光通信用光芯片的分類及下游不同類型半導體材料的應用領域
半導體材料包括三大類： 1、單元素半導體材料，即以單一元素構成的半導體材料，主要包括硅（ Si）、鍺（Ge），其中硅基半導體材料是目前產量最大、成本 最低、 應用最廣的半導體材料；  2、III-V 族化合物半導體材料，即以 III-V 族元素的化合物構成的半導體材料，主要包括砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP），具有電子遷移 率高、光電性能好等特點，是當前僅次于硅之外最成熟的半導體材料，在 5G 通信、數據中心、光纖通信、新一代顯示、人工智能、無 人駕駛、可穿戴設備、航天方面有廣闊的應用前景； 3、寬禁帶半導體，以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等為代表，具有高禁帶寬度、耐高壓和大功率等特點，在通信、新能源汽車等領 域前景廣闊，但目前成本較高。

光通信用光芯片分類
光芯片按功能可以分為激光器芯片和探測器芯片，其中激光器芯片主要用于發射信號，將電信號轉化為光信號，探測器芯片主要用于接 收信號，將光信號轉化為電信號。 激光器芯片按出光結構可進一步分為面發射芯片和邊發射芯片，面發射芯片包括 VCSEL 芯片，邊發射EEL芯片包括 FP、 DFB 和 EML 芯片； 探測器芯片，主要有 PIN 和 APD 兩類。 激光器芯片按照材料體系劃分，可以分為砷化鎵GaAs和磷化銦Inp兩套材料體系。

磷化銦光芯片：分類及下游應用
按導電性能，InP襯底主要分為半導電和半絕緣襯底。 半導體襯底分為N型和P型半導電襯底：1）N 型摻Sn InP 主要用于激光二極管。2）N 型摻S的InP 不僅用于激光二極管，而且還用于光探 測器。3）P 型摻Zn InP 主要用于高功率激光二極管。 半絕緣襯底按照是否摻雜分為摻雜半絕緣襯底和非摻雜半絕緣襯底，半絕緣襯底主要用于制作射頻器件。 從全球磷化銦襯底應用情況來看，據Yole數據顯示，2020年光模塊器件、傳感器件、高端射頻器件三者銷量占比分別為83%、4%和14%。 光模塊器件和高端射頻器件是磷化銦下游主要的應用。

光通信系統中的光芯片位置及應用結構圖
光通信是以光信號為信息載體，以光纖作為傳輸介質，通過電光轉換，以光信號進行傳輸信息的系統。光通信系統傳輸信號過程中，發 射端通過激光器芯片進行電光轉換，將電信號轉換為光信號，經過光纖傳輸至接收端，接收端通過探測器芯片進行光電轉換，將光信號 轉換為電信號。 光芯片加工封裝為光發射組件（TOSA）及光接收組件（ROSA），再將光收發組件、電芯片、結構件等進一步加工成光模塊。光芯片的 性能直接決定光模塊的傳輸速率，是光通信產業鏈的核心之一。

光芯片及組件：光模塊中最大的成本項
根據中際旭創披露的2016年1-8月光模塊成本構成，芯片成本占60-70%（光芯片及組件占50%，比重最大；電芯片成本占15%），人工和 其他成本占23%； 光模塊中的芯片包含：光芯片（激光器芯片和探測器芯片）、電芯片（LD驅動芯片、TIA跨阻放大芯片、CDR時鐘和數據電路、DSP、 MUX&DeMUX等）。

磷化銦光芯片市場規模及競爭格局
全球磷化銦芯片市場規模
根據Yole預測，磷化銦器件應用領域正從傳統的數據通信和電信市場向C端消費市場擴展，預計到2026年下游應用規模將達到約52億美 元，2020-2026年年均復合增長率為16% 。數據通訊和電信仍然將是磷化銦最大應用領域，骨干網全光化和數據中心內的400G/800G光模塊等對磷化銦激光器件帶來持續需求，而 消費電子領域應用增速更快，如3D傳感、可穿戴設備、無開孔屏幕傳感等。


數通市場：400G、800G逐步成為主力
超大規模數據中心運營商對400G的部署反映了用戶對云服務需求的不斷增長，以及對更高帶寬的需求，以支持高要求的應用，包括人 工智能（AI）、機器學習（ML）和視頻處理。 根據LightCounting和中際旭創預計，從2023年開始數據中心800G光模塊將有更多需求， 之后逐漸增量，2024年800G需求將進一步提升，銷售額有望超過400G。

電信市場：光纖寬帶、基站傳輸升級
光纖寬帶PON技術是一種基于無源ODN網絡的寬帶接入技術，10G PON技術已經大規模商用，可為用戶提供高達1Gbps的帶寬，實現千 兆網絡的覆蓋；而下一代PON預計為25G/50G PON，而50G和100G/200G PON已經被IEEE、ITU、FSAN和其他標準組織視為10G PON的后 續演進技術。 5G前傳網絡方面，C-RAN組網模式大量部署，25Gb/s xWDM光模塊已廣泛應用。針對未來更高通道Massive MIMO基站、U6G頻段基站、 毫米波基站等應用場景，前傳網絡帶寬需求將進一步提升，在保留現有端口數量和節約光纖資源的前提下，業界已啟動50Gb/s及更高速 率的下一代5G前傳光模塊技術研究。

磷化銦芯片市場規模
從光模塊市場反推光芯片市場，源杰科技推算2021年光芯片市場總體在150億元左右，其中光纖接入、移動通信、數據中心分別為14億、 70億、63億元。根據C&C的預測，2020-2025年全球光芯片市場的年復合增長率將達到12.59%，主要受益于5G網絡的建設和應用，以及 相應數據中心、接入網、城域骨干網等網絡基礎設施的全面升級。 根據ICC預測2019-2024年， 中國光芯片廠商銷售規模占全球光芯片市場的比例將不斷提升，中高速率光芯片增長更快。2.5G及以下光芯 片市場被國內光芯片企業占據主要市場份額；10G光芯片我國企業已基本掌握核心技術，但部分型號產品仍存在較高技術門檻，依賴進 口；25G及以上激光器芯片以海外供應商為主。

各速率廠商份額
2.5G及以下光芯片：主要應用于光纖接入市場，國內光芯片企業已經占據主要市場份額。10G光芯片：主要應用在光纖接入市場、移動通信網絡市場和數據中心市場。我國光芯片企業已基本掌握 10G 光芯片的核心技術，但部 分型號產品仍存在較高技術門檻，依賴進口。 25G及以上光芯片：主要應用于移動通信網絡市場和數據中心市場，包括25G、50G、100G激光器及探測器芯片。根據 LightCounting并結 合行業數據測算，2021全球25G及以上光芯片市場規模為107.55億元。根據ICC統計，25G光芯片的國產化率約20%，但25G以上光芯片的 國產化率仍較低約5%。

車載激光雷達應用
Yole預測，汽車ADAS激光雷達市場將在未來5年迎來飛速增長，年均復合增長率高達73%，到2027年，ADAS激光雷達市場規模將從2021 年的3800萬美元增至2027年的20億美元，成為激光雷達行業最大的應用領域。與此同時，無人駕駛出租車市場也將以28%的年均復合增 長率增長，到2027年市場規模將從2021年的1.2億美元增長至6.98億美元。

激光雷達發射光源的波長主要包括905nm、1550nm、1064nm等。2021年在公開定點量產的激光雷達產品中，905nm是為首選波長，排 名第一，占比為69%，排在第二位的為1550nm，排名第二，占比達到14%。1550nm相比905nm來說，探測距離更遠，探測精度更高， 并且在同等功率水平下，1550nm產品對人眼安全性更高。1550nm激光雷達采用的光纖激光器，其種子光源為磷化銦材料體系開發。


光芯片成本分析以及技術壁壘
光芯片的制造成本構成
成本中，制造成本占比達59%、人工成本占24%、材料成本占17%（源杰2021年各速率產品成本合并統計） 。（1）制造費用主要包括折舊費、裝修費攤銷、水電費、光柵加工費等其他費用。 （2）光芯片的原材料包括襯底、金靶、特殊氣體（主要包括高純氫、磷化氫、液氮等）、三甲基銦、光刻膠、封裝材料（包括管帽等） 和其他材料等，其他原材料包括顯影液、光刻掩模板、異丙醇、砷化氫等材料，其他原材料品種較多且占比較低。 （3）襯底供應商為通美、住友、云南鍺業等。

磷化銦光芯片的生產流程及產業鏈
磷化銦產業鏈上游為晶體生長、襯底和外延片的生產加工環節。從襯底生產的原材料和設備來看，其中原材料包括金屬銦、紅磷、坩堝 等；生產設備涉及晶體生長爐、研磨機、拋光機、切割機、檢測與測試設備等。產業鏈中游包括集成電路設計、制造和封測環節。產業 鏈下游應用主要涉及光通信、 無人駕駛、人工智能、可穿戴設備等多個領域。 各環節廠商：1）襯底廠商：北京通美、 日本 JX、Sumitomo及少數國內廠商。2-1）外延廠商：IQE、 臺灣聯亞光電、 臺灣全新光電、 臺灣英特磊等，2-2）器件廠商包括Finisar、 Lumentum、 AOI等。3）IDM模式廠商：國內的源杰科技、仕佳光子、長光華芯等。

磷化銦襯底市場及競爭格局

根據 Yole統計顯示，到 2026 年全球光模塊器件磷化銦襯底（折合兩英寸）預計銷量將超過 100萬片， 2019 年-2026 年復合增長率達 13.94%， 2026 年全球光模塊器件磷化銦襯底預計市場規模將達到 1.57 億美元。 2020 年全球前三大廠商占據磷化銦襯底市場 90%以上市場份額，其中 Sumitomo 為全球第一大廠商， 占比為 42%； 北京通美位居第二， 占比 36%。 化合物半導體單晶生長的制備方法有水平布里奇曼法（HB）、垂直布里奇曼法（VB）、液封切克勞斯基法（ LEC）、垂直梯度冷凝法 （ VGF），磷化銦單晶批量生長的技術主要包括后三種。北京通美和Sumitomo 分別使用 VGF 和 VB 技術可以生長出直徑 6 英寸磷化銦 單晶，日本 JX 使用 LEC 技術可以生長出直徑 4 英寸的磷化銦單晶。