦源为增益介质提供能量激励，谐振腔是光子频 率、相位、运行方向的调节场所。激光器工作时，增益介质在吸收泵浦源的能量后，产生出能量、波长和方向高度一致的光子，这些光子在谐振腔内不断反射从而生成 并放大激光，最后通过反射镜射出，用于材料加工和信息传递。

图17：激光器是将电能转化为光能的设备

资料来源：联赢激光招股说明书

光纤激光器兼顾转化效率和光束质量，是当前主流路线。（1）按增益介质的不同，激 光器可以分为固态激光器、液体激光器和气体激光器等。固态激光器由于稳定性好、功率高、维护成本低，因此应用范围最广，市场占有率也最高；液体激光器和气体激 光器效率低且维护成本高，因此应用范围十分有限。（2）固态激光器又可进一步细分 为以晶体为增益介质的固体激光器、以玻璃光纤为增益介质的光纤激光器、以半导 体材料为增益介质的半导体激光器。其中，光纤激光器兼顾电光转化效率和光束质 量，性能优越且适用性强。近十年市场份额快速提升，尤其在工业领域是当前主流的 技术路线，无论在全球还是国内都占据一半以上的市场份额。半导体激光器具有电 光转化效率高、体积小、寿命长、可靠性高和成本低等优点，但由于光束质量相对较 差，直接半导体激光器市场规模较小，更多作为其他类型激光器的泵浦源使用。

表2：光纤激光器兼顾电光转化效率和光束质量

资料来源：长光华芯招股说明书、炬光科技招股说明书、联赢激光招股说明书、开源证券研究所

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半导体激光芯片被用作激光器泵浦源，是激光产业链上游的核心元器件。激光产业 链上游是利用各类芯片原材料、光纤材料等，制造激光芯片及光电器件、模组、光学 元件；中游是利用上游激光芯片及元件等作为泵浦源制造各类激光器，包括直接半 导体激光器、气体激光器、固体激光器、光纤激光器等；下游是激光设备及各类应用 场景，包括工业加工装备、激光加工、医疗、通讯、传感、显示监控及国家战略高技 术等。以光纤激光器为例，半导体激光芯片经过与热沉等部件的贴合焊接可封装制 作成为半导体激光器件；再结合准直镜等光学元器件可耦合制作成为光纤耦合模块，用作光纤激光器的核心泵浦光源；多个泵浦源结合增益光纤等可制作成为光纤激光 器应用于各类场景；这其中，上游的激光芯片影响着激光设备输出光束的功率、质量 等，是整个激光器的核心。

图20：半导体激光芯片是激光产业链上游的核心元器件

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所（红色字体是长光华芯布局的产品）

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图21：半导体激光在光纤激光器中起到泵浦源的作用

资料来源：创鑫激光招股说明书、炬光科技/长光华芯官网、开源证券研究所

EEL 输出功率高，VCSEL 可靠性高且成本低。半导体激光芯片以半导体材料为增益 介质，将注入的电流电能以电激励源方式激发，输出激光实现电光转化。根据谐振腔 工艺的不同，半导体激光芯片可分为 EEL（Edge Emitting Laser，边发射激光芯片）和 VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，面发射激光芯片）。二者的区别在 于芯片上镀光学膜的位置不同，因而形成不同的谐振腔，带来不同的激光发射方向。EEL 发光面位于芯片侧面，发射出的激光与芯片表面平行。优势是输出功率和光电 效率高，缺点是光束质量差，生产工艺复杂，依赖工人手工装调，性能一致性难以保 障且生产成本高。VCSEL 发光面与芯片平行，发出的激光与芯片表面垂直。优点是 光束质量好、精度高、成本低，但发光功率较低。因此在对功率有较高要求的工业领 域，目前仍以 EEL 为主，而在 3D 传感等领域 VCSEL 则是主流。

图22：EEL 发射的激光与芯片表面平行，VCSEL 发射的激光与芯片表面垂直

资料来源：禾赛科技招股说明书

表3：EEL 发光功率高，VCSEL 可靠性高、成本低

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资料来源：FindLight、开源证券研究所

一个巴条芯片可解理为多个单管芯片，发光功率较单管芯片更高。根据单个芯片发 光点数的不同，芯片可以分为单管芯片和巴条芯片。单管芯片只有一个发光单元，巴 条芯片具有多个发光单元。巴条芯片经过钝化、镀膜后，可解理为多个单管芯片，视 作多个单管芯片并排排列。发光点数的差异使得单管芯片和巴条芯片的应用领域侧 重也不同。单管芯片只有一个发光点，易于进行光纤耦合，便于检修维护和更换，因 此常作为光纤激光器的泵浦源用于工业加工领域。巴条芯片发光点数多，具有更高 的发光功率，主要用于科研与国家战略高技术、医疗美容等领域。

2.2、产业升级叠加国产替代，激光器市场稳定成长

2.2.1、产业升级拓宽增量市场，激光芯片需求扩张

激光器市场稳定增长，空间广阔。2017 年全球激光器市场规模为 137.7 亿美元，国 内激光器市场规模为 69.5 亿美元。Laser Focus World 预计 2022 年全球市场和国内市 场将分别增长至 201 亿美元和 147.4 亿美元，年复合增速分别为 7.9%和 16.2%。行 业主要下游均呈现蓬勃发展态势：（1）工业领域：激光加工可对材料进行打孔、切割、焊接、熔覆，具有精度高、低能耗、污染小等特点。随着我国制造技术及自动化技术 的升级换代，激光技术将对传统工业加工方式实现广泛替代，持续推动工业激光器 需求。（2）通信和光存储：随着云计算、5G 网络和大数据技术的普及，数据存储需 求和流量需求增加，光通信行业不断扩大。（3）科研与军事领域：激光器是诸多技术 和武器研究的必要条件，在高端制造、精密材料、制导、激光武器等领域，科研项目 对激光器的性能要求更高，各国对科研和军事经费的投入增加促进激光器行业稳定 发展。（4）生物医疗领域：激光器主要应用于临床标本或组织的检测和诊断、临床治 疗与手术等方面，市场需求稳步上升。根据 Allied Market Research 发布的数据，预 计到 2026 年医疗激光市场规模将达到 162.3 亿美元，成长空间广阔。

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伴随激光器行业的快速发展，半导体激光芯片需求随之扩大。高功率半导体激光芯

片搭载在半导体激光器上，用作各类激光器的核心泵浦源。因此下游激光器是半导

体激光芯片市场规模的核心推动力。随着产业升级和国产化进程加速，国内光纤激

光器市场不断扩大，半导体激光芯片的需求也随之提升。根据长光华芯招股书的测 算，2020 年全球激光芯片市场空间为 18.30 亿元（2.82 亿美元）；国内激光芯片市场 空间为 5.29 亿元，占全球市场比重为 28.91%。测算过程如下：第一步，2020 年全 球激光器销售额为 160.10 亿美元，其中，使用高功率半导体激光芯片的市场规模为 94.62 亿美元。第二步，按照激光器行业平均 30%的毛利率以及光纤耦合模块占激光 器成本的 50%测算，2020 年全球光纤耦合模块的市场规模约 33.12 亿美元。第三步，按照长光华芯光纤耦合模块平均 15%的毛利率以及激光芯片占光纤耦合模块成本的 10%测算，2020 年全球激光芯片的市场规模约为 2.82 亿美元（若按 1:6.5 的汇率折 算则对应 18.30 亿元人民币）。按照相同的测算步骤，2020 年国内工业激光器的整体 市场规模约为 177.74 亿元，同理得出国内光纤耦合模块的市场规模约为 62.21 亿元，激光芯片的市场规模约为 5.29 亿元。而据《2022 中国激光产业发展报告》阐述，国 内光纤激光器市场规模 2021 年实现 32.5%的增速，同时预计 2022 年仍将有 10.6% 增长，可以看出在国内制造业不断升级的过程中，激光设备以及上游的激光器都将

保持较快速度成长，对应激光芯片的市场规模也将实现稳步提升。

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2.2.2、激光器国产替代如火如荼，本土激光芯片搭乘东风

激光器市场国产替代紧锣密鼓加速进行，以锐科激光和创鑫激光为主的国内激光器 厂商奋发图强扩大份额，带动本土激光器行业国产化率不断提高。据 Laser Focus World 统计，2017 年中国光纤激光器市场规模为 11.53 亿美元，其中国内厂商份额约 为 3.87 亿美元，国产化率 33.6%。2017 年至 2020 年间，国家不断推出相关法律法 规，推动激光技术和激光加工设备产业发展，以锐科激光和创鑫激光为首的国内激 光器厂商份额不断扩大，迅速取代 IPG 等国外厂商的份额，光纤激光器国产化率从 33.6%提升至 56%。光纤激光器国产化率的提升给上游半导体芯片的国产替代打下基 础。出于技术提升、产业协同、成本和产业链安全等因素考虑，本土激光器厂商在激 光芯片领域开始逐步摆脱进口依赖，采用国产产品。尤其是 2018 年以来，全球贸易 争端频发，基于供应链安全的考虑，激光芯片国产替代进一步加速，产业迎来发展良

机。

图29：2017-2020 年中国光纤激光器国产化率从 34%提升至 56%

数据来源：Laser Focus World、开源证券研究所

中低功率激光器已自给自足，高功率国产化率仍需提升，半导体激光芯片是国产替 代的核心。虽然光纤激光器整体国产化率相较过去 5 年已有较大提升，但由于我国 半导体激光器制造等核心技术落后于国外发达国家，激光产业结构并不均衡。中低 功率激光器已自给自足，高功率激光器国产化率仍有待提高。根据《2020 中国激光 产业发展报告》，我国低功率光纤激光器国产化率超过 99%，中功率光纤激光器国产 化率超过 50%，高功率光纤激光器在 2013-2019 年间实现从无到有，国产化达到 55.56%。根据 Laser Focus World，2018-2021 年间， 3KW-6KW 级别、6KW-10KW 级 别、万瓦级别的高功率激光器国产化率分别从 16%、14%、6%提升至 86%、51%、49%。随着以长光华芯为代表的本土激光芯片厂商在芯片性能上不断突破逐步追平 甚至超越海外玩家，预计本土光纤激光器在高功率领域亦将有良好进展，带动芯片

市场实现扩容。

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2.3、海外厂商产品完整综合实力强，中国厂商加速追赶缩小差距

2.3.1、海外龙头布局完整，中国厂商奋力追赶补全版图

全球半导体激光芯片及器件市场仍以国外企业为主，以美国贰陆集团(II-VI)、朗美 通（Lumentum）、恩耐（nLight）、IPG 为首的龙头厂商产业链完备，业务范围广，在技术、规模、产业化上均具备领先优势。中国厂商规模较小，产品序列分散，与国 外厂商仍有较大差距，但近年以长光华芯、武汉锐晶、华光光电、炬光科技为代表 的国内厂商正在加速追赶，逐步以点带面提升性能扩充产品线，实力不断提升。（1）在高功率半导体激光系列领域，芯片层面，国外主要厂商有美国贰陆公司、朗美通、恩耐集团、IPG 等。其中恩耐集团和 IPG 自产芯片仅用于生产自身下游产品，不对 外销售。国内能够提供工业领域半导体激光芯片的公司以长光华芯、山东华光、度亘 光电和武汉锐晶为主。华光光电、度亘光电和长光华芯均为 IDM 模式，具备从芯片 设计、外延生产、晶圆制造等全流程产品制备能力，其中长光华芯在产品技术指标上 显著领先其他竞争对手。武汉锐晶产品主要向关联方锐科激光销售，下游客户覆盖 范围相对有限。器件和模块层面，炬光科技、凯普林、和星汉激光布局了相关业务，主要通过对外采购芯片进行模块封装供给下游厂商，长光华芯、山东华光等激光芯 片公司亦有所布局。（2）在 VCSEL 领域，全球龙头公司朗美通和贰陆集团的产业链 成熟，覆盖从芯片到激光器全产业链。国内公司有长光华芯、纵慧芯光等。纵慧芯光 设计和研发能力强，是华为旗舰手机 VCSEL 的主要供应商；长光华芯 VCSEL 芯片 已通过下游客户认证获得订单。

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图32：国外公司产品序列完整，国内公司加速业务布局

资料来源：各公司官网、各公司年度报告、长光华芯招股说明书、开源证券研究所

表4：国外厂商起步早、规模大、综合实力较强，国内公司星星之火，奋力追赶

一家专业激光器厂商，拥有全球领先的高功率边发射激光器（EEL）技

术、垂直腔面发射激光器（VCSEL）技术和光通信激光器技术，已为工

苹果智能手机 3D 人脸识别解锁（Face ID）应用。

主要从事高功率半导体激光芯片的研发、生产与销售、维修服务和技术

激光显示等领域。锐晶激光是锐科激光（已上市）的关联公司

主要从事半导体激光器外延片、芯片、器件、模组和应用产品的研发、

致力于为用户提供高功率以及高频率垂直腔面发射激光器（VCSEL）解

光通信等领域。

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主要从事激光行业上游的高功率半导体激光元器件、激光光学元器件的

器）、光场匀化器、光束扩散器、微光学透镜组、微光学晶圆等。

主要产品包括半导体激光器组件、系统及激光器配件，专注于高功率激

器、光纤激光器、超快激光器等产品的开发与市场应用。

资料来源：长光华芯招股说明书、各公司官网、开源证券研究所

3、激光雷达、3D 传感蓬勃发展，VCSEL 蓄势待发

3.1、VCSEL 兼顾质量和成本，市场规模快速扩大

VCSEL 性能好且成本低，主要用于激光雷达和 3D 传感。VCSEL 兼顾生产成本、产 品可靠性和光束质量，但功率密度较低限制了其在下游的应用。随着近年来多层结 VCSEL 激光器的发展，发光功率密度实现快速提升，低功率的局限性被逐步打破，未来有望逐渐实现更广泛的应用。目前，VCSEL 芯片的主要应用领域为激光雷达和 3D 传感。激光雷达领域，激光发射器以 EEL 为主，虽然发光功率密度高，但存在生 产成本高、光束质量差等问题。VCSEL 激光器凭借制造成本低、性能优异的优势，有望在激光雷达上实现对 EEL 的替代。3D 传感领域，相比 LED 等其他光源，VCSEL 在技术和成本上亦有显著优势。随着近年来智能汽车和消费电子的蓬勃发展，VCSEL 前景可期。2021 年，VCSEL 激光器市场规模达到 12.48 亿美元，其中在移动和消费 领域营收达到 7.97 亿美元，占整个 VCSEL 市场的 63.9%。Yole 预计 2026 年 VCSEL 激光器市场规模将达到 23.51 亿美元，5 年复合增长率 13.50%，市场规模快速增加。

VCSEL激光器市场规模(亿美元)

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波信号确定目标对象距离，获取目标表面形态等特征，并创建出清晰的 3D 图像。产 品包含激光发射、扫描系统、激光接收和信息处理四大系统。其中激光发射系统是激 光雷达的核心，通常以 EEL 激光器或 VCSEL 激光器作为激光光源。随着汽车向自 动驾驶过渡，激光雷达有望弥补摄像头、毫米波雷达等在精度、稳定性、抗环境干扰

和视野上的局限性，成为机器人感知外部环境不可或缺的元件，并广泛应用于无人

驾驶、无人机、服务机器人、军事等领域。

图35：激光雷达通过激光折返的时间和相位差确定目标对象的距离和图像

资料来源：Hamamatsu

图36：半导体激光器是激光雷达上游核心元器件

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

受益无人驾驶和高级辅助驾驶快速渗透，激光雷达需求也快速提升。激光雷达下游

应用领域有无人驾驶、高级辅助驾驶、服务机器人和车联网行业。其中，无人驾驶和 高级辅助驾驶是激光雷达的主要应用。据沙利文预测，2017-2025 年，全球激光雷达 市场规模将从 5.1 亿美元增长到 135.4 亿美元，年复合增长率 50.66%。其中，激光雷 达在无人驾驶领域的市场规模将从 0.8 亿美元增长至 34.5 亿美元，年复合增长率 60.08%。在高级辅助驾驶领域的市场规模从 1.1 亿美元增长至 46.1 亿美元，年复合

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增长率 59.51%。中国激光雷达市场规模将从 1.5 亿美元增长到 43.1 亿美元，年复合 增长率为 52.16%，激光雷达市场加速扩张，高速发展。

3.2.2、消费电子市场扩张，3D 传感逐步成长

VCSEL 应用于 3D 传感领域照明光源，市场空间广阔。3D 传感主要通过各类传感器 实现物体实时三维信息采集，主要应用于人脸识别、人机交互、AR/VR 等领域。其 实现方式有双目测距法、3D 结构光、TOF 时间飞行法三种方法。双目需要较高的算 力资源，实时性差，不适合小型化的应用场景，因此在消费电子领域，主要以 3D 结 构光及 TOF 时间飞行法为主。3D 结构光测量精度高，但技术要求高，主要被苹果用 于近距离的人脸识别；TOF 实时性好，原理简单，主要用于人脸识别、摄像头对焦、3D 拍摄等领域。以上两种 3D 传感方式必须主动发出特殊波段的红外光用于成像，而相比 LED，VCSEL 光源具有精度高，光电转换效率好，成本低廉的优势，未来有 望成为 3D 传感的主流光源。

图39：3D 结构光和 TOF 时间飞行法是主要的 3D 方案

资料来源：ResearchGate、开源证券研究所

消费电子、汽车等领域推动下 3D 传感市场不断扩大，VCSEL 前景广阔。2017 年苹 果首次将 3D 结构光技术用于 iPhoneX，使得 iPhoneX 成为率先大规模使用 3D 传感

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功能的消费电子终端。随后，华为、三星、OPPO 等厂商也陆续在摄像头模块中采用 3D 方案。目前 3D 相机在智能手机的应用主要集中于旗舰机，由于应用场景有限，其在手机市场整体渗透率仍然不高。但是，行业发展趋势来看，VCSEL 已经开始在 各个领域实现应用，如 TWS 耳机上即采用 VCSEL 作为入耳传感器光源；2020 年新 款 iPhone12 手机产品也开始搭载后置 3D D-TOF Lidar；而在汽车领域，近年 DMS 和 OMS 逐步成为汽车的标配，作为其红外照明光源，VCSEL 有望伴随 DMS 和 OMS 的普及实现放量。未来随着 5G 和 AR/VR 的发展，3D 传感市场有望广泛扩容，VCSEL 市场潜力较大。Yole 预计 2019-2025 年全球 3D 传感市场规模将从 50 亿美元左右增 长至 150 亿美元，年复合增速 20.09%；据 Trend Force 统计，2017 年-2021 年全球应 用于 3D 传感领域的 VCSEL 营收从 1.96 亿美元增长至 18.42 亿元，年复合增长率 75.09%。

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元，美国厂商合计占比 72%，居于绝对主导地位。其中，朗美通为世界龙头，全球市 场占有率高达 49%。贰陆集团占比 14%，美国博通占比 9%。欧洲厂商奥地利微电子 占比 11%，德国通快占比 9%，合计 20%。国产厂商仅纵慧芯光一家上榜，市占率为 2%。

图43：VCSEL 市场由欧美主导，中国厂商加速布局

数据来源：Semiconductor、开源证券研究所

4、百舸争流，奋楫者先：壁垒深厚，强者恒强

4.1、技术积累丰富，产品性能跻身全球前列

储备多项技术，不断进行技术积累以应对复杂的发展趋势和下游多元的应用场景，打造自身核心竞争力。长光华芯储备了器件设计及外延生长技术、FAB 晶圆工艺技 术、腔面钝化处理技术及高亮度合束及光纤耦合技术等诸多核心技术。覆盖单管芯 片、巴条芯片、VCSEL 芯片、光纤耦合模块、InP(磷化铟)材料体系等。（1）器件设 计及外延生长技术提高外延材料质量，包括高功率高效率高亮度芯片结构设计、分 布式载流子注入技术、MOCVD 外延生长技术、多有源区级联的垂直腔面发射（VCSEL）半导体激光器设计四个部分。通过以上自研技术，成功突破了外延技术 的行业难点，实现大功率工作条件下的载流子平衡均匀分布，增加输出功率的同时 保证器件寿命，为半导体激光芯片的制造提供高质量的外延晶体材料。（2） FAB 晶 圆工艺提升晶圆良率，包括低损伤刻蚀工艺技术和薄膜氧化热处理工艺技术两个部 分，有利于提高半导体激光芯片性能的一致性和可靠性，提高晶圆良率。（3）腔面钝 化处理技术提高芯片功率和寿命，能够降低激光器腔面的激光吸收从而减少热量产 生，提高芯片抗损伤阈值、功率和寿命，实现了半导体激光芯片的产业化应用。（4）高亮度合束及光纤耦合技术优化模块输出性能，包括高亮度光谱合束技术和高质量 光纤耦合技术这两个部分。公司利用高亮度光谱合束技术，采用光栅+外腔结构进行 波长选择性反馈，实现波长锁定，通过选择光栅参数将波长选择性反馈调整至合理 的范围。高质量光纤耦合技术将光纤耦合模块出射激光进行光束整形、合束，然后耦 合进光纤，提高光纤耦合模块的输出性能。

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图44：四大先进工艺技术，提升激光芯片功率、寿命、光束质量、光电转化效率

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

长光华芯作为国内半导体激光芯片龙头，在可实现功率和电光转换效率等性能指标

上已达到国内领先、国际先进水平。高功率单管和巴条芯片的功率及电光转换效率

越高，波长种类越多，技术水平越高，下游应用领域越广泛。目前长光华芯高功率单 管芯片可量产功率达到 30W，波长范围覆盖 808-1064nm，电光转换效率达到 60-65%，具有高功率、高效率、高可靠性特点，已成功导入锐科激光、创鑫激光及大族激光等 主流激光器及激光设备厂商。2021 年在研项目中单管芯片有望实现 40w 功率输出。巴条领域，在 100μm 条宽附近，长光华芯高功率巴条芯片可实现 100W 连续激光输 出及 300W 准连续激光输出，在 200μm 条宽附近，可实现 200W 连续激光输出及 700W 准连续激光输出，电光转换效率最大可达 63%，性能达到国际先进水平。同时 公司的产品线也在不断扩充，产品种类日益丰富，综合竞争力不断增强。

图45：长光华芯商业化单管芯片输出功率达到 30W，波长范围覆盖 808-1064nm

数据来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

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图46：长光华芯巴条芯片可实现 200W 连续激光输出及 700W 准连续激光输出

数据来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

4.2、产能扩充突破规模瓶颈，业绩成长进入快车道

公司积极扩产业绩进入快速发展期。公司客户需求旺盛，产能成为近年制约公司规

模扩大的主要瓶颈。2021 年 1 月，公司导入业内最大 6 寸晶圆生产线，芯片产能显 著提升。公司单管芯片 2020 年产量为 484 万颗，2021 年仅上半年产量就达到 796 万 颗，是 2020 全年水平的 1.6 倍。公司巴条芯片 2020 年产量为 4.6 万颗，2021 年上半 年产量为 4.99 万颗，超过 2020 全年水平。在本次募投项目中，公司再次投资 5.99 亿 元开展高功率激光芯片、器件、模块产能扩充项目，生产基地的建设及配套设备的购

置将扩大公司产能规模，有望推动公司业绩进入快速成长期。

表5：2021 年上半年起长光华芯芯片产能大幅提升

单管芯片

巴条芯片

单管器件及巴条器件

光纤耦合模块及阵列模块

直接半导体激光器

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数据来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

规模效应叠加良率提升有望进一步增强公司核心竞争力。公司已经建成 3 寸和 6 寸 半导体激光芯片量产线，构建了磷化铟、砷化镓两大材料体系和 EEL 和 VCSEL 发 射两大工艺技术和制造平台。半导体激光行业内 3 寸量产线为主流产线规格，6 寸线 是行业最大尺寸产线，相当于硅基 12 寸量产线水准。公司导入 6 寸产线后，规模效 应进一步显现，相关芯片生产成本显著下降。2021 年上半年，单管芯片单位成本从 7.37 元/颗下降到 4.37 元/颗，降幅达 40.65%；巴条芯片生产成本从 51.64 元/颗下降 到 34.86 元/颗，降幅达 32.48%。同时，大尺寸晶圆的应用使得材料利用率更高，技 术提升使得产品波长和稳定性更加可控，2018 至 2020 年公司激光芯片生产的良率不 断提高，复合增长率达到 33.40%。未来随着 6 寸晶圆生产线投产，现有产线自动化 程度加深，生产工艺日趋完善，产品良率有望进一步提升，有力提升公司核心竞争

力。

表6：2021 年 1 月导入 6 寸产线后芯片后单位生产成本显著下降

数据来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

4.3、横向拓展，纵向延伸，打开成长空间

“一平台、一支点、横向拓展、纵向延伸”，市场空间全面打开。长光华芯以苏州半

导体激光创新研究院为平台，攻坚半导体激光芯片领域尖端技术。以目前已经实现

大规模量产出货的高功率半导体激光芯片为支点，横向向工艺、设备等均有较高复 用性的 VCSEL 激光芯片及光通信芯片拓展，并建立了砷化镓和磷化铟两大材料体 系。在 VCSEL 芯片方面，公司目前已经拓展了替代 LED 光源的 PS 系列、用于距 离探测的 TOF 系列、以及用于产生结构光的 SL 系列产品。目前，公司的 VCSEL 产 品已经通过有关客户的工艺认证，并在 2021 年上半年开始陆续量产交付，产品应用 拓展到了激光雷达和 3D 传感领域。而在通信领域，光通信芯片是光电信号转换的核 心，公司也已经具备了包含外延生长、光栅制造、条形刻蚀、封装筛选等完整工艺产 线。未来公司有望在 3D 传感、激光雷达、光通信等领域广阔的市场中崭露头角。与 此同时，基于高技术壁垒的芯片，公司也在逐步向市场规模更加广阔的激光器件、模

块及直接半导体激光器等中下游器件、模组拓展，进一步打开成长空间。

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图47：以高功率半导体激光芯片为支点，横向拓展，纵向延伸

资料来源：长光华芯公司官网、开源证券研究所

公司 IPO 募资围绕“一平台、一支点、横向拓展、纵向延伸”的发展战略，扩充产 能产品布局，增强技术储备，全面提升竞争力。（1）“高功率激光芯片、器件、模块 产能扩充项目”拟投入 5.99 亿元扩充高功率芯片产能，提升市占率。（2）“垂直腔面 发射半导体激光器（VCSEL）及光通讯激光芯片产业化项目”，拟投资 3.05 亿元研发 并生产 VCSEL 激光芯片及光通信激光芯片，拓宽产品线。（4）“研发中心建设项目”，

有望进一步夯实科研实力，巩固技术领先地位，实现可持续发展。

图48：募投项目围绕产能扩充、产品布局，技术储备三大方向开展

资料来源：长光华芯招股说明书、开源证券研究所

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5、盈利预测与投资建议

关键假设：公司高功率单管系列产品受益 6 寸产线逐步投产，以及公司积极向中游 器件、模块和激光器市场拓展，业绩有望实现快速提升；高功率巴条系列产品导入海 外客户供应链，并在科研等领域应用有望实现稳步出货；同时公司在 VCSEL 进行产 品和产能布局，有望打开消费电子、车载等新领域的成长空间。

首次覆盖，给予“买入”评级。长光华芯是国内稀缺的半导体激光芯片供应商，目前 公司迅速扩产提升高功率半导体激光芯片产能，并向 VCSEL 和光通信芯片领域延 伸，同时纵向布局器件、模块和激光器，有望乘国产替代东风实现业绩腾飞。预计公 司 2022-2024 年 归 母 净 利 润 分 别 为 1.92/2.96/3.89 亿 元 ， 对 应 EPS 分 别 为 1.37/2.14/3.15 元/股，当前股价对应 PE 分别为 55.4/35.5/24.1 倍，2022-2024 年 PE 与 可比公司相近，基于公司强技术壁垒和优异成长性，首次覆盖，给予“买入”评级。

表7：可比公司估值参考（亿元、元/股）

数据来源：Wind、开源证券研究所（注：三安光电盈利预测采用 Wind 一致预期，收盘日期 2022 年 5 月 26 日）

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6、风险提示

产品价格大幅波动、需求不及预期、芯片供应链受外部因素扰动。

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附：财务预测摘要

获利能力

数据来源：聚源、开源证券研究所

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