世界信息:中国光芯片行业发展现状分析报告2023

一、光芯片的概念

【资料图】

光芯片是光模块中完成光电信号转换的直接芯片，按应用情况，分为激光器芯片和探测器芯片。激光器芯片发光基于激光的受激辐射原理，按发光类型，分为面发射与边发射：面发射类型主要为VCSEL(垂直腔面发射激光器)，适用于短距多模场景;边发射类型主要为FP(法布里-珀罗激光器)、DFB(分布式反馈激光器)以及EML(电吸收调制激光器)。

FP适用于10G以下中短距场景，DFB及EML适用于中长距高速率场景。EML通过在DFB的基础上增加电吸收片(EAM)作为外调制器，目前是实现50G及以上单通道速率的主要光源。

研究人员将磷化铟的发光属性和硅的光路由能力整合到单一混合芯片中。当给磷化铟施加电压的时候，光进入硅片的波导，产生持续的激光束，这种激光束可驱动其他的硅光子器件。这种基于硅片的激光技术可使光子学更广泛地应用于计算机中，因为采用大规模硅基制造技术能够大幅度降低成本。 英特尔认为，尽管该技术离商品化仍有很长距离，但相信未来数十个、甚至数百个混合硅激光器会和其它硅光子学部件一起，被集成到单一硅基芯片上去。这是开始低成本大批量生产高集成度硅光子芯片的标志。

二、光芯片行业市场发展现状分析

光芯片还可以按照材料体系及制造工艺的不同，分为InP、GaAs、硅基和薄膜铌酸锂四类，其中InP衬底主要包括直接调制DFB/电吸收调制EML芯片、探测器PIN/APD芯片、放大器芯片、调制器芯片等，GaAs衬底包括高功率激光芯片、VCSEL芯片等，硅基衬底包括PLC、AWG、调制器、光开关芯片等，LiNbO3包括调制器芯片等。

随着集成电路的不断发展，传统的电子集成电路在带宽与能耗等方面逐渐接近极限。随着电子电路集成度的不断提高，金属导线变得越来越细，导线之间的间距不断缩小，这一方面使得导线的电阻和其欧姆损耗不断增大，使得系统能耗不断增加;另一方面会造成金属导线间的电容增大，引起导线之间的串扰加大，进而影响芯片的高频性能。

光芯片是全球半导体行业的一个重要细分赛道，涵盖工业用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手机人脸识别用VCSEL等成熟应用，以及车用激光雷达和硅光芯片等未来有望实现爆发性增长的新领域。据统计，2021年全球光电子器件(含CCD、CIS、LED、光子探测器、光耦合器、激光芯片等)市场规模达414亿美元，预计2025年市场规模有望达561亿美元，2021-2025年CAGR为9%。

电子集成芯片采用电流信号来作为信息的载体，而光子芯片则采用频率更高的光波来作为信息载体。相比于电子集成电路或电互联技术，光子集成电路与光互连展现出了更低的传输损耗 、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。 此外，光互连还可以通过使用多种复用方式(例如波分复用WDM、模分互用MDM等)来提高传输媒质内的通信容量。 因此，建立在集成光路基础上的片上光互连被认为是一种极具潜力的技术用以克服电子传输所带来的瓶颈问题。

根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国光芯片行业发展现状及趋势预测报告》显示：

国内目前参与厂商较散，产品体系丰富度、成熟度低，厂商对于探测芯片方案的选择较为分明，以光迅科技、光森电子、三安光电为首的公司选择传统成熟的PIN-PD、APD领域，产品较多运用于光通信产业链中;以芯视界、灵明光子、阜时科技为首的一众创企较多选择布局未来方向的SPAD/SiPM。

外延是半导体工艺当中的一种。在bipolar工艺中，硅片最底层是P型衬底硅(有的加点埋层);然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层;再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构：外延层在其中是集电区，外延上面有基区和发射区。外延片就是在衬底上做好外延层的硅片。因有些厂只做外延之后的工艺生产，所以他们买别人做好外延工艺的外延片来接着做后续工艺。

根据国内第三方工商注册服务机构--"企查查"查询结果显示，截止2021年12月底，国内"存续"和"在业"的企业中业务包含"光芯片或者外延片"，并通过查找范围"品牌/产品"，筛选之后企业有19996家，同比2020年年底的11698家增长8298家。从光芯片外延片行业人员规模企业发布的人才需求来看，研发和销售是企业人员需求量最大的两个部分，对研发岗位的需求高达55%，其后是销售客户支持类岗位，占18%。

2019年中国光芯片外延片市场规模为112亿元，2020年受新冠疫情影响，中国光芯片外延片市场规模有所下降，但随着相关领域投资建设规模的扩大，中国光芯片外延片市场需求将持续增长，2021年光芯片外延片行业市场规模达到125亿元，同比增长17.92%。

在旺盛需求的推动下，国内严格的疫情防控措施为国内外光芯片外延片工厂提供复工生产、调升稼动率弥补库存的可能，因此产能扩张带来的刚需以及提前抢单共同推动了中国大陆地区光芯片外延片工业产值的增长，2021年光芯片外延片行业工业总产值达到118亿元，同比增长16.83%。中国光芯片外延片产业结构逐步由小而全的综合制造模式逐步走向设计、制造、封装测试三业并举，各自相对独立发展的格局。

三、光芯片行业市场未来展望

高速数据处理和传输构成了现代计算系统的两大支柱，而光子芯片将信息和传输和计算提供一个重要的连接平台，可以大幅降低信息连接所需的成本、复杂性和功率损耗。随着硅基光电子学和半导体加工技术的不断发展，光子和电子混合集成的光电子芯片还可以进一步的提升器件性能并降低成本，以满足不断增长的高带宽互连的需要。

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