光模块最紧缺环节之一，光芯片细分赛道行业解析（附产业链公司）

今天重点分析光模块的上游细分市场—光芯片，目前光芯片已经进入供不应求、缺芯少货的阶段，例如Lumentum在三季度业绩会表示缺口从20%扩大到25-30%，国产替代需求将迎来爆发。

1.基础概念

1.1 什么是光芯片

光芯片是光器件中的核心元器件，主要用于光电信号转换和处理。光芯片是光模块的核心组成部分，其利用光子学原理，通过光源产生光信号，利用波导传输光信号，并通过探测器将光信号转换回电信号，从而实现信息的传输和处理。

①在光发射阶段，光源（如激光器）将电信号转换为光信号。这一过程基于半导体的受激辐射原理，通常通过半导体材料在能带间跃迁发光来实现。

②在光传输阶段，光信号通过波导结构进行传输。波导的设计使得光信号能够在芯片内部高效传输，同时避免了光信号的散射和损耗。

③在光检测阶段，探测器芯片将接收到的光信号转换回电信号。这一过程是通过半导体的光电效应实现的，即在光照下，材料中的电子吸收光子的能量，若吸收的能量足够大，电子将逸出材料形成光电子，同时产生一个带正电的空穴。

图表1：光模块内部构成

1.2 光芯片如何分类

按照芯片适用于发射端还是接收端，光芯片可以分为激光器芯片（发射端）和探测器芯片（接收端）。

激光器芯片：一般以PN结注入电源为激励源，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，完成电转光。激光器芯片按照发光类型又可以分为面发射芯片和边发射芯片。其中，面发射芯片包括VCSEL芯片，边发射芯片包括FP、DFB、EML芯片等。

传统的FP激光器芯片因损耗较大，且传输距离短，在光通信领域的应用逐渐收窄，因此目前发射端的激光器芯片主要包括DFB、EML、VCSEL三种类型，分别适用于不同传输距离和成本敏感度的应用场景。

探测器芯片：主要用于检测光信号，并完成光信号向电信号的转换。接收端的探测器芯片主要包括PIN（PIN光电二极管）芯片和APD芯片（雪崩光电二极管）两类。

图表2：光芯片分类（狭义）

图表3：激光器芯片和探测器芯片对比

资料来源：源杰科技招股书

1.3 光芯片的生产流程

光芯片的生产流程复杂，主要包括四个主要环节：芯片设计、基板制造、外延生长、晶圆制造。其中，外延生长是技术壁垒最高的环节。

①芯片设计：用芯片设计软件根据特定的芯片功能要求制作光电线路图；

②基板制造：GaAs/InP材料经过提纯、拉晶、切割、抛光、研磨制成单晶体衬底即基板，用于外延生长；

③外延生长：根据设计图，用基板和有机金属气体在MOCVD、MBE设备里长晶，制成外延片（Wafer）；外延层的厚度、比例、缺陷控制等参数直接决定了光芯片的发射波长、效率、可靠性、老化等指标性能和良率，因此外延生长是光芯片制备过程中最重要的环节。

④晶圆制造：对外延片进行光刻等系列处理，制成电路功能完整的可封装晶粒。

在这些生产环节中，外延生长的外延片质量（Wafer）是决定光芯片性能的关键因素，且生成条件较为严苛，是光芯片制备的重要环节。

目前，磊晶生长主要有MOCVD与MBE两种方式：

MOCVD（金属有机物化学气相沉积）：以III族元素+V族元素（或II族元素+VI族元素）组成的有机化合物作为晶体生长原材料，以热分解反应方式在衬底（基板）上进行气相外延，形成III-V族化合物（或II-VI族化合物）薄层晶体。在MOCVD工艺中，需要着重考虑系统密封性、流量、温度控制等工艺环节。

MBE（分子束外延）：与MOCVD相比，MBE是一种更新的晶体生长技术。其主要方法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中。通过加热，元素喷射的分子流在衬底上长出晶格结构。MBE能够制备超薄层的半导体材料（可达到单原子层水平），技术难度较高。

图表4：激光器芯片生产流程图

资料来源：《中国光通信用芯片产品：服务与展望》、源杰科技招股书

光芯片工艺标准化程度较低，其性能依赖于具体的制造工艺，因此大部分光芯片厂商采用IDM模式（芯片设计-制造-封测全链条布局）。其主要好处在于，其一IDM模式可以使得光芯片设计和晶圆制造环节能够相互反馈验证、灵活调整参数，精准触达产品设计、生产、测试中的任何问题；其二可以形成完整的闭环流程，保证工艺稳定性并且有效防止工艺know-how外流。

2.光芯片的市场潜力有多大

2.1 光模块速率越高，光芯片价值量越大

光模块中TOSA（发射光组件）和ROS（接收光组件）为核心器件，直接影响整个光模块的性能。其中TOSA主体为VCSEL、DFB、EML等激光器芯片，ROSA主体为APD、PIN等探测器芯片。

一般光模块中芯片成本占比30%-40%左右，而高端高速光模块（如800G）这一比例可能超过50%，越是高速率、高端的光模块，其中光芯片的成本占比就越高。

图表5：不同速率光模块中光芯片成本占比

资料来源：深企投研究

2.2光芯片市场规模及驱动因素

根据Omedia的数据，2025年预计高速率光芯片市场规模约为43亿美元。另外根据LightCounting预测，光芯片市场规模将从2024年的约35亿美元增长至2030年的110亿美元，年均复合增速17%，未来将会是一个百亿美金的大市场。这其中高端光芯片（50G及以上）占比超60%，是未来的增长主力。

图表6：2020-2030年光芯片市场规模（亿美元）

资料来源：Omedia、LightCounting

光芯片市场增长驱动因素主要有3个：

①AI数据中心大规模建设及升级（从400G升级到800G/1.6T），带动光模块需求爆发式增长，从而拉动光芯片需求上升。

②光芯片速率升级，价值量上升。光芯片逐步实现从25Gbps到100Gbps，再到200Gbps的规模化商用。

③除数据中心、电信网络之外，光芯片应用领域不断拓展，例如激光雷达、环境检测、气体检测等场景中逐步被应用。

3.光芯片的产业链

光芯片产业链上游主要为衬底材料以及生产设备，上游毛利率在40%-60%之间，技术壁垒最高，长期被美、日、欧企业主导。

光芯片产业链中游主要为光芯片设计制造，大部分光芯片公司采用IDM模式（芯片设计-制造-封测全链条布局）。主要包括激光器芯片制造和探测器芯片制造。高端光芯片毛利率普遍超过50%，盈利能力依赖良率和量产规模，客户验证周期长达12-24个月。

光芯片产业链下游主要为光模块、通信设备厂商，下游客户毛利率普遍在20%-35%之间，需求受电信市场（5G、万兆光网）、数据中心通信市场拉动。当前800G、1.6T光模块需求拉动最为明显，处于量价齐升的机遇期。

图表7：光芯片产业链示意图

下面是光芯片产业链详细分析：

3.1 产业链上游

1.核心材料

①衬底材料

光通信芯片主要采用第二代半导体材料，包括磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）。

磷化铟（InP）具有优异的导热性、光电转换效率和传输效率，主要被用于制作FP、DFB、EML边发射激光器芯片和PIN、APD探测器芯片，应用于电信、数据中心等中长距离传输；

砷化镓（GaAs）具有优异的光电性能、耐热和抗辐射能力，主要被用于制作VCSEL面发射激光器芯片、射频模组等，应用于数据中心短距离传输、3D感测等领域。

国际衬底材料代表企业主要有日本住友化学、日本信越化学、美国AXT、英国IQE。国内衬底材料代表企业主要有云南锗业（有InP衬底线）、先导稀材、烁科晶体。

②外延材料

在衬底上通过外延生长技术（主要是MOCVD、MBE）一层层生长出具有特定光电特性的晶体薄膜，这是制造激光器芯片最关键、技术难度最高的步骤。

国际外延材料代表企业主要有英国IQE、美国Coherent、日本住友电工。国内外延材料代表企业主要有全磊光电、源杰科技、长光华芯。

③特种化学品与气体

主要是高纯度的金属有机源（MO源）、氢气、氮气、砷烷、磷烷等，纯度要求极高（6N-9N），直接影响外延片的质量。国际代表企业主要包括法国液化空气、美国空气产品、德国林德集团；国内代表企业主要有南大光电、金宏气体等。

2.核心设备

MOCVD（金属有机化学相沉积设备）是芯片外延生长的关键设备，单台价格超千万元，技术被高度垄断。国际代表企业主要包括德国Aixtron、美国Veeco，基本被这两家公司所垄断；国内的代表企业为中微公司，其MOCVD设备已经进入国内主流芯片厂商供应链。

光刻与刻蚀设备用于在外延片上定义出激光器的微小结构（如光栅、波导）。国际代表企业为ASML、日本尼康/佳能；国内代表企业有上海微电子（SMEE）等等。

封装和测试设备主要包括高精度贴片机、金丝球焊机、耦合对准设备、自动化测试系统等。国际代表企业为日本ASMPT、德国F&KDelvotec、美国Kulicke&Soffa；国内代表企业有大族激光、新益昌等等。

3.2 产业链中游

产业链中游主要为光芯片厂商，主要包括激光器芯片厂商和探测器芯片厂商。光芯片中高端芯片目前具备量产能力的供应商主要在海外；10G及以下速率的DFB、PIN、VCSEL、FP、APD国内厂商供应链成熟，50G及以上速率的EML激光器目前仍需进口；10G-25G速率的EML激光器，目前已有部分国内厂商可实现批量供应。

国际光芯片代表企业主要有美国Coherent、美国Lumentum、美国Broadcom等，占据全球高端光芯片市场80%的份额。其他重点厂商有日本住友电工、日本三菱电机、美国MACOM、美国AAOI、美国Acacia、日本古河电工等。

国内光芯片代表企业主要有华为海思、海信宽带、光迅科技、索尔思、芯思杰、聚元微、中电科44所、源杰科技、武汉敏芯、希烽科技、华工科技、长光华芯、仕佳光子、三安光电、武汉云岭光电等。

图表8：光芯片产业图谱

1.激光器芯片

①激光器EML芯片（电吸收调制激光器）：全球主要厂商为美国Lumentum、日本三菱、日本住友电工等，主导全球高端市场。国内市场中，25G以上EML芯片国产化率较低，国内主要参与者有源杰科技、光迅科技、华工正源、武汉云岭光电、长光华芯、仕佳光子、武汉光安伦、拓壹半导体等。其中，源杰科技是国内领军企业，100G PAM4 EML完成客户验证，给中际旭创供货。

②激光器VCSEL芯片（垂直腔面发射激光器）：全球主要厂商为美国Broadcom、美国Coherent、美国Lumentum等，主导全球高端市场。目前这块国产化率较低，国内主要参与者包括长光华芯、常州纵慧芯光、老鹰半导体、源杰科技、苏州度亘核芯等企业。

③激光器DFB芯片：全球主要厂商包括Lumentum、Coherent、Broadcom、古河电工、MACOM、EMCORE等企业。国内厂商包括源杰科技、桂林光隆科技、仕佳光子、光迅科技、武汉敏芯、宁波元芯光电、泉州中科光芯、苏州度亘核芯等。

2.探测器芯片

全球探测器芯片市场主要由美日厂商主导，领域代表性企业有GCS、SiFotonics、II-VI（Coherent）、Broadcom、深圳芯思杰、华星光、河北光森电子、长光华芯、兴森电子、三安集成、敏芯半导体、武汉云岭光电等。

3.3 产业链下游

光芯片产业链下游主要为光模块组装厂商，国内龙头企业中际旭创、新易盛、天孚通信等已经取得世界领先地位，已经成为北美头部云厂商的主要供应商。

光模块市场规模：全球数据中心建设带动光模块出货量的快速增长。2024年全球光模块市场市场规模已攀升至144亿美元，相较于2023年的95亿美元实现了52%的显著增长。预计全球光模块市场在2024-2029年将以22%的CAGR保持增长，到2029年有望达到370亿美元市场规模。

图表9：2018-2029年全球光模块市场规模

资料来源：Lightcounting

光模块竞争格局：2024年全球前十的排名中，中国企业独占七席，分别是中际旭创（NO.1）、新易盛（NO.3）、华为（No.4）、光迅科技（No.6）、海信宽带、华工正源以及索尔思光电。

图表10：光模块组装企业图谱

800G、1.6T光模块出货量情况：未来5年，800G、1.6T光模块将会是市场主流，我们重点分析这两款产品的情况。根据花旗银行估计，2025年800G光模块需求将达到2000万只，2026年800G光模块需求将达到3700万只，同比增长85%。其中90%的800G光模块需求来自于海外云服务厂商，主要包括亚马逊、谷歌、Meta、微软、Oracle以及英伟达。增长驱动因素来自于：

①由于ASIC芯片大规模使用，ASIC网络层数增加，光模块搭载率快速提升；

②海外云基础设施从100G/200G/400G升级到800G，这一周期有望持续到2027年；

图表11：光模块出货量预计

4.光芯片赛道代表性企业

（1）国际光芯片代表性企业

国际光芯片代表企业主要包括美国Coherent（整合了II-VI、Finisar）、美国Lumentum（收购了Oclaro、Neo Photonics）、美国Broadcom（整合Avago）等，占据全球高端光芯片市场80%的份额，其他重点厂商还有日本住友电工、日本三菱电机、美国马科姆MACOM、美国AAOI、美国Acacia、日本古河电工等。

图表12：国际光芯片代表企业

（2）国内光芯片代表性企业

①源杰科技：光芯片业务核心产品包括2.5G-200G DFB/EML激光器、50mW-300mW CW硅光光源。其100G EML产品已经完成客户端验证，并批量出货。2025年1-3季度实现营收3.83亿元，同比增长115.09%；归母净利润1.06亿元，扭亏为盈。

②仕佳光子：光芯片业务核心产品包括AWG芯片及组件、CW DFB激光器、PLC光分路器芯片，是国内光芯片完整产业链企业。2025年1-3季度实现营收15.60亿元，同比增长113.96%；归母净利润3亿元，同比增长727.74%。

③长光华芯：光芯片业务核心产品包括EML、VCSEL、CW Laser等。100G EML实现量产，200G EML开始送样。2025年前三季度营收3.39亿元，同比增长67.42%；归母净利润0.21亿元，扭亏为盈；光通信芯片业务快速增长，成为公司新的盈利增长点。

④光迅科技：光芯片业务核心产品包括激光器芯片（FP、DFB、EML、VCSEL等）和探测器芯片（PD、APD），公司业务以光模块为主，但是已经实现25G以下DFB光芯片的量产和自供。

其他代表性企业还有：华工正源、武汉云岭光电、武汉光安伦、拓壹半导体、常州纵慧芯光、老鹰半导体、苏州度亘核芯、深圳芯思杰、华星光、河北光森电子、三安集成、敏芯半导体、桂林光隆科技、宁波元芯光电、泉州中科光芯等，整体市场格局较为分散。

来源：硬科技洞察