评级（）通信行业：半导体激光器产业快速渗透，国产替代空间巨大

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报告名称 ：通信行业：半导体激光器产业快速渗透，国产替代空间巨大
评级 ：增持
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半导体激光器产业快速渗透，国产替代空间巨大

通信行业

上：随着上游核心光芯片逐步实现国产化，激光器应用成本逐 步下降，激光器将更深地渗透到众多行业。预计未来激光加工 的应用领域将进一步拓展，市场规模进一步扩大。将更多的应 用于汽车、消费电子、光通信及国防科研等众多领域。而半导 体激光器作为上述激光应用的核心器件或部件，也将获得快速

2、高端产品国产化替代空间巨大：与欧美发达国家相比，我 国在激光技术应用及高端核心技术方面却仍存在着不小的差 距，尤其上游半导体激光芯片等核心元器件仍依赖进口。高端 光芯片技术门槛高，我国核心光芯片的国产化率较低，主要依 靠进口。国内企业开始测试并验证国内的光芯片产品，寻求国 产化替代，将促进光芯片行业的自主化进程。

3、高功率、25G 及以上高带宽、窄线宽等高端产品方向国产替 代的相关产业标的有望受益。其中：高功率代表：长光华芯；高带宽代表：源杰科技、光迅科技、广为科技（啁啾压制 25G DML）、光安伦、敏芯、云岭光电、中科光芯等；窄线宽：微源 光子等； VCSEL 激光器：长光华芯、纵慧芯光、博升光电、华 芯半导体、仟目激光等。

另外，探测器重点关注 SPAD、SIPM 等阵列技术，相关产业链标 的主要以初创公司为主，包括：宇称电子、芯视界、灵明光 子、芯辉科技、飞芯电子等。

4、通信板块观点
当下通信板块估值回落到历史低位，成长性确定，国内流动性 偏松环境下，通信等进入价值买入区间，本周推荐：
1）低估值、高股息，必选消费属性强的电信运营商（A+H）板 块：中国移动、中国电信、中国联通。

2）低估值成长依旧的主设备、数通设备、IDC、光模块板块：中兴通讯、紫光股份、星网锐捷、光环新网、奥飞数据、新易 盛、光迅科技、中际旭创等。

3）高成长能源信息化板块：朗新科技、威胜信息等。

4）其他个股方面：海格通信（北斗三号渗透率提升）、亿联网 络、TCL 科技（面板价格触底）、七一二（军工信息化）、金卡 智能等。

5、风险提示：5G 需求持续不及预期，运营商持续投入意愿降 低。

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1.半导体激光器产业快速渗透，国产替代空间巨大

激光（LASER）是指窄幅频率的光辐射线通过受激反馈共振与辐射放大，产生的准 直、单色、相干的定向光束。

激光器是利用受激辐射方法产生可见光或不可见光的一种器件，构造复杂，技术 壁垒较高，是大量光学材料和元器件组成的综合系统，居于整个激光产业链的核心中 枢位置。

根据增益介质的不同，激光器可以分为固态（含固体、半导体、光纤、混合）、 液体激光器、气体激光器等。

由于稳定性好、功率较高、维护成本低，固态激光器的应用占绝对优势。固体激 光器中，半导体激光器具有效率高、体积小、寿命长、低能耗等优点，一方面可以直 接应用于激光加工、医疗、通讯、传感、显示、监控及国防应用的核心 光源和支撑，已经成为现代激光技术发展的重要基础，具有战略性的发展意义。

表格 1 激光器分类及特征

资料来源：长光华芯招股说明书，华西证券研究所

1.1.半导体激光器概念

半导体激光芯片是采用半导体芯片制造工艺，以电激励源方式，以半导体材料为 增益介质，将注入电流的电能激发，从而实现谐振放大选模输出激光，实现电光转换。

其增益介质与衬底主要为掺杂 III-V 族化合物的半导体材料，如 GaAs（砷化镓），InP（磷化铟）等。

半导体激光行业通常包括激光芯片、激光器件、激光模块及直接半导体激光器等，而直接半导体激光器则是半导体激光行业的终端产品，由半导体激光器模块、输出光 学系统、电源系统、控制系统及机械结构等构成，在电源系统和控制系统的驱动和监 控下实现激光输出，直接应用于下游激光加工、通讯、传感等应用领域。

半导体激光芯片根据谐振腔制造工艺的不同分为边发射激光芯片（EEL：Edge Emitting Lasers）和面发射激光芯片（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）两种。边发射激光芯片是在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，沿平行于衬底 表面发射激光，而面发射激光芯片是在芯片的上下两面镀光学膜，形成谐振腔，由于 光学谐振腔与衬底垂直，能够实现垂直于芯片表面发射激光。面发射激光芯片有低阈 值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤、制造成 本低等优点，但输出功率及电光效率较边发射激光芯片低。

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图 1 边发射激光芯片（左）和面发射激光片（右）示意图

资料来源：长光华芯招股说明书，华西证券研究所

边发射芯片包括 FP、DFB 和 EML 芯片；面发射芯片包括 VCSEL 芯片，接收端探测器 芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。

图 2 光芯片分类

按照调制类型可分为直接调制和外调制。直接调制是电路直接控制激光开关，一 般仅由单颗激光器构成；外调制是由外电路控制激光开关，一般由两部分构成，分别 是激光器和调制器。FP、DFB 和 VCSEL 属于直接调制的类型，EML 是外调制的类型。EML 一般是由 DFB 外加调制器 EAM 共同构成。

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经过结构设计、组件集成和生产工艺的改进，目前光通信领域中 EML 激光器芯片 大规模商用的最高速率已达到 100G，DFB 和 VCSEL 激光器芯片大规模商用的最高速 率已达到 50G。在不断满足高带宽、高速率要求的同时，光芯片的应用逐渐从光通信 拓展至包括医疗、消费电子和车载激光雷达等更广阔的应用领域。

表格 2 不同类型半导体激光器特征

资料来源：华西证券研究所整理

表格 3 不同类型光器件材

资料来源：华西证券研究所整理

1.2.产业快速渗透，市场高速增长

产业链上游是利用半导体原材料、高端装备以及相关的生产辅料制造激光芯片、光电器件等，是激光产业的基石，准入门槛较高。产业链中游是利用上游激光芯片及 光电器件、模组、光学元件等作为泵浦源进行各类激光器的制造与销售；下游行业主 要指各类激光器的应用领域，包括工业加工装备、激光雷达、光通信、医疗美容等应

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图 3 激光主要产业链

资料来源：长光华芯招股说明书，华西证券研究所

根据 Laser Focus World 预计， 2020 年全球半导体激光器市场规模为 67.24 亿 美元，较上年增长 14.20%。随着全球智能化发展，智能设备、消费电子、新能源等领 域对激光器的需求不断增长以及医疗、美容仪器设备等新兴应用领域的持续拓展，半 导体激光器可作为光泵浦激光器的泵浦源，其市场规模将继续保持稳定增长。2021 年 全球半导体激光器的市场规模预测为 79.46 亿美金，市场增长率为 18.18%。

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图 4 全球半导体激光器市场规模

资料来源：长光华芯招股说明书，华西证券研究所

通信领域：在对高速传输需求不断提升背景下，25G 及以上高速率光芯片市场增 长迅速。根据 Omdia 对数据中心和电信场景激光器芯片的预测，高速率光芯片增速较 快，2019 年至 2025 年，25G 以上速率光模块所使用的光芯片占比逐渐扩大，整体市场 空间将从 13.56 亿美元增长至 43.40 亿美元，年均复合增长率将达到 21.40%。

激光雷达及传感领域： VCSEL 作为 3D 传感技术的基础传感器，受益于物联网传 感技术的广泛应用，其应用市场规模不断增加，以 VCSEL 为发射源的 3D 立体照相机 作为应用场景的核心部件将会迎来高速发展，3D 相机是一种超级智能眼睛，能够记录 立体信息并在图像中显示的照相机，能够记录的额外增量信息包括：物体纵向尺寸、纵向位置以及纵向移动轨迹等等，在智能手机等消费类电子应用之外，还有更广阔的 应用市场，包括生物识别、智慧驾驶、机器人、智能家居、智慧电视、智能安防、3D 建模、人脸识别和 VR/AR 等新兴领域。

根据 Yole 预测，2020 年，VCSEL 激光器全球市场规模约为 11 亿美元，预计到 2025 年将增长至 27 亿美元，年复合增长率达到 19.67%。随着 3D 传感技术在各领 域的深度应用，将持续推动 VCSEL 激光器市场的快速发展。

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1.3.投资较大、技术难度高，高端国产替代空间大

半导体激光器芯片特性实现要求设计与制造的紧密结合,IDM 模式是主流，初期投 资较大：半导体激光器光芯片使用 III-V 族半导体材料，要求芯片设计与晶圆制造环 节相互反馈与验证，以实现产品的高性能指标、高可靠性。

IDM 模式有助于生产流程的自主可控，但也导致了初期投资规模较大：光芯片生 产工序较多，依序为 MOCVD 外延生长、光栅工艺、光波导制作、金属化工艺、端面镀 膜、自动化芯片测试、芯片高频测试、可靠性测试验证等。 IDM 模式更有利于各环节 的自主可控，但是相关设备初期投资规模较大。

光芯片产品可靠性验证项目多样且耗时长久：光芯片的应用场景可能涉及高温、高湿、低温等恶劣的应用场景，对其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，用 于确保严苛环境产品长时间操作不失效。光芯片设计定型后需进行高温老化验证，周 期通常超过二至三个季度。

高端产品国产化替代空间巨大：与欧美发达国家相比，我国在激光技术应用及高 端核心技术方面却仍存在着不小的差距，尤其上游半导体激光芯片等核心元器件仍依 赖进口。

高端光芯片技术门槛高，我国核心光芯片的国产化率较低，主要依靠进口。以通 信领域为例，根据《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022 年）》，10G 速率以下激光器芯片国产化率接近 80%，10G 速率激光器芯片国产 化率接近 50%，但 25G 及以上高速率激光器芯片国产化率不高，国内企业主要依赖于美日领先企业进口。

在中美贸易关系存在较大不确定的背景下，国内企业开始测试并验证国内的光芯片产 品，寻求国产化替代，将促进光芯片行业的自主化进程。

1.4.投资逻辑

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1）激光应用领域渗透速度加快、范围变广市场天花板不断向上：随着上游核心 光芯片逐步实现国产化，激光器应用成本逐步下降，激光器将更深地渗透到众多行业。

预计未来激光加工的应用领域将进一步拓展，市场规模进一步扩大。将更多的应用于 汽车、消费电子、光通信及国防科研等众多领域。而半导体激光器作为上述激光应用 的核心器件或部件，也将获得快速发展空间。

2）高端产品国产化替代空间巨大：与欧美发达国家相比，我国在激光技术应用 及高端核心技术方面却仍存在着不小的差距，尤其上游半导体激光芯片等核心元器件 仍依赖进口。高端光芯片技术门槛高，我国核心光芯片的国产化率较低，主要依靠进 口。国内企业开始测试并验证国内的光芯片产品，寻求国产化替代，将促进光芯片行 业的自主化进程。

3）高功率、25G 及以上高带宽、窄线宽等高端产品方向的国产替代公司，相关产 业标的有望受益。其中：高功率代表：长光华芯；高带宽代表：源杰科技、光迅科技、广为科技（啁啾压制 25G DML）、光安伦、敏芯、云岭光电、中科光芯等；窄线宽：微源光子等； VCSEL 激光器：长光华芯、纵慧芯光、博升光电、华芯半导体、仟目激 光等。

另外，探测器重点关注 SPAD、SIPM 等阵列技术，相关产业链标的主要以初创公司 为主，包括：宇称电子、芯视界、灵明光子、芯辉科技、飞芯电子等。

2.近期通信板块观点及推荐逻辑

2.1.整体行业观点

当下通信板块估值回落到历史低位，成长性确定，国内流动性偏松环境下，通信 等进入价值买入区间，本周推荐：

1）低估值、高股息，必选消费属性强的电信运营商（A+H）板块：中国移动、中 国电信、中国联通。

2）低估值成长依旧的主设备、数通设备、IDC、光模块板块：中兴通讯、紫光股 份、星网锐捷、光环新网、奥飞数据、新易盛、光迅科技、中际旭创等。

3）高成长能源信息化板块：朗新科技、威胜信息等。

4）其他个股方面：海格通信（北斗三号渗透率提升）、亿联网络、TCL 科技（面 板价格触底）、七一二（军工信息化）、金卡智能等。

2.2.中长期产业相关受益公司

1）运营商（港股）：中国移动、中国电信、中国联通；

2）设备商：中兴通讯、烽火通信、海能达、紫光股份、星网锐捷等；

3）军工通信：新雷能、七一二、上海瀚迅、海格通信等；

4）光通信：中天科技、亨通光电、中际旭创、天孚通信、新易盛、光迅科技等；

5）卫星互联网：雷科防务、震有科技、康拓红外等；

6）企业级 SSD：同有科技、忆恒创源等；

7）5G 应用层面：高鸿股份、光环新网、亿联网络、会畅通讯、东方国信、天源 迪科等；

8）能源互联网：威胜信息、朗新科技、中天科技等；

9）其他低估值标的：平治信息、航天信息、天邑股份等。

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3.风险提示

5G 需求持续不及预期，运营商持续投入意愿降低。

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宋辉：3年电信运营商及互联网工作经验，5年证券研究经验，主要研究方向电信运营商、电信 设备商、5G产业、光通信等领域。

柳珏廷：理学硕士，3年证券研究经验，主要关注5G和云相关产业链研究。

分析师承诺

作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采 用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，结论不受任何第三方的授意、影响，特此声明。

评级说明

买入 分析师预测在此期间股价相对强于上证指数达到或超过 15%

卖出 分析师预测在此期间股价相对弱于上证指数达到或超过 15% 行业评级标准

华西证券研究所：

地址：北京市西城区太平桥大街丰汇园 11 号丰汇时代大厦南座 5 层 网址：http://www.hx168.com.cn/hxzq/hxindex.html

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