长光华芯:高功率半导体激光芯片龙头_拓展VCSEL与光通信芯片.docx
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1、长光华芯:高功率半导体激光芯片龙头_拓展VCSEL与光通信芯片1. 半导体激光芯片龙头企业,盈利指标优异1.1. 聚焦半导体激光行业,逐步实现高功率半导体激光芯片国产化苏州长光华芯光电技术股份有限公司成立于 2012 年,于 2022 年在上交所上市。公司聚焦 半导体激光行业,始终专注于半导体激光芯片的研发、设计及制造。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,是全 球少数几家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。公司高亮度单管芯片和光纤耦合输 出模块、高功率巴条和叠阵等产品,在功率、亮度、光电转换效率、寿命等方面屡次突破,
2、获多项专利,与全球先进水平同步。股权结构稳定,多家知名机构参股。截至 2022 年 4 月 1 日,华丰投资持有公司 18.38%股 份。苏州英镭为发行人核心管理团队持股平台,持有公司 14.82%股份。长光集团是中科院 长光所全资的事业单位资产管理公司,为公司国有股东。此外公司股东包含众多投资公司, 彰显资本市场信心。公司主要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 系列产品及 光通信芯片系列产品等,正逐步实现高功率半导体激光芯片的国产化。公司产品可广泛应用 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、激光智能制造装备、国家
3、战略高技术、科学研究、医学美容、激光雷达、机器视觉定 位、智能安防、消费电子、3D 传感与摄像、人脸识别与生物传感等领域。1.2. 业绩快速增长,2021 年毛利率达 52.8%受益于半导体激光芯片整体市场规模扩大、中美贸易摩擦使得进程加速、公司在半 导体激光芯片领域具备突出的竞争优势和自主创新能力、业务开拓进展良好并绑定下游龙头 客户,公司收入规模快速扩大,营业收入从 2018 年的0.92 亿元增长至2021 年的 4.29 亿元, CAGR 达 67%。2020 年公司归母净利润转负为正实现盈利,2021 年归母净利润同比增长340%至 1.15 亿元。分产品看,公司主要产品为高功率单管
4、系列产品与高功率巴条系列产品,VCSEL 芯片系列 正处于拓展阶段,贡献营收较少。公司高功率单管系列产品占比不断提升,2021 年贡献营 收 3.61 亿元,营收占比 84.1%。2020 年受客户科研项目进度影响公司高功率巴条系列产品 收入下降。2020 年公司高功率巴条芯片产品通过德国著名半导体激光器生产商 Jenoptik AG 认证并于 2021 年开始批量出口,2021 年高功率巴条芯片产品营收增长至 0.56 亿元。2021H1 由于毛利率较高的单管芯片产品占比提升,公司高功率单管系列产品毛利率上升至 44.8%。公司高功率巴条系列产品运用多种核心技术,技术附加值较高;产品主要应用
5、于生 物医疗、科研以及国家战略高技术领域,下游客户对产品质量和响应速度的要求较高,定制 化的技术需求较多,较为关注技术指标而对价格敏感度较低,因此巴条系列产品毛利率较高。 2021 年 H1,公司 VCSEL 系列产品业务除毛利率较高的芯片设计开发服务外,存在部分毛 利率相对较低的 VCSEL 芯片量产订单落地,因此 2021H1 公司 VCSEL 系列产品毛利率出 现下降。受益于进口替代进程加快以及公司生产工艺日趋完善、产品产量不断提升,公司规模效应开 始显现,毛利率不断提升。2021 年由于使得高功率单管系列产品毛利率上升,以及毛利率 较高的高功率巴条系列收入占比上升,公司销售毛利率较 2
6、020 年上升 21.47 个百分点达 52.8%。2021 年公司销售净利率达 26.9%。 公司销售费用率与财务费用率较低,销售费用率呈下降趋势。2019 年由于股份支付,管理 费用率大幅提升。根据公司招股说明书,2019 年剔除股份支付影响后的管理费用率为7.35%。 2021 年公司销售费用率/管理费用率/财务费用率分别为 5.13%/5.58%/0.67%。2. 激光芯片国产化进程加快,VCSEL 与光通信芯片市场快速发展激光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
7、组、光学元件等作为泵浦源进行各类激光器的制造与销售,包括直接半导体激光器、二氧化 碳激光器、固体激光器、光纤激光器等;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、医疗美容等应用行业。2.1. 2022 年我国激光器市场规模预计将达 147.4 亿美元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臵。国内厂商 目前已掌握大部分器件制造技术,但有些核心器件如高功率半导体激光芯片等仍依赖进口, 核心器件的将进一步实现。激光工业在全球发展迅猛,现在已广泛应用于激光智能制
8、造装备、生物医学美容、激光显示、 激光雷达、高速光通信、人工智能、机器视觉与传感、3D 识别、激光印刷、科研等领域。 根据 Laser Focus World ,2015-2020 年,全球激光器销售收入从 97.1 亿美元增长至 162 亿美元,CAGR 为 10.8%。预计到 2022 年全球激光器销售收入将增长至 184 亿美元。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,全球激光器的市场规模预计将继续保持稳定增长。激光器的用途十分广泛,目前可应用于材料加工、通讯、传感、研发、军事、医疗等领域。 根据 L
9、aser Focus World,2020 年全球激光器应用市场中,材料加工与光刻仍然是最主要的 应用市场,占比 39.28;由于员工办公的需求导致通信激光器收入大幅增长,通信与光存 储市场占比为 24.35排名第二;科研与军事应用领域保持高增长率,占比 14.04;医疗 与美容市场受疫情短期影响最显着,收入同比下降 25%,2020 年占比 5.84。中国激光器行业发展迅速、竞争优势明显。在全球激光器市场中所占的比重也持续提升。根 据 Laser Focus World,2021 年中国激光器市场规模同比增长 18.2%至 129 亿美元。预计到 2022 年,我国激光器市场规模达到 147
10、.4 亿美元。在我国各类激光器市场占比中,光纤激 光器占比超 50%,相较于固体激光器、气体激光器、半导体激光器等具备明显的领先地位。2.2. 预计 2021 年我国光纤激光器市场规模达 108.6 亿元,高功率产品国产化率 仍需提高光纤激光器即采用光纤作为工作介质的激光器,被誉为“第三代激光器”,具有输出激光光 束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广和综合运行成本低等诸 多优势,被广泛应用于雕刻、打标、切割、钻孔、熔覆、焊接、表面处理、快速成形等材料 加工领域。我国光纤激光器逐步实现由依赖进口向自主研发、替代进口到出口的转变。随着 国内光纤激光器企业综合实力的增强,国产
11、光纤激光器功率和性能逐步提高,我国光纤激光 器市场规模从 2015 年的 40.7 亿元增长到 2020 年的 94.2 亿元,CAGR 达 18.3%。华经 产业研究院预计 2021 年市场规模达 108.6 亿元。目前我国低功率激光器已几乎完全实现,中功率激光器国产化率迅速提高。根据 2020 年中国激光产业发展报告,国产 100W 及以下光纤激光器的出货量从 2013 年的1.3 万台增长至 2019 年 12 万台,2020 年达 13 万台,国产化率已超 99%。国产中功率 (1.5kw)光纤激光器国产化率已从 2013 年的 16.7%提升至 2020 年的 61.2%,2020
12、年国 产出货量达 1.75 万台。高功率尤其万瓦级激光器国产化率较低,核心元器件进口替代正当时。伴随着国内激光制造 厂商制造技术的创新与提升,国产的高功率激光器能效显著提升,在高功率的光纤激光器市 场逐步开展竞争。国产高功率光纤激光器出货量从 2013 年的 5 台增长至 2019 年 4000 台,国产化率从 2013 年的 0.8%提升至 2019 年的 55.6%,预计 2020 年达 57.6%。在 3-6kW 产品段,国内市场的竞争将趋白热化,进口与国产品牌的出货数量旗鼓相当。而在万瓦级以 上的市场,随着资本实力的增强和自主研发实力的提高,国内厂商更多的开始关注核心元器 件的生产,国
13、产光纤激光器慢慢开始参与到竞争当中。整体来看,高功率尤其万瓦级激光器 国产化率仍需提高。2.3. 2020 年我国激光芯片市场规模约为 5.29 亿元,高功率半导体激光芯片正逐 步实现半导体激光器应用广泛。半导体激光器俗称激光二极管,使用半导体材料作为工作物质,采用半导体工艺实现激光输出。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 接半导体激光器等领域,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。半导体激光器引领
14、光子时代,具有电光转换效率高、体积小、可靠性高、寿命长、波长范围 广、可调制速率高等显著优点,为下游激光器提供不同光子能量,除可以直接使用外,亦被 作为光纤激光器和固体激光器等其他激光器最理想的泵浦源,属于其核心器件及关键部件。 根据不同的光子类型,其下游激光器类型众多,应用领域较为广泛。高功率半导体激光芯片正逐步实现国产化。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。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)和面发射激光芯片(VCSEL)两种。边发射激光芯片是在
15、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,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。目前,我国中低功率光纤激光器国产化率高,但高功率半导体激光芯片等核心元器件仍依赖 进口,以半导体激光芯片为核心的激光器上游元器件正在逐步实现国产化,一方面提升国产 激光器上游元器件的市场规模,另一方面提高国内激光器厂商参与国际竞争的能力。 2020 年全球激光芯片市场规模测算:假设 1)根据2021 年中国激光产
16、业发展报告,2020 年全球激光器销售额为 160.10 亿美元,其中主要使用高功率半导体激光芯片的市场合计占 比为 59.10%。2)根据国内第一大激光器厂商锐科激光的销售毛利率,激光器行业平均毛利 率为 30.00%。3)根据激光制造商情(2020 年 08 月刊 130 期),泵浦源占光纤激光 器成本比例为 50%。4)公司泵浦源平均毛利率为 15%,激光芯片占泵浦源成本的 10%。5) 2020 年人民币兑美元平均汇率为 6.5。测算得 2020 年全球激光芯片市场规模约为 18.30 亿 元。2020 年我国激光芯片市场规模测算:假设 1)根据2021 年中国激光产业发展报告,202
17、0 年我国光纤激光器市场规模为 94.20 亿元。根据 Strategies Unlimited,2019 年光纤激光 器在工业激光器中的市场份额为 53.00%,假设 2020 年仍维持这一比例。2)根据国内第一 大激光器厂商锐科激光的销售毛利率,激光器行业平均毛利率为 30.00%。3)根据激光 制造商情(2020 年 08 月刊 130 期),泵浦源占光纤激光器成本比例为 50%。4)公司泵 浦源平均毛利率为 15%,激光芯片占泵浦源成本的 10%。测算得 2020 年全球激光芯片的 市场规模约为 18.30 亿元。测算得 2020 年我国激光芯片市场规模约为 5.29 亿元。公司产品中
18、的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,而 VCSEL 芯片属 于面发射激光芯片。高功率半导体激光芯片又分为单管芯片及巴条芯片,单管芯片只有一个 发光单元,巴条芯片是由多个发光单元并成直线排列的激光二极管芯片,巴条芯片经过钝化、 镀膜后,可解理为单个发光单元的单管芯片。此外公司也积极参与了产业链中游,进行直接半导体激光器的研发、生产与销售,应用于激 光加工、医疗、通讯、传感、显示、监控及国家战略高技术等领域。在中游激光器领域,美 国、德国等海外企业占据优势,但经过近年来国内激光行业的快速发展,产业链中游市场也 实现了快速的。2.4. VCSEL 与光通信芯片将受益于下游市场快速发
19、展2.4.1. 激光雷达与 3D 传感的应用带动 VCSEL 市场发展VCSEL 具有效率高、光束质量好、精度高、功耗低、小型化、高可靠、调制速率快、可大 量生产、制造成本低等优势,是激光雷达和 3D 传感等模组的核心部件。根据 Yole 预测, 2020 年 VCSEL 激光器全球市场规模约为 11 亿美元。其中在移动和消费领域营收达到 8.44 亿美元,占整个 VCSEL 市场的 78%,是最主要的应用方向。Yole 预计到 2025 年 VCSEL 激光器全球市场规模将增长至 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
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