长光华芯:半导体激光芯片第一股_引领国产光子应用新时代.docx
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1、长光华芯:半导体激光芯片第一股_引领国产光子应用新时代一、国产半导体激光芯片第一股,逐渐打破国外技术垄断聚焦半导体激光行业近十年,成为全球少数具备高功率半导体激光芯片 量产能力的企业之一。公司成立于 2012 年,始终专注于半导体激光芯 片的研发、设计及制造,形成了由半导体激光芯片、器件、模块和直接 半导体激光器构成的四大类、多系列产品矩阵,实现在半导体激光行业 的垂直化布局。2021 年,公司成功实现 30W 高功率半导体单管芯片的 量产,波长范围覆盖 808-1064nm,电光转换效率达到 60%-65%,技 术水平与国际先进水平同步,成功导入锐科激光、创鑫激光和大族激光 等下游主流客户,
2、基本实现高功率激光芯片的国产替代。目前公司已建 成 3 寸、6 寸半导体激光芯片量产线,同时拥有一套完整从外延生长、 晶圆制造,到封装测试、可靠性验证的专业设备,并突破晶体外延生长、 晶圆工艺处理等关键核心技术及工艺,芯片功率、效率等重要指标达到 国际先进水平。半导体激光器引领光子时代,激光芯片是其核心元件。半导体激光芯片 以半导体材料为增益介质,通过电激励的方式实现谐振放大选模输出激 光,从而完成电光转换。其中,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。1)按制造工艺不同,激光芯片可分为边发射(EEL)和面发射(VCSEL)
3、激光芯片:a)EEL 激光芯片在芯片两侧镀光学膜形成谐振腔,激光沿 平行于衬底表面发射;b)VCSEL 激光芯片在芯片上下面镀光学膜形成 谐振腔,激光沿垂直于芯片表面发射。VCSEL 激光芯片具备易二维集成、 制造成本低等优点,但输出功率和电光效率相比 EEL 较低,产业应用仍 处于不断完善的阶段。2)按发光单元数量,激光芯片可分为单管芯片和巴条芯片:a)单管芯 片只有一个发光单元;b)巴条芯片由多个发光单元并成直线排列,经过 钝化、镀膜后,可解理为单个发光单元的单管芯片。公司持续专注半导体激光行业,秉承“一平台、一支点、横向扩展、纵 向延伸”发展战略。公司以苏州半导体激光创新研究院为“平台”
4、,打 造可持续的研发创新能力,将高功率半导体激光芯片作为“支点”产品, 同时“横向扩展”至 VCSEL 芯片及光通信芯片,将应用领域拓展至消 费电子、激光雷达、网络通信等领域,“纵向延伸”至激光器件、模块 及直接半导体激光器等产品,不断提升综合竞争能力。其中,高功率半 导体激光芯片和光通信芯片属于边发射激光芯片,VCSEL 芯片属于面发 射激光芯片。高功率单管系列产品为公司主要收入来源,营收占比超过 80%。 2018-2021 年,高功率单管系列产品的收入从 0.7 亿元增长至 3.6 亿元, CAGR 达到 71.3%,2021 年营收占比达到 84%;高功率巴条系列产品 的收入从 0.2
5、 亿元增长至 0.6 亿元,CAGR 达到 42.4%,2021 年营收占 比达到 13%。VCSEL 芯片自 2020 年开始产生收入,2021 年达到 820 万元,同比+140.5%,营收占比约为 2%。从盈利能力来看,2021 年高 功率巴条系列产品的毛利率为 72.9%,VCSEL 芯片的毛利率为 67.3%, 远高于高功率单管系列产品的 25.8%。随着高功率巴条系列产品和 VCSEL 芯片产品的收入占比提升,公司的毛利率具备较大提升空间。整体营收规模快速扩大,盈利能力明显抬升。公司具备超高功率边发射 激光器芯片和 VCSEL 芯片的量产制造能力,在高功率半导体激光芯片 领域的过程
6、中具备稀缺性优势,自 2018 年起营收规模开始快 速扩大。2018 年公司营收规模达到 0.9 亿元,同比+193%;之后保持快 速增长趋势,2021 年实现营收 4.3 亿元,2018-21 年的 CAGR 为 66.8%。 同时,由于前期研发投入过多导致公司 2018-19 年处于亏损状态,随着 高毛利的高功率巴条系列产品和 VCSEL 芯片产品量产,加上 2018 年以 来芯片生产良率不断提升,2018-20 年的良率复合增长率达到 33.4%, 从而抬高公司整体盈利能力。2020 年公司实现扭亏为盈,归母净利润达 到 0.3 亿元,2021 年进一步达到 1.2 亿元,同比+341%
7、。对应 2021 年 毛利率达到 52.8%,同比+21.5pct;净利率达到 26.9%,同比+16.3pct。持续投入研发保持技术优势,期间费用率随着营收规模扩大而下降。随 着公司整体营收的持续扩大,规模效应显现,期间费用率呈逐年下降趋 势,销售、管理、研发和财务费用率合计从 2018 年的 59.9%下降至 2021 年的 31.4%。其中,2019 年公司管理费用率高达 103.3%,主要是因为 在 2019 年实施股权激励计划,确认股份支付金额 1.3 亿元,若剔除股份支付影响,2019 年管理费用率仅为 7.4%。此外,公司仍处于快速发 展期,围绕半导体激光芯片、器件及模块等产品加
8、大研发投入,同时自 2018H2 起增大自研和改造设备投入,2018-2021 年研发费用从 0.37 亿 元增长至 0.86 亿元,CAGR 为 32.2%。主要产品性能指标与国外先进水平同步,打破国外技术封锁。公司研发 重心覆盖半导体激光行业最核心领域,包括器件设计及外延生长技术、 FAB 晶圆工艺技术、腔面钝化处理技术以及高亮度合束及光纤耦合技术 等。相比其他竞争对手,公司目前商业化单管芯片输出功率达到 30W, 巴条芯片可实现 50-250W 的连续激光输出及 500-1000W 的准连续 激光输出,VCSEL 芯片的最高转换效率达 60%以上,产品性能指标与 国外先进水平同步,打破国
9、外技术封锁,在性能、功耗、成本等各方面 均具备国内领先优势。获华为哈勃投资入股,核心管理层拥有多年技术研发和运营管理经验, 通过苏州英镭持有公司约 15%股权。公司董事长兼总经理闵大勇先生为 高级工程师、享受国务院特殊津贴专家,先后在华工科技、锐科激光、 华日精密等公司担任重要管理职位;首席技术官兼常务副总经理王俊先 生 拥 有 丰 富 的 专 业 背 景 , 先 后 在 SL-Industries,Inc. 、 Spectra-Physics,Inc.、Lasertel Inc.、nLIGHT,Inc.、Mighty Lift, Inc.等 公司的主要技术岗位任职,是国家重大人才工程专家。苏
10、州英镭为公司 核心管理层持股平台,上市后闵大勇、王俊、廖新胜、潘华东先生通过 苏州英镭持有公司 14.8%的股权。苏州芯诚、苏州芯同是公司骨干员工 持股平台,上市后分别持有公司 1.59%和 1.47%的股权。借助员工持股 平台,公司绑定核心技术与管理人才,维持长期竞争优势,同时华为旗 下的哈勃投资通过增资入股持有公司 3.74%的股权,助力公司发展。二、技术创新推动高功率半导体激光芯片,产能扩充满足下游客户需求激光器是激光设备最核心部件,其性能决定激光设备输出光束的质量和 功率,居于激光产业链的核心中枢位臵。激光器利用受激辐射原理产生 可见光或不可见光,主要包括光学系统、电源系统、控制系统和
11、机械机 构四大部分,其中光学系统最为关键。光学系统主要由泵浦源(激励源)、 增益介质(工作物质)和谐振腔等光学器件材料组成,增益介质通过吸 收泵浦源产生的能量产生光子,并在光学谐振腔内不断反射、放大,最 终形成输出激光束。目前国内厂商已突破激光器大部分器件制造技术, 但高功率半导体激光芯片等核心器件仍依赖进口,实现高功率半导体激 光芯片的国产替代,有助于进一步提高国内激光器厂商的国际竞争力。激光器种类多样,下游应用领域众多。按照增益介质、输出波长、运转 方式、泵浦方式的不同,激光器具备多种不同的分类,固体激光器由于 稳定性好、功率较高、维护成本低,目前应用最广泛、市场占有率最高。 固体激光器中
12、的半导体激光器可直接应用于下游领域,也可以作为固体 激光器(以晶体为增益介质)、光纤激光器等其他激光器的核心泵浦光 源。激光器可广泛用于工业加工装备、激光雷达、光通信、医疗美容等 下游应用行业,其中材料加工与光刻市场的应用占比最高,2020 年达到 39.3%。全球激光器市场规模持续扩大,半导体激光器占比约为 43%。2015-2021 年全球激光器的总收入从 97.1 亿美元增 长至 184.8 亿美元,整体保持稳定增长。半导体激光器具有电光转换效 率高、体积小、寿命长、耗等优点,随着智能化设备以及医疗美容 等新兴应用领域的持续拓展,半导体激光器的直接应用和作为泵浦源的 应用规模持续增长,2
13、015-2021 年的市场规模从 41.8 亿美元增长至 79.5 亿美元,CAGR 达到 11.3%,对应 2021 年在全球激光器市场的规模占 比为 43%。半导体激光器应用功率不断提升,高功率半导体激光器应用市场持续扩 容。半导体激光器可以分为低功率半导体激光器(输出功率1W)和高 功率半导体激光器(输出功率1W)。高功率半导体激光器在效率、可 靠性、成本、尺寸等各方面都具有明显优势,但由于光束质量较差,主 要作为固体和光纤激光器的泵浦源进行应用,通过微光学透镜进行整形, 也可直接应用于焊接、激光剥离和退火、激光雷达等领域。2019-2025 年全球高功率半导体激光器的市场规模将从 16
14、.4 亿美元增长至 28.2 亿美元,CAGR 达到 9.4%。其中,直接应用类 器件/系统的市场规模将从 7.7 亿美元增长至 12.7 亿美元,CAGR 为 8.7%;用于固体激光器泵浦源的市场规模将从 4.3 亿美元增长至 7.3 亿 美元,CAGR 为 9.1%;用于光纤激光器核心器件的市场规模将从 4.4 亿美元增长至 8.3 亿美元,CAGR 为 11.0%。我国在中小功率激光器领域已逐步实现进口替代,未来高功率激光器将 成为主要替代方向。以激光器应用最为广泛的光纤激光器为例, 2013-2020 年国产小功率光纤激光器(小于 100W)的出货量从 1.3 万 台增长至 13 万台
15、,基本已完全实现;国产中功率光纤激光器 (1.5kw)的出货量从 200 台增长至超过 1.7 万台,国产化率从 16.7% 提高至 60%以上,正逐步实现国产化;国产高功率光纤激光器(1.5kw) 的出货量从 5 台增长至 3800 台,国产化率从 0.8%提高至 57.6%。我国 在高功率激光器的出货量主要集中在 3-6kw 产品段,万瓦级激光器的国 产化率仍然较低,随着光纤激光器的应用功率持续提升,国内厂商将逐 渐进入万瓦级激光器市场的竞争中。公司立足上游高功率半导体激光芯片,向下延伸至激光器件、模块以及 直接半导体激光器等产品,助力高功率半导体激光器。美国、 德国等海外企业在中游激光器
16、领域占据主导优势,伴随下游应用需求的 增加和技术持续突破,目前我国在激光器领域正在实现快速替代。而半 导体激光芯片是中游各类激光器的核心泵浦光源,但我国在高功率半导 体激光芯片等核心器件方面仍依赖进口。公司位于激光器产业链上游, 聚焦国内稀缺的半导体激光芯片,逐渐打破海外厂商垄断,并纵向延伸 至激光器件、模块,以及性能突出、光电转化效率高的中游直接半导体 激光器,助力国内高功率半导体激光器的。激光芯片功率不断提升,公司已实现 30w 半导体激光单管芯片商业化。 中科院长光所指出,2015 年单管芯片输出功率在实验室水平下可以达到 29.5w,为半导体激光芯片功率的进一步提升指明了方向。目前,公
17、司最大输出功率可达 30w 的单管芯片已实现商业化,产品性能指标与国 外先进水平同步,打破了国外在高功率半导体激光芯片的技术封锁,逐 步实现了半导体激光芯片的国产化。公司产品供应国内下游主流激光器厂商,在国内高功率半导体激光芯片 的市场占有率第一。公司主要客户包括飞博激光、创鑫激光、锐科激光、 大族激光和光惠激光等国内知名激光器厂商,21H1 来自前五大客户的 营收占比达到 82.3%,客户集中度较高。2020 年,公司主要客户锐科激 光和创鑫激光在国内光纤激光器的市场份额分别为 25%和 17%,分别位 居第二和第三。目前,国内具备高功率半导体激光芯片量产能力的公司 较少,据公司披露,公司在
18、国内高功率半导体激光芯片市场的占有率约 为 13.4%,在全球市场的占有率约为 3.9%,市占率位居国内第一。未 来随着半导体激光芯片的国产化程度加深和公司扩张产能的释放,公司 的市场占有率将进一步提升。自研核心技术,持续提高产品竞争力。截止 21 年 6 月,公司拥有研发人员 106 人,占员工总数的 30.5%;拥有专利 61 项,其中发明专利 22 项,核心储备技术中 6 寸高功率芯片、高效率巴条、高亮度光纤耦合模 块已进入客户送样 Beta 阶段,其余处于客户送样 Alpha 阶段。随着公司 核心技术的持续创新突破,加上产线世代升级后进一步提高产能和芯片 良率,使得芯片的制造成本大幅下
19、降,公司在半导体激光芯片领域的产 品竞争力持续增强。公司建设激光研究院扩充产能满足市场和客户需求,建成后半导体激光芯片及模块产能将提升5-10倍。目前,公司已建成从芯片设计、MOCVD (外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合等完整的工艺平台和 量产线。截止 21H1,公司在高功率单管芯片/高功率巴条芯片/单管及巴 条器件/光纤耦合及阵列模块/直接半导体激光器的产能分别达到 806.4 万颗/5.8万颗/88.3万个/4.9万个/500台。由于公司仍处于快速发展阶段, 当前产能尚不足以实现芯片制造的规模效应,同时考虑到国内高功率半 导体激光芯片的广阔替代空间,公司与苏州高新区政府合建苏州
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