长光华芯-688048-深度跟踪报告：光芯片IDM平台新征程

证券研究报告请务必阅读正文之后第42页起的免责条款和声明c通过复盘光芯片巨头IIc通过复盘光芯片巨头II-VI，我们发现其为材料、技术平台型企业，通过复用底层材料、技术和并购下游产品线实现对广泛应用场景的覆盖和自身价值量的提升。我们认为，长光华芯有望实现相似的发展轨迹，以其全球领先的高功率激光芯片为支点，通过在材料体系和工艺技术上长时间的积累形成的材料、技术平台，有望实现横向的应用拓展和纵向的产品、产业链整合并快速发展。我们上调公司评级到“买入”，给予2023年80xPE，对应目标价135元。▍国际视角：全球领先的光芯片企业都是平台型企业，II-VI公司通过连续并购形成了自身的材料平台。纵观II-VI/相干公司的发展历史，因为光产业技术、材料研发周期长，为了在多路径、复杂应用的市场中保持竞争力，公司通过不断并购逐渐形成自身的材料平台，具备了从ZnS/ZnSe、SiC到GaAs、InP的材料基础以及丰富晶圆以及外延生长技术和产线。随后公司通过并购Finisar和Coherent完善了自身在光通信、激光领域的产品矩阵，形成覆盖材料、组件、子系统、系统和服务的价值链，并为下游的广泛应用奠定了夯实的技术基础，触及了近650亿美元的市场。▍建平台：高功率产品为支点，底层技术为基础，人才为核心，资本为纽带。在丁奇云基础设施行业首席分析师SH深度跟踪报告|2023.4.7核心观点中信证券研究部S120003胡叶倩雯消费电子行业首席分析师S0004徐涛科技产业联席首席分析师S080003杨泽原计算机行业首席分析师S080002长光华芯688048.SH近三月日均成交额买入(上调) 量产产品方面，长光华芯已做到全球最高功率，其单管和巴条产品在功率和效率上都处于全球领先。底层技术平台方面，长光华芯建成了全球唯二、国内唯一的6吋高功率半导体激光芯片晶圆垂直整合生产线，并在芯片设计、关键设备、工艺技术和原材料方面实现自主可控。长光华芯也在按照II-VI的路径进行材料技术平台布局，其具备国内首家IDMGaAs芯片6吋产线和3吋InP产线，正在开发的GaN产品线有望在2年内产生收入，同时在SiC方面积极考虑布局。从工艺上看，外延生长决定性能、Fab决定功率天花板、这二者都需要长期工艺经验积累，具备较高壁垒，并为长光华芯向更大功率进发打下基础。公司百余名研发人员中有多位国家级技术专家人才及二十余名博士，在本土半导体工艺人才不够丰沛的前提下，团队经多年培养而成，形成人才壁垒。同时，公司通过投资、参股、筹备产业基金的形式借助资本力量持续发展，并培育产业链土壤。▍扩品类：横向扩展三大芯片领域+纵向高功率垂直延伸一体化。参考国际厂商，具备技术平台后，因为产品的底层技术复用性强，产品线的扩张成本将大幅降低。具体来说，半导体激光器底层多为GaAs/InP/GaN材料，工艺也多为设计+外延生长+Fab制造+封测，其中外延生长和Fab制造能力有望完全复用，设计和封测环节则需进一步考虑应用产品的情况。对于长光华芯而言，在技术平台化后，根据不同的应用领域可以不断横向扩展芯片产品，从大功率市场走向小功率信号市场。同时，在GaN平台开发完成后，可进入可见光激光市场及部分无线通信、电功率芯片市场；未来利用化合物半导体基础将SiC平台逐渐开发完成后，则可以进军更大的电功率芯片市场，且能够与大功率光芯片形成配合，打造成套方案。在优势的高功率领域则可以深挖打通产业链，实现纵向延伸。如在相对早期的车载激光雷达市场从VCSEL芯片延伸到模组；在技术难度较高且市场规模有限的大功率激光市场，布局该产业链的封测环节，并延伸至器件、模组、甚至激光器整机等业务，并由此形成核心优势竞争力切入特殊应用领域市场。▍风险因素：1)主要客户采购金额下降的风险。2)新技术渗透率提升速度不及预期的风险。3)市场竞争加剧导致盈利水平下降的风险。4)关键技术人员流失的风险。5)原料价格的波动风险。▍盈利预测、估值与评级：高功率单管系列：我们认为板块营收的增长动能来自务必阅读正文之后的免责条款和声明2将来在于公司产能扩张，以及下游大客户锐科激光、创鑫激光等加大对公司产品采购力度。高功率巴条系列：主要面向科研及特殊领域，我们认为板块营收有望较快成长。VCSEL系列当前收入体量较小，有望随着下游消费电子、车载激光雷达中VCSEL的渗透率提升而快速放量。基于以上假设，并结合公司2022年业绩快报与工业激光器行业景气度情况，我们给予公司2022~2024年1.25/2.26/3.42亿元，对应EPS预测分别为0.92/1.67/2.52元(原预测为0.99/1.73/2.72元)。结合可比公司三安光电(化合物半导体IDM)、炬光科技(激光器/光学元件)、赛微电子(激光雷达MEMS+GaN外延生长/器件设计)、思瑞浦(芯片国产替代)的估值水平(2023年Wind一致预测PE平均值为80倍)，给予2023年80xPE，对应目标价135元，将公司上调到“买入”评级。度EEE元)9%百万元)每股净资产(元).9829.请务必阅读正文之后的免责条款和声明3IVI 建平台：从高功率铸造底层技术，打下多应用基础 13以高功率产品为支点：大功率激光芯片全球领先，全球份额迅速攀升 13以底层技术为基础：材料/外延/Fab/封装四层底座，铸就高功率领先地位 16以人才为核心：领军+工程人才并重，培育团队构成人才壁垒 23以资本为纽带：全资/参股/直投等多种方式，培育产业链土壤 24扩品类：横向三大产品扩展+纵向高功率垂直一体化 25横向扩展：光谱扩展+收发扩展+电芯片扩展，形成一体化方案 25纵向延伸：高功率领域垂直一体化，芯片/器件/模块/整机打通 36 盈利预测及估值评级：工业激光景气度回升，高功率巴条有望放量 38 必阅读正文之后的免责条款和声明4插图目录图1：II-VI/相干公司的材料体系及对应应用 6图2：1995-2017年公司并购事件及营业收入 7图3：工业激光器按激光器种类市场份额 7图4：激光器波长与其所采用的材料、技术对应关系 8图5：II-VI/相干公司2011-2021年中国区收入(22年口径变化) 8 图7：II-VI/相干公司的产能多来自并购(Finsar和II-VI合并时) 9图8：在收购Finisar后，II-VI成为光子和化合物半导体领域排名第二的巨头 10 图12：II-VI收购相干将会形成业务互补，拓展半导体、工业、生命科学领域的业务规模 IIVI2006财年到2023H1财年的收入增长 12II-VI/相干公司2006财年到2023H1财年的税前利润表现 13 图16：长光华芯230pm发光宽度芯片的功率曲线 16图17：长光华芯290pm发光宽度芯片的功率效率曲线 16 图19：长光华芯四大材料体系布局情况 17 图24：多层结式VCSEL激光器结构示意图及等效电路图 18 图32：阈值下/10A/30A情况下二极管侧面相对亮度分布 21图33：非均匀金属层激光二极管剖面示意图 21图34：结构优化前(红)后(黑)的光束发散角(左)与亮度(右) 21图35：单个晶圆内台面刻蚀的相对深度误差 21图36：长光华芯Fab生产的激光器波长/功率/光电效率分布图 22图37：半导体激光器发生光学灾变COD的数据记录与热成像图 22 图39：长光华芯大功率水冷阵列与直接半导体激光器 23 图42：II-VI/Coherent2022财年营收按行业占比 25 请务必阅读正文之后的免责条款和声明5图44：主流大功率激光在光谱上的位置 26图45：不同半导体材料产生的光波长不同 27 ED 图50：三色激光(a)、单色激光+荧光粉(b)、双色激光+荧光粉(c)显示方案对比.29 图52：全球和中国大陆激光投影(含激光电视)出货量 29 图56：PD/APD/SPAD三种不同光电探测器的原理 31图57：长光华芯APD芯片EB-APD-1270-10-01产品性能(右侧)与滨松(左下角)对 2图59：中国高速率光通信模块芯片市场空间 32图60：中国光芯片占全球光芯片市场比例预测 32GaAs处理相关产品 33 34预测 34 C ：多半导体激光器实现kW级别激光合束 37图73：多个光纤耦合模块实现大功率合束 37图74：通用原子公司紧凑半球形光束导向器 37表格目录 表2：全球主流公司高功率单管芯片参数对比 14表3：全球主流公司高功率巴条产品对比 14表4：长光华芯承担的国家级项目(截至2021年底) 16 6：当前主要投影显示光源对比 28表7：部分金属对450nm蓝光的吸收率与近红外吸收率之比 29 请务必阅读正文之后的免责条款和声明6▍国际启示：II-VI/相干公司平台化发展之路随着II-VI与相干公司的合并，一家在光学材料、网络、激光领域都处于领先的地位的巨头出现，II-VI也从诞生至今数十起收购与整合成为光芯片领域的霸主，我们希望通过复盘其历史的收并购来研究公司是如何完善自身材料体系、纵向整合产业链、横向拓宽应用市场并形成平台优势的。I1971年，Dr.CarlJ.Johnson创立II-VI公司，公司刚成立时主要专注于用于红外光学器件的材料，如碲化镉(CdTe)。1980年代，公司转向生产硒化锌(ZnSe)和硫化锌 (ZnS)，并开始从材料生长向精密光学制造延伸，逐渐成为大功率CO2激光器的领导但CO2气体激光器只是工业激光器大市场的一部分，且多种新的激光器技术路径正在崛起，所以II-VI于1995年、1996年分别收购VirgoOptics和LightningOpticalCorporation并成立著名的激光材料部门II-VIVLOC。这两次收购帮助II-VI进入了YAG固体激光器市场，也是公司通过收并购来形成自身平台化能力的开端。请务必阅读正文之后的免责条款和声明7从公司发展的角度来看，收并购的好处在于，1、强化自身的技术和知识产权积累；2、拓展产品矩阵和下游客户行业；3、在多路径发展的光产业中持续保持竞争力。根据II-VI的CEOMattera，光产业的技术尤其是材料技术通常需要10到20年才能成熟，而结构相同的情况下，不同的增益介质通常对应不同的发射波长，而不同波长所适应的场景也不同。请务必阅读正文之后的免责条款和声明8MarvinJWeberHandbookoflaserwavelengths》所以在II-VI的发展历程中，公司主要从材料技术、产品矩阵、应用市场三个角度通过收并购以帮助公司发展。从时间维度来看，2000年，公司收购LaserPower拓展至军事市场，当年实现自身收入增长66%；2001年，公司收购Littion的SiC产线以扩充自身产能；2003年伊拉克战争爆发，公司收购相干公司用于导弹探测的紫外线过滤材料以加强自身在军事市场的竞争力；2004-2005年，公司收购Marlow扩充半导体制冷设备的产品序列，并与自身光、光电组件产品形成互补；2007年，公司收购HIGHYAG75%的股权，扩充产品矩阵至激光加工头，并开始进入光纤激光组件市场；2008年，全球金融危机导致经济陷入萧条，II-VI为了保证自身长达20年的20%业绩年增长，开始看向海外市场。2009年底，公司收购中国高意(Photop)，获得进入中国市场的渠道，并进入光通信市场，如今中国区收入超过6亿美元；2010年，公司收购MaxLevyAutograph，MLA在收购之前主要为II-VI的EEO子公司提供EMI(电磁干扰)网格化产品，收购后公司进一步加强了自己在国防军工市场的优势。2011年，公司收购Aegis，扩充光通道监视产品和熔融光纤器件，加强自身在光通信产品方面的实力。I00018%38%-4%-3%%IIVI干公司财报，中信证券研究部北美欧洲中国日本其他地区IIVI干公司财报，中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明92012年对于II-VI非常重要，公司的急需加速提升市场份额，于是决定开始进行半导体激光器平台的并购。2012年、2013年，公司分别收购Oclaro的薄膜滤波器和交织器产品线、半导体激光器业务和光纤放大器业务，并接手位于瑞士的砷化镓(GaAs)生产设施和对应的高功率激光二极管、VCSEL和980nm泵浦源产品线。自此，公司具备砷化镓(GaAS)的材料平台，并形成CO2激光器、YAG激光器、光纤激光器以及半导体激光器的全面布局。2016年，随着消费电子、数据中心对于光芯片需求的爆发，II-VI公司急需扩充其VCSEL生产能力。所以在这一年公司完成了对Anadigics和EpiWorks的收购。通过收购Anadigics有效的扩充了产能，并以比自己新建更实惠的成本获得一座大型6吋砷化镓GaAs晶圆厂。但化合物半导体不仅需要晶圆，在生产激光器的过程中，外延生长也必不可缺；所以II-VI收购EpiWorks，该公司是化合物半导体晶圆大批量外延生长的全球领导者，有一座25000英尺的1000级洁净外延片代工厂。2017年，公司收购Kaiam位于英国占地30万平方英尺、拥有10万平方英尺洁净室的6吋晶圆厂，其可以充分支持公司GaAs、SiC和InP等化合物半导体器件的生产。通过这三笔收购，II-VI的产能得到快速扩充。IVI2019年，公司收购与其市场地位相近的巨头Finisar。这次收购给公司带来包括Finisar的磷化铟(InP)材料平台、多条GaAs、InP产线、用于TIA、时钟和数据恢复电路以及激光驱动器的无晶圆厂电子设计能力、FiniSar的InP产线设计、制造和拓展能力，并实现了在光通信器件中使用InP材料。来自于Finisar的材料平台、技术平台和丰富的光通信产品矩阵，尤其是在收发器、远距离光通信的积累使得II-VI成为光通信领域排名绝对领先的巨头。加上自身近20年的碳化硅(SiC)材料积累，其材料平台已经非常全面，足以支撑全面的下游应用，从扩张的角度，下一步需要做的就是产业链的整合。文之后的免责条款和声明102021年，II-VI公司完成最后也是最大的一笔收购，收购Coherent相干公司并整体更名为Coherent相干公司。这次合并，将II-VI公司多年在材料知识价值链上的耕耘与相干公司在激光系统领域的领先地位结合，通过业务互补形成了覆盖材料、组件、子系统、系统和服务的价值链，也强化了公司在半导体、工业、生命科学领域的竞争优势。具体来说，业务的整合能带来，1、原材料与组件自供带来的盈利能力上升；2、组合销售带来的价值量增加；3、技术共享和规模开发带来的成本节约；4、Coherent相干遍布全球的服务网络将会被II-VI共享。据公司参照Finisar收购的结果估算，这些协同效应在之后三年将至少产生2.5亿美元的价值。文之后的免责条款和声明11tIIVI公司官网IIVI公司官网至此，II-VI/相干公司具备从ZnS/ZnSe、SiC到GaAs、InP的材料平台，从CO2气体激光器、YAG固体激光器到光纤激光器、半导体激光器的产品矩阵，以及多材料的晶圆产线和外延片产线，为下游的广泛应用夯实技术基础，触及近650亿美元的市场。动汽车电池加工工厂制造ED统、子系统和加工头件、光学器件、晶体合材料和金刚石基础设施支出学习发器文之后的免责条款和声明12WSS光器和与地面网络的集成明模块料、衍射光学产品衬底和外延晶片子健康监视器的汽车感：车内和激光无线雷达设备光学、激光和热电子组件和子系统机械、电气和软件集成断疗erent从财务表现上来看，公司的并购和业务拓展带来持续而稳定的业绩增长，除金融危机带来的大萧条外，公司过去20年间收入均保持了正增长，从2016财年的2.3亿美元增长至2022财年的33.2亿美元，2023财年的上半年更是由于相干公司的并入而实现了同比69%的增长。H 美元) 同比(%)75%69%80%30.0025.0020.0015.00% % 2.33.22.93.55.05.46.813.611.6-10%两次大型收购的相关费用均给利润带来一定的压力，但随着后续被收购公司与母公司协同效应的充分兑现，利润端有望迎来快速反弹。文之后的免责条款和声明1300-100-0%117税前利润(百万美元)同比-0%117915146797179909151467971799032%3%5%-64-150%-64-150%II-VI公司的市值自次贷危机阶段性触底后，随着市场的拓展以及业绩的不断兑现而持续增长，并受云计算、光通信和无线基础设施建设带来的强预期支撑在2021年初达到130亿美元。▍建平台：从高功率铸造底层技术，打下多应用基础从国际企业发展历史来看，由于下游丰富多样，激光芯片企业往往需要坚实的材料和技术平台才能实现在各种应用领域的扩展。对于长光华芯而言，依靠现有的高功率激光芯片领先地位夯实材料和工艺技术基础，充分利用资本，培养人才，是一条可行之路。以高功率产品为支点：大功率激光芯片全球领先，全球份额迅速攀升长光华芯要进行平台扩展，首先应该在市场上有稳固的立足点，其后才能有足够的资源来夯实基础打造平台。对于公司而言，这一基础已经具备，其高功率产品已经做到全球领先，给长光华芯储备了人才、工艺、理论等多方面的基础。文之后的免责条款和声明14首先在量产产品方面，公司目前已做到全球最高功率规格，其单管和巴条产品在功率和效率两方面都处于全球领先地位。高功率单管方面，915nm、976nm(975nm)波长的单管芯片主要用于下游光纤激光器的制造，为半导体激光行业的主流产品。高功率单管芯片应锁定条宽范围对比分析可实现功率及电光转换效率的高低、波长种类的多少。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。在190-230μm的条宽范围内，截至2021年底，公司量产产品已实现单管芯片输出功率30W，电光转换效率达到63.00%，技术水平行业中较为领先。2022年四季度，公司大批量出货35W高功率芯片；据央视新闻联播报导，该产品是全球量产功率最高的半导体激光芯片，真正占据全球领先地位。波长(nm)功率(W)条宽(μm)电--高功率巴条芯片应在指定条宽范围及发光点数的前提下，对比分析可实现功率及电光转换效率的高低、波长种类的多少。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。在8xxnm波长附近，公司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9xxnm波长附近，公司高功率巴条芯片可实现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%，与同行业公司相比，公司高功率巴条芯片可实现功率及电光转换效率较高，技术水平较波长(nm)(W)率激光类型发光点%)999文之后的免责条款和声明1580850CW24150551cm宽Bar条808500QCW39232581cm宽Bar条808100CW39232551cm宽Bar条940200CW34200631cm宽Bar条940700QCW34232631cm宽Bar条90899电W除目前已经大批量生产的产品外，公司的储备技术及产品同样处于较为领先的地位。2023年1月，在photonicswest2023会议上，公司首次报道了在亮度保持不变的条件下(芯片条宽230μm)，芯片出光功率提升20%(功率从32W提升到40W)，最大功率超过51W。该芯片的功率亮度性能是230μm条宽下高功率激光芯片已知报道的最高水平。2023年2月，基在photonicswest报道的芯片技术，公司开发了更高功率芯片宽条宽半导体激光芯片，在业内首次推出最大功率超过66W(图中蓝线)的单管芯片(热沉温度为室温)，芯片条宽290μm，最大效率超过70%(图中红线)，实用工作效率超过63%(55W功率下)，这是迄今已知报道的条宽在400μm以下高功率激光芯片的最高水平。文之后的免责条款和声明16“隐形国家队”承担大量国家级项目，全球份额攀升验证领先地位产品之外，项目同样可以验证公司的领先地位。例如从项目来看，近年来公司承担了大量的国家级项目，一定程度上可以说是“隐形国家队”。)称情况起止时间1导体激光泵源产品开发项目07-2019.06207-2017.123技术研究12-2017.10407-2018.065体激光巴条研究01-2019.056项目06-2019.127光芯片及高效泵浦技术项目07-2020.128长寿命、低成本蓝、绿07-2020.129率半导体激光器05-2021.04中05-2022.04目020合半导体激光器泵浦模块技术研究项目020光泵浦源技术研究项目020泵浦源技术研究12-2020.12效率半导体激光巴条研制06-2021.03中022中此外，2022年3月1日，江苏省人民政府公示了关于2021年度江苏省科学技术奖励的决定，长光华芯入选江苏省科学技术奖一等奖，是近5年江苏省唯一一家由企业独立申报并荣获一等奖的企业。底层技术平台方面，公司建成全球唯二、国内唯一的6吋高功率半导体激光芯片晶圆垂直整合生产线，并在芯片设计、关键设备、工艺技术和原材料方面实现自主可控。文之后的免责条款和声明17国际II-VI、Finisar等大厂通常在全球布局有6吋GaAs线和3吋InP线，同时在GaN和SiC产线方面也有布局。参照II-VI/Coherent官网信息，其在2013年就形成了GaAs技术平台，2019年实现了InP技术平台，后续在此基础上实现激光系统的开发。公司目前也在按照II-VI的路径进行材料技术平台的布局，为未来业务打开扩张空间。2022年以来，公司已经将全部大功率GaAs芯片产能转移到6吋产线，为国内首家，原3吋产线用作InP产能。同时，公司正在进行GaN产品线的开发，我们预计未来2年内有望产生收入。SiC方面，公司也在考虑布局，SiC电功率器件能够与光功率器件形成协同效应，且同属化合物半导体，能够一定程度上利用公司现有技术能力。公告，中信证券研究部通常化合物半导体材料要加工成激光芯片，其中的核心环节就是外延。外延生长是指在一定结晶取向的原有晶体(一般称为衬底)上延伸出并按一定晶体学方向生长单晶层的方法，这个单晶层被称为外延层。外延生长可以精确控制外延层的组分、厚度、界面、掺杂及均匀性，是半导体激光器制作的首步工序。外延生长的材料结构及质量直接决定了半导体激光器芯片的波长、功率、寿命及可靠性，是半导体激光器制作的核心技术之一。其他化合物半导体器件，如SiC、GaN电功率器件、射频器件等也需要良好的外延生长。对于外延生长而言，工艺、设备和对材料的理解是关键。文之后的免责条款和声明18根据Yole官网，金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延设备涵盖了大部分III-V族外延片的生产流程，适合量产，成本较低。高温CVD(HTCVD)是硅和SiC器件最常见的沉积技术。HTCVD主要市场是功率应用，基于硅和SiC外延材料，主要部署在汽车和工业等细分市场。MBE(分子束外延)在超真空环境中用分子束蒸发复杂材料，原子从蒸发的材料沉积到基板上，在基板上形成结晶层。MBE虽然沉积速度缓慢，但可以实现高性能、高均匀性的外延生长，其生长温度更低，界面陡峭度更高(质量更高)，可生长高应变材料，能够支持更多波长(如基于GaAs的材料发光波长可以做到1.2μm以上)。乎乎外延的重要性可以在实际产品中得到具体体现。以车载激光雷达使用的VCSEL为例，可以看到其是由大量薄膜材料累积而成(左下图23)。生产过程中，首先需要在基板(右下图24蓝色部分)上沉积数十层DBR(分布式布拉格反射镜)来充当下表面反射镜，每一层的厚度都需要精确到纳米级别，随后沉积多层PN结/量子阱(MQW)以及对应的氧化层等，再沉积数十层DBR来充当上表面反射镜。可见，对于每个VCSEL晶圆，甚至都需要经过上百层沉积，且需要相当的精度，才能进入切割、镀膜等后续工序。官网资料来源：HengLiu,PeiMiao,YaoXiao,etal.,HighperformancejunctionVCSELsforLiDARapplications文之后的免责条款和声明19公司在MOCVD、MBE方面都有较深的技术储备，产线具备大量MOCVD设备和MBE设备，并且对设备进行了深度改造，以符合自身产品需求。官网外延片的生长是非常具有壁垒的环节，想要生成厚度均匀且准确、少缺陷的晶体薄膜是很有难度的。考虑到CVD的原理，需要各类原料气体通过高温基片，由于设备和基片属性天然存在误差，因此往往CVD炉内多个基片的温度不完全相同，每个基片内部各部分温度也不完全相同(如左下图26所示)。且由于气体的不均匀性、气体流动的无规则性、基片自身表面的微小起伏等因素，气体沉积在基片表面时也并非如同理想状态一样逐层沉积平整，而是往往会先后沉积在各处，形成多个沉积中心(如中下图27所示)，导致表面并不平整，而且各个沉积中心生长出的薄膜交界处还有可能存在缺陷(如右下图28所示)，这些缺陷往往会导致电流损耗、亮度不足、寿命缩短等。HengLiu,etal.,SPIE,VolumeManufacturingofHighPowerDiodeLasersgWafers资料来源：孙方宏、申笑天、王新昶等《利用化学气相沉积制备单层金刚石磨料工具的晶矿物学》请务必阅读正文之后的免责条款和声明20公司在外延沉积领域长期积累，获得了大量工艺经验，已经能相对较好地解决外延生长问题，为高性能大功率产品的制造提供了物质基础。目前公司产品的外延片表面曲率已经降低到较低水平(如左下图29)，缺陷平均发生率已经降低到每平方厘米0.77处，保障了晶圆内部发光波长等指标的高度一致性(如右下图31)。HengLiu,etal.,SPIE,VolumeManufacturingofHighPowerDiodeLasersgWafersHengLiu,etal.,SPIE,VolumeManufacturingofHighPowerDiodeLasersgWafersHengLiu,etal.,SPIE,VolumeManufacturingofHighPowerDiodeLasersgWafers外延生长技术能力包含较多工艺经验，需要较长时间方可掌握，也是公司的重要技术壁垒之一。此外，由于外延技术对于激光芯片至关重要，因此具备自有的外延产线也能够很大程度上加快产品迭代，有利于提升产品品质。芯片制造(Fab)：激光芯片IDM的最后一环，实现超大功率的保障作为IDM厂商，在外延片生产完成后，还需要在其基础上进行电路刻蚀、划片等操作，才能得到最终产品激光芯片，这一环节与集成电路代工环节的内容较为相似，通常也简称为Fab。2022年激光行业最大的技术会议PhotonicsWest专门邀请长光华芯和II-VI两家公司来做特邀报告，介绍6吋线能力，数据充分显示了其产品的国际先进性。公司的大部分6吋晶圆制造工艺都配备了自动化系统，以提高产量和良率。光刻工序引进了高精度步进式光刻机和自动匀胶显影的跟踪器。刻蚀工艺引入了干进-干出的晶圆清洗机和湿法蚀刻机来实现刻蚀精准控制，并减少液体和颗粒污染。金属膜的沉积采用电子束蒸发和溅射。介质薄膜采用PECVD。研磨抛光和退火使用半自动设备完成。晶圆制造完成后，所有晶圆都要经过自动光学检测，以对每个芯片的缺陷进行跟踪和分类。得益于这些自动化设备，长光华芯的晶圆厂的产量每天超过100个6吋晶圆。晶圆制造的关键工艺包括光刻、台面蚀刻、介质薄膜沉积和金属化等。在这些工艺中，对于高功率激光芯片而言，台面蚀刻是最关键的一个。台面刻蚀的必要性需要结合高功率激光器的特性，高功率激光芯片在发光时往往会大量产热，乃至产生内部应力等，从而影响光束质量，发射的光斑可能不再均匀(如左下图32所示，曲线1为低电流情况下不同位置相对亮度，2、3分别为10A、30A条件下不同位置的相对亮度)，影响使用。请务必阅读正文之后的免责条款和声明21为了在大功率情况下保障光束质量，因此可以从散热角度下手，沉积特定形状的金属来改善散热情况(如右下图33所示)，而这种特定形状的金属就是通过台面刻蚀加工而来。alLateralbrightnessimprovementofhighpowersemiconductorlasertalLateralbrightnessimprovementofhighpowersemiconductorlaser经过台面刻蚀优化，可以发现光束发散角减小、亮度有所提升(如左下图34所示)。而要发挥这样的效果必须有较强的Fab制造能力，尤其是高精度刻蚀能力。从测试数据可见，公司可将晶圆内蚀刻深度变化控制在±0.5%以内(如右下图35)，晶圆之间的平均蚀刻深度变化小于3%。alLateralbrightnessimprovementofhighpowersemiconductorlaser资料来源：JunWang,ShaoyangTan,HengLiu,etal.,SPIE,VolumeManufacturingofHighPowerDiodeLasersUsing6"Wafers公司在其余Fab工序中，如薄膜沉积等环节也实现了较高的精度。在较高的Fab制造技术下，公司能够进一步实现激光芯片的高质量、高一致性、高可靠性(如下图36，波长/功率/效率的变化均被控制在较小的范围内)。请务必阅读正文之后的免责条款和声明22JunWangShaoyangTanHengLiu,etal.,SPIE,VolumeManufacturingofHighPowerDiodeLasersUsing6"Wafers加工完成晶圆后需要将激光芯片从晶圆中切割出来，对大功率激光器而言，另一个核心壁垒是腔面钝化技术。如果没有腔面钝化，由于激光器晶体表面的缺陷、悬挂键、氧化等因素，大电流情况下容易导致激光器表面突然快速升温，乃至出现局部熔化和重结晶的情况，导致激光器失效，此现象称为光学灾变(COD)。光学灾变是导致大功率激光器失效的主要原因之一，应对方法是在激光器表面沉积钝化层，消除表面的悬挂键以及氧化等情况，真正实现高可靠长寿命。公司采用超高真空(＜10-10torr)腔面解理钝化工艺，结合无吸收窗口的芯片新结构及工艺，提高了芯片抗腔面光学灾变损伤的能力，该技术也需要长期工艺经验积累，具备较高壁垒，为公司向更大功率进发打下坚实基础。官网DM在常规Fab制造流程后，公司还能够提供一定的封装能力。由于大功率半导体激光器的封装与常规芯片封装存在较大差别，且市场较为细分，因此并未形成专业的封装厂家，公司经常需要为客户提供封装完成的器件或模组。而这一能力对于其开发直接半导体激光器等光学系统具备关键作用，是公司向产业链下游延伸的重要基石。请务必阅读正文之后的免责条款和声明23官网人才为核心：领军+工程人才并重，培育团队构成人才壁垒对于构建公司业务支点和技术平台而言，人才队伍是极为重要的，在核心产品和技术发展的过程中，公司也培育起一批领军人才和工程人才，尤其是在材料、外延、Fab、封装等领域均有各自的领军人物。截至2022H1，公司已有员工422人，其中有112名研发人员。目前公司已有多位国家级技术专家人才以及二十余名博士。在本土半导体工艺人才不够丰沛的前提下，这样的团队需要多年培养而成，构成了人才壁垒。在后续业务扩展过程中，这一批人才将发挥重要作用。另外公司在人才领域的一个重要优势在于领导团队分工明确且实力强大，在技术(王俊主导)、管理(闵大勇主导)、市场(廖新胜主导)等方面均具备强劲实力。业组总体专家。请务必阅读正文之后的免责条款和声明24从II-VI等企业的发展历程中我们可以看到，大量的融资并购始终在助力公司成长。对于公司，资本也在成长过程中发挥关键作用，由于国内产业发展阶段与国外有所不同，可并购标的数量也不同，因而公司主要采用投资、参股等方式，进行产业链合作。投资方面，包括公司旗下唯一的全资子公司苏州半导体激光创新研究院。该机构一方面承担研发职能，例如激光创新研究院与中科院苏州纳米所合作成立“氮化镓激光器联合实验室”；另一方面该机构也是新型半导体材料相关的孵化和直投机构，有望为公司发展新型半导体材料发挥助力作用。对于非公司体内业务或较为长期的布局业务，公司则筹备成立光子产业基金用以带动社会资本，发挥杠杆效应。长光华芯(688048.SH)2023年3月2日在上证e互动平台表示，为响应苏州太湖光子中心建设推进暨苏州高新区产业创新集群发展的号召，公司作为光子产业骨干公司推动成立太湖光子中心的创建；围绕光子产业，公司将成立光子产业基金孵化多个产业相关项目。产业链协同方面，公司通过参股公司的方式运作。此方面案例主要是公司占股19.55%的公司华日精密。华日精密主要经营固体及超快激光器，应用在精密微加工领域，而长光华芯则为其提供泵浦源。超快固体激光器价值量高，但设备层面目前又并非长光华芯的主要业务，因此通过参股来绑定合作关系也是较好的选择。公司当前的资本利用方式以投资参股为主，但后续当国内激光产业链成熟度提高后，有可能对此前进行投资参股的公司进行并购。请务必阅读正文之后的免责条款和声明25%%%%%40.9%资料来源：中国科学院武汉文献中心《中国激光产业发展报告》，中究部▍扩品类：横向三大产品扩展+纵向高功率垂直一体化参考国际厂商，在具备技术平台后，产品线的扩张成本将大幅降低，因为大量产品的底层技术是可复用的。激光产品千变万化，但底层基本都是GaAs/InP/GaN材料，工艺也基本都是设计+外延生长+Fab制造+封测，其中外延生长和Fab制造能力基本可以完全复用，设计和封测环节则跟随应用产品的情况而变化。对于长光华芯而言，具备技术平台后，未来应用层面可以横向扩展，而在最擅长的高功率领域则可以深挖打通产业链，实现纵向扩展。具备技术平台后进行应用层扩展是最为直接的。从全球激光器下游应用以及II-VI等国际巨头的营收构成来看，工业等领域之外还有巨大的市场空间，例如光通信、激光显示、传感器等领域。通信工业&军事仪器&医学电子&传感器Coherent，中信证券研究部首先，在现有材料技术平台上即可进行应用扩展，从大功率市场走向小功率信号市场；其次，我们认为，新的GaN平台开发完成后可以直接打开可见光激光市场乃至部分无线通信、电功率芯片市场；未来利用化合物半导体基础将SiC平台逐渐开发完成后，则可以进军更大的电功率芯片市场，且能够与大功率光芯片形成配合，打造成套方案。请务必阅读正文之后的免责条款和声明26现有的GaAs/InP材料平台有一定的局限，要进一步扩展应用领域需要用新材料，开780/808/850/880/905/915/940/976/1064nm等，InP常用波长包括1310/1550/1700/1900nm等(主要是光纤低损耗、低色散传播窗口等)。近红外波段的光子能量与大多数分子的振动能级相近，被分子吸收后会提升动能，产生强热效应。热效应导致此类激光适合承担各类材料切割、焊接、加热等任务，适合工业或特殊领域场景。但激光显示、激光照明等应用场景希望尽可能少产生热效应，尽可能多产生光子，此类场景是GaAs和InP难以满足的，因而需要利用GaN材料在光谱上进行扩展，占据可见光区。BrukerOptics信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明27GaN材料之所以在激光显示与激光照明/固态照明领域重要，在于其发光波长可以短至400nm左右(蓝紫光)，而蓝紫光波长短，光子能量高，照射到各色荧光粉上就能激发荧光粉产生其他各色光子，因而非常适合激光显示与固态照明领域的需求。Sentinel中信证券研究部首先以固态照明为例，常见的白光LED实际上就是采用蓝光LED(通常采用GaN材料)+黄色荧光粉(因此LED表面通常是黄色)组成的。由于蓝光波长短能量高所以能够激发黄色荧光粉，蓝黄双色光线混合显现出白色。如果需要显示其他颜色，采用其他颜色荧光粉即可。料网技集团官网GaN材料的光谱扩展直接打开了固态照明的广阔市场空间。前瞻产业研究院统计，2017年以来中国固态照明应用市场空间达到6000亿元以上，其中上游外延芯片占市场空间的4%左右，据此我们计算空间可达200亿元左右。请务必阅读正文之后的免责条款和声明28100086277374773747548000201720182019202020212022E业研究院(含预测)，中信证券研究部80.93%81.76%80.93%81.76%84.15%84.53%73%14.29%12.71%11.76% 4.34%3.95%3.15%3.70%0%网，前瞻产业研究院，中信证券研究部此外GaN光谱区域还有投影显示这一广大市场，投影显示中的激光光源和LED光源都是长光华芯GaN半导体平台的潜在市场。采用LED和激光光源的投影设备都具备启动快、寿命长的有点，未来占比有望持续提升。激光二极管(LD)的进步为激光显示技术提供了实现的可能性。过去的激光器能量利用率低、需要庞大的水冷系统，导致激光显示的设备无法真正投入市场。在各种颜色的LD能量达到瓦级后，体积小巧、可批量生产、可集成的LD使激光显示实现了商业化。寿命方面，国内红光LD寿命长达10000小时，蓝光LD的寿命也超过了5000小时，这决定了激光显示设备使用寿命长的优点。光源源光源间理在充满高压气体的灯管里使得两高压放电，从而激发出气体产生光以发光二极管作为投影机的光源来代替传统光源，其整体结构和原理与传统投影机基本相同由全固态激光器产生的激光作为投影机光源源寿命超过数千小时间需启动时间需启动时间损耗色轮损耗，三色无损耗题明明W/屏W/屏激光投影也分为三色激光、单色激光、双色激光等多种方案。三色纯激光光源是指直接用红绿蓝三色激光作为显示光源；激光荧光粉光源的蓝光直接使用激光光源，而红绿两色则通过蓝光和红绿荧光粉作用来实现；激光混合光源则是蓝色直接使用激光，红色使用LED或激光，绿光依旧由激光和荧光粉产生。但无论使用何种方案，蓝光激光器或蓝光LED都是必须使用的。请务必阅读正文之后的免责条款和声明29图50：三色激光(a)、单色激光+荧光粉(b)、双色激光+荧光粉(c)显示方案对比快激光@知乎，苏伟伦@华南理工大学这一市场空间也较为广阔。IDC预计，中国投影机市场出货量在2023-2025年有望维持15%左右的增速，2023年出货量有望超过700万台，其中LED和激光投影的占比不断提升。根据洛图科技的统计，2022年全球激光投影(包括激光电视)出货量为145万台，同比增长24.4%；2022年中国大陆激光投影(包括激光电视)出货量为67.9万台，同比增长12.6%，市场份额达47%，成最大消费市场。资料来源：IDC(2022及以后为预测)，中信证券研究部图52：全球和中国大陆激光投影(含激光电视)出货量(万台)00E(含预测)，中信证券研究部此外蓝绿光领域的光谱扩展的市场还包括特殊材料加工等。例如铜等高反射率金属对于常用的近红外激光吸收率并不高，切割和焊接效率都比较低，而如果更换成短波长的大功率蓝光，则吸收率能提高13倍，极大提高焊接和切割效率。收率/NIR吸收率金铜铝镍jensoil中信证券研究部免责条款和声明30另外，长光华芯也在进行光谱另一侧的扩展，布局中远红外(波长4-10μm)领域，该波长的激光可用于气体检测、气体传感等。现有材料平台中，InP平台主要面向光通信，包括发射端和接收端，目前长光华芯已经在两端均提供了量产产品，且未来产品线有望进一步丰富。发射端方面，光通信需要可以进行信号调制的激光器，通常可分为DML(直接调制，输入电流大小直接控制发光功率)和EML(外部调制，或称电吸收调制，激光器持续发光的同时用电压控制外部调制器，改变透光率从而对发光功率进行调制)。根据微信公众号光学小豆芽总结，EML各方面的性能(包括啁啾效应、消光比、眼图、抖动、传输距离等)都优于DML，DML的优势在于体积小，成本低，功耗小。DML更适用于数据中心的应用，而EML适用于电信级(长距离光通信)的应用。hristophePeucheretDirectandExternalModulationofLight微信公众号)hristophePeucheretDirectandExternalModulation目前公司已经在发射端提供了EML芯片并在官网公布，型号EB-EML-1577-10-01。从型号代码即可获取部分信息：EB(Everbright长光华芯缩写)-EML(电吸收调制激光器Electro-absorptionModulatedLaser缩写)-1577(中心波长)-10(调制速率10Gbps)-01(版本号)。该产品可以支持10G速率的光网络，我们预计未来公司将持续在此领域投入研发，开发更高通信速率的激光芯片，例如25G速率的EML等。官网免责条款和声明31InP平台的接收端方面，公司也已经推出产品，包括PD(光电二极管，光子可在其中产生反向电流)和APD(雪崩光电二极管，给光电二极管加上反向电压，利用二极管雪崩击穿效应，具备比普通光电二极管更高的灵敏性)。T目前公司已在官网推出APD产品EB-APD-1270-10-01：EB(Everbright长光华芯缩写)-APD(Avalanchephotodiode雪崩光电二极管缩写)-1270(工作波长)-10 (调制速率10Gbps)-01(版本号)，适用于10G光接收机，在主要指标方面与国际大厂相近。APDEBAPD)与滨松(左下角)对比网，滨松官网预计未来通信领域的光信号收发需求增长迅速。根据II-VI统计，2021年通常数据中心的交换机容量已经达到25.6Tbps，近年来基本每2-3年就翻一倍。免责条款和声明320随着光通信需求的增长，光通信芯片需求正在快速增长。ICC预计，2023年中国高速率光芯片市场空间有望达到30.22亿美元，2025年有望达到43.4亿美元。同时中国在全球光通信芯片市场的占比有望持续提升。目前2.5G以下的光芯片领域，中国公司市占率已经接近100%，10G速率的光芯片市占率也有望从2020年的50%提升到2024年的80%以上，虽然目前中国公司25G光芯片市占率不到20%，但2024年市占率也有望达到60%。公司作为10G光芯片的生产商和25G光芯片的未来提供者，有望受益于这一。42019202020212022E2023E2024E2025E资料来源：ICC(含预测；转引自源杰科技招股说明书)，中信证券部GaAs平台方面，公司也已经推出各种信号处理方向产品，目前产品主要集中在激光SELStructuredLight)系列、车载激光雷达使用的75WVCSELVLR系列等。我们预计未来公司也有望在GaAs平台推出接收端产品，完善产品阵容。免责条款和声明33ADAS激光雷达出货量(万件) 同比(%)5000ADAS激光雷达出货量(万件) 同比(%)50000%0%Yole研究部官网GaAs收发端的市场空间广阔，主要与激光雷达相关。从出货量来看：Yole预计2022年出货量约19.4万件，2027年达到446.1万件，对应2022-2027年复合增长率87.1%。从市场规模来看：2021年全球激光雷达市场规模约20.7亿美元，其中ADAS市场约1.1亿美元。Yole预计到2027年全球激光雷达市场规模约63.1亿美元，其中ADAS和自动驾驶汽车会分别以73%和28%的年复合增长率增长至20.1/7.0亿美元。ADAS激光雷达市场规模(百万美元) 同比(%)0Yole研究部国内方面，参考我们2022年9月27日发布的《计算机行业“智能网联”系列报告21—从拆解五款激光雷达看智能汽车投资机遇》，我们预计2022/2023/2024/2025/2026/2027年国内激光雷达市场规模分别对应16/92.42/145.65/225.01/350.89/592.08万辆。据我们推测，车载激光雷达方案可能以1前2侧为主，单车搭载3台激光雷达，那么对应2023年激光雷达销量达200万台以上，2027年有望接近2000万台。目前市面上单个前向激光雷达中，使用的激光器数量变化较大，有1片(1550nm转镜方案)、5片(EEL+MEMS方案)、8片(EEL转镜方案)、128片(VCSEL转镜方案)等不同方案，单片VCSEL价格在十余人民币水平，则预计未来市场空间可能达到数十亿元规模。免责条款和声明3423.6%14.3%15009.3%9.3%10%592.080.7%0%02022202202220232024202520262027 53.42450% 0 11.37 0 0%2022202320242025究部预测参考II-VI，在材料体系上更进一步，还可以在SiC领域进行扩展。SiC相比硅基半导体，能耐受更高的电压和温度。据II-VI数据，SiC可以帮助电动汽车增加10%续航，将充电电流提升到原先的5倍，优势明显。因此，预计该市场增速也较快。据Yole预计，2023年全球功率SiC组件市场规模有望突破20亿美元，2027年更是有望达到60亿美元，年化增速达到30%以上。SiC领域的公司对该市场也表示乐观。II-VI预测，SiC模块和设备的市场规模增速有望在2020-2030年间维持50%+，2030年市场规模有望提升到300亿美元以上，而其自身扩产规划也相对积极，对应2020-2025年期间规划产能增长