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化合物半導體磷化銦 (InP)，電學性質優越
磷化銦是第二代半導體材料，廣泛應用於光通信、集成電路等領域。5G 時代技術革 新帶來以磷化銦（InP）、砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導體材料的蓬勃發展。半導體 材料按照物理性質可以劃分三代，分別是以 Si、Ge 為代表的第一代，InP、GaAs 為代表 的第二代，GaN、SiC 為代表的第三代。磷化銦（InP）是一種 III~V 族化合物，閃鋅礦型 晶體結構，晶格常數為 5.87×10-10 m，禁帶寬度為 1.34 eV，常溫下遷移率為 3000~4500 cm2 /(V.S)。InP 晶體具有飽和電子漂移速度高、抗輻射能力強、導熱性好、光電轉換效率 高等諸多優點，被廣泛應用於光通信、高頻毫米波器件、光電集成電路和外層空間用太陽 電池等領域。未來組件需求將以高速、高頻與高功率等特性，鏈接 5G 通訊、車用電子與 光通訊領域的應用，第二、三代化合物半導體有望突破硅半導體摩爾定律。
磷化銦半導體電學性能突出
磷化銦（InP）和砷化鎵（GaAs）相比，電學等物理性質優勢突出，在半導體光通信 領域應用佔據優勢。1）磷化銦具有高電子峰值漂移速度、高禁帶寬度、高熱導率等優點。 InP 的直接躍遷帶隙為 1.35eV，對應光通信中傳輸損耗最小的波段；熱導率高於 GaAs， 散熱性能更好。2）磷化銦在器件製作中比 GaAs 更具優勢。InP 器件高電流峰谷比決定了 器件的高轉換效率；InP 慣性能量時間常數是 GaAs 的一半，工作效率極限高出 GaAs 器 件一倍；InP 器件具有更好的噪聲特性。3）磷化銦（InP）作為襯底材料主要有以下應用 途徑。光電器件，包括光源（LED）和探測器（APD 雪崩光電探測器）等，主要用於光纖 通信系統；集成激光器、光探測器和放大器等，是光電集成電路是新一代 40Gb/s 通信系 統必不可少的部件。
磷化銦材料光電領域應用佔優
磷化銦應用涵蓋光纖通信、光電器件、醫療及傳感等多種領域。 目前主要應用於 1)用 於光纖通信技術。在磷化銦單晶襯底上製備的 InGaAsP/InP，InGaAs/InP 異質結材料所制 備的 1.3~1.6μm 光源和探測器已廣泛用於光纖通信中；2) 材料在光電器件方面得到廣泛 應用。
磷化銦單晶製備技術壁壘高
能夠使單晶批量化生長的技術主要有高壓液封直拉法（LEC）、垂直溫度梯度凝固法 （VGF）和垂直布里奇曼法（VB）。美國 AXT 公司和日本住友分別使用 VGF 和 VB 技術 可以生長出直徑 150mm 的磷化銦單晶，日本住友使用 VB 法制備的直徑 4 英寸摻 Fe 半 絕緣單晶襯底可以批量生產。VGF 生產技術要求晶體表面翹曲度小於 15 微米，位錯水平 越低越好。中國磷化銦製備技術與國際水平仍有較大差距，國內企業產能規模較小，大尺 寸磷化銦晶片生產能力不足。
磷化銦光通信產業鏈，上游國外壟斷有待突破
產業鏈全球分工明確，國內襯底市場佔比不足
磷化銦襯底處於產業鏈上游，80%市場份額被國外廠商壟斷。目前，日本住友是行業 龍頭，佔據著全球 60%市場份額，美國通美市佔率 15%，英法的公司市佔率各 10%和 5%。 目前，國內襯底年用量總計在 3 萬片左右，佔全球總市場份額不足 2%。國內能夠生產磷 化銦晶圓的企業較少，珠海鼎泰芯源公司掌握 30 項專利，正在申請的專利有 10 項，磷化 銦長晶率可達到 40%-50%。而公司背後的技術團隊和技術支撐是中科院。目前鼎泰芯源 已經掌握了 2 英寸到 6 英寸晶圓的生產技術。
上游襯底公司：國外壟斷格局顯著，國內企業追趕
磷化銦襯底材料處於光通信產業鏈上游，國外壟斷格局明顯。目前，由於在磷化銦單 晶生長設備和技術方面存在較高壁壘，磷化銦市場參與者較少，且以少數幾家國外廠商為 主，主要供應商包括日本住友、日本能源、美國 AXT(中國生產)、法國 InPact、英國 WaferTech 等，以上 5 家廠商佔據了全球近 80%的市場份額。
國內開展磷化銦單晶材料的研究工作已經超過 30 年，但磷化銦單晶生長技術的研究 規模、項目支持力度和投入較小，與國際水平還存在較大差距。目前，國內除通美北京工 廠外，尚沒有可批量生產單晶襯底的廠家。但傳統的砷化鎵、鍺單晶襯底廠家同樣注意到 了該市場的機會，包括珠海鼎泰芯源公司、雲南鍺業、先導稀材、中科晶電、東一晶體在 內的廠家正在積極佈局。目前，由於國內激光器外延廠家尚未實現大規模生產，磷化銦襯 底佔全球總市場份額不足 2%。
中游器件公司：激光器歐美企業起步較早，光模塊中國市佔率高
激光器歐美企業起步較早，國內企業規模相對較小。公司規模來看，國外激光器企業 體量較大，國內激光器企業仍有差距。歐洲和美國在激光領域起步較早，技術上具備領先 優勢，時至今日許多知名激光器企業已經發展壯大，如美國的 IPG 光電、Coherent（相干， 收購德國羅芬）、nLight（恩耐）、II-VI（貳陸），德國的 Trumpf（通快，收購英國 SPI 公 司），以及丹麥的 NKTPhotonics 等。國內優秀的激光器企業有銳科激光、創鑫激光、傑普特等，但規模上相對較小。
光模塊產業鏈全球分工明確，國內廠商佔據較大市場份額。歐美日等發達國家技術起 步較早，在芯片和產品研發方面擁有較大技術優勢。中國在技術方面起步晚，沒有實現技 術獨立的優勢，但是憑藉勞動力優勢、市場規模以及電信設備商的扶持，光模塊在產業鏈 中游佔據較大市場份額，從 OEM、ODM 發展為多個全球市佔率領先的光模塊品牌。光迅 科技、中際旭創、華工正源等企業佔據全球 19%光模塊市場份額。產業鏈分工有效利用了 全球優勢生產要素，並避免了重複研發，有利於全球產業鏈高效運轉。
下游雲廠商：亞馬遜市佔率全球首位，阿里巴巴追趕
從全球雲計算市場份額來看，美國廠商佔據主導地位，亞馬遜是唯一的行業龍頭，阿 裡雲躋身第四位。根據 Gartner 的統計，2019 年亞馬遜、微軟、谷歌三家美國廠商在 2019 年佔 72%的市場份額。亞馬遜以 45%的市場份額位於全球首位，第二、三、四分別是佔據 17.9%市場的微軟、佔據 9.1%市場的谷歌和佔據 5.3%市場的阿里雲。
IDC/5G 驅動光模塊需求迅增，磷化銦材料蓄勢待發
電信+數通拉動產業鏈上下游需求增長
5G 時代光通信行業的發展主要帶動光模塊需求增長。由於現代通信都是由光纖光纜 傳輸，而終端發送和接收都是電信號，所以兩端都需要有光電信號的轉換裝置——光模塊。 光模塊如今大量應用於通信行業和數據中心行。5G 使用的網絡架構相比 4G 增加了中傳 環節，前傳、中傳、回傳之間均採用光模塊實現互聯。
光模塊需求升級帶動激光器產能的擴張。光通信過程中，發射端將電信號轉換成光信 號，經過調製由激光器發射激光傳向接收端；接收端將光信號轉換成電信號，經過解調變 成信息。其中，光電芯片以其光電信號轉換功能佔據關鍵地位。一是成本佔比高，光芯片 和電芯片分別佔光模塊成本 50%、20%，也就是光模塊成本有 7 成是芯片；二是技術壁壘 高，光模塊的核心技術就在於芯片，尤其是光芯片，光芯片的技術決定光模塊的性能。
全球及中國光模塊市場趨勢向好
光模塊市場前景良好，預期 2025 年全球市場規模可達百億美元。2011-2019 年全球、 中國光模塊市場規模持續增長，從 2011 年的全球、中國光模塊市場規模 30.5 億、9.5 億 美元，到 2019 年的全球、中國光模塊市場規模 59.4 億、24.6 億美元，分別實現了 8.69%、 12.63%的 CAGR。根據 Yole 發佈的報告顯示，預計 2019-2025 年的複合增長率為 15%， 2025 年光模塊市場將增長至 177 億美元。在中國國內新基建帶動 5G 和數據中心的建設， 和疫情影響全球光模塊銷量的兩個因素作用下，預計近 1 年內光模塊市場將保持溫和增長。
數通光模塊增量升級，IDC 高速發展是引擎
雲廠商 CAPEX 整體上升趨勢，指標排名騰訊居於首位。雲廠商 CAPEX 是判斷光模 塊通信行業景氣度的重要指標。2017 至 2019 年雲廠商 CAPEX 增速加大，光模塊通信行 業發展景氣，國內企業騰訊和阿里巴巴在全球指標排名位於前三。
IDC 高速發展：流量爆發帶動全球 IDC 高速發展，直接拉動數通光模塊增量升級。根 據工信部，2017 年我國在用 IDC 機架規模 166 萬架，數量 1844 個；規劃在建數據中心 規模 107 萬架，數量 463 個；IDC 市場規模 650.4 億元，近五年複合增長率 32%，未來 增速有望保持。數據中心的建設對光模塊的需求巨大，光模塊需求由 40G 轉向 100G 乃至 更高速率，2017 年北美的超大型數據中心已經轉換為 100G，目前 400G 即將大規模應用， 未來甚至有望向 800G 升級。對比北美，國內雲計算產業的加速演進推動數據中心的建設， 有望拉動新一輪需求。
從數通光模塊發展階段來看，400G 有望放量增長。100G 光模塊的發貨量趨勢對 400G 有一定參照價值。2010 年 100G 進入行業標準和專利的規劃部署階段，2015 年進入生產 啟動期並帶來固定設備和資產投入，2016 年開始進入發貨量蓬勃上升期，2017-2018 年出 貨量大幅增長。據產業調研結果，2019 年由於雲廠商技術準備不足，400G 全球出貨量僅 10 餘萬隻，約等於 2016 年 100G 出貨量水平，低於市場預期，預計 2020 年出貨量將有 數倍增長，我們預計全球需求量有望達到 80 萬隻。據 IHS 估算，2019 是 400G 預計出貨 量 140 萬美元，未來五年銷售額將以 205%速度增長，2023 年佔據市場份額的 25%。
電信光模塊需求旺盛，5G 驅動新一輪量價齊升
5G 採用更高頻段、更大帶寬、DU/CU 分離，帶來基站數量、網絡架構和網絡容量的 變化，驅動光模塊放量升級的新一輪需求，同時，疫情催化下政策加碼 5G 等新基建領域 也有望拉動光模塊的長期需求。目前來看，5G 已成為各國搶佔科技制高點的必爭之地。 我國運營商 CAPEX 2015-2018 年持續下滑，2019 年隨著 5G 商用啟動，移動/聯通/電信 計劃 5G 投入 170/60-80/90 億元，總資本開支有望同比增加 6%，我們預計未來三年運營 商 CAPEX 將比今年提升 10-20%，未來十年國內 5G CAPEX 約 1.3 萬億元，相比 4G 增 加 57%。
2019 年我國已經建成超過 13 萬個 5G 基站，2020 年為 5G 基站大規模建設元年，預 計 5G 宏站 500 萬個，未來三年迎來建站高峰。宏站方面，國內 5G 投資週期比 4G 相對 拉長，預計為 8-10 年（3G/4G 大約 5 年），根據工信部數據，截至 2019 年 6 月國內 4G 基站 445 萬個；綜合 5G 頻譜及相應覆蓋增強方案，測算未來十年國內 5G 宏基站約 4G 的 1-1.2 倍，合計約 500-600 萬。目前，2019 年 6 月底第一期 NSA 基站集採招標完成， 招標量滿足 2019 年建成約 15 萬 5G 基站的目標。第二輪 SA 集採逐步落地，保守預計總體招標規模至少在 55 萬站，2020 年完成建設。微站方面，宏站站址建設難度較大且市場 較為飽和，同時 5G 頻率更高理論上覆蓋空洞更多，因此宏站料無法完全滿足 eMBB 場景 的需求，需要大量微站對局部熱點高容量的地區進行補盲，我們預計微站數量達千萬級別。
5G 光模塊市場總體規模過百億，約佔 5G 總投資比重約 4.6%。按照前述宏站 500 萬 站（每站 6 對）、微基站 1000 萬站（每站 1 對）測算，前傳光模塊數量將達 8000 萬隻左 右。即使按光模塊單價 250 元/只測算，預計前傳光模塊市場規模將在 200 億元左右。另 外，根據 OVUM 預測，隨著全球 5G 網絡建設的興起，25G 光模塊將在 2019 年開始逐步 放量並在 2024 年達到高峰期，數量預計達到 1260 萬隻，其中 70%會應用在中國市場。
整體來看，前傳—中傳—後傳對於光模塊需求速率提升、數量減少。由於通信承載網 絡由接入層—匯聚層—核心層不斷收束，帶寬需求不斷提升，導致光模塊速率需求隨之提 升；網絡鏈路不斷彙集，導致光模塊數量需求隨之下降。
磷化銦材料在光模塊組件佔據關鍵地位
磷化銦是光模塊組件激光器和接收器的關鍵半導體材料。磷化銦（InP）可以作為半導 體激光器的增益介質，此型激光器波長 1.3 微米，輸出功率可達 350kW，能量轉換功率高， 同時兼備重量輕、壽命長、結構簡單的優點。磷化銦（InP）作為光電接收器的半導體材料， 同樣以其突出的電學性質處於重要應用位置。
磷化銦襯底蓄勢待發，預期 2024 年應用市場規模達 1.7 億美元
磷化銦襯底主要需求來自歐美和日本，佔總體需求的 80%左右。據《中國新材料產業 發展年度報告》中公佈，2015 年磷化銦襯底需求約為 140 萬片/年，80%來自歐美和日本 下游客戶，中國大陸的客戶僅僅有 3%。預計到 2021 年，全球磷化銦襯底需求約為 400 萬 片/年，中國大陸的磷化銦代工廠商將逐步開始量產。2021 年中國大陸磷化銦襯底需求佔 比預計將上升至全球的 10%，年需求量為 40 萬片左右。
國際廠商佔據磷化銦襯底超過 90%市場份額。磷化銦單晶生長設備和技術存在較高壁 壘，市場參與者較少，主要為日美等國際廠商。其中日本住友電工市場份額最大，約佔總 體份額的 60%。國內生產傳統單晶襯底的廠家目前也開始積極佈局磷化銦產品，主要廠家 有云南鍺業、廣東先導、鼎泰芯源等，目前仍處於小批量試產狀態。
磷化銦 2 英寸襯底需求目前占主導地位，4 英寸需求未來穩步增加。根據《中國新材料產業發展年度報告》預測，2021 年全球 2 英寸磷化銦襯底需求達到約 400 萬片，相比 Yole 預測 2021 年 4 英寸磷化銦襯底需求約 105 萬片。其中中國大陸 2 英寸襯底需求預期 2021 年會達到 40 萬片。而未來全球 4 英寸襯底的需求預期 2024 年擴張至約 160 萬片， 其中數通領域的應用料將逐步增加並在未來超過電信領域占主導地位。
預計 2024 年全球磷化銦襯底市場規模為 1.7 億美元，CAGR 為 14%。根據 Semiconductor Today 預測，全球磷化銦應用市場規模將從 2018 年的 0.77 億美元，提高 到 2024 的 1.7 億美元，CAGR 為 14%。其中數通光模塊在 IDC 高速增長下市場規模增量 有望升級，從 2018 年 0.22 億美元、佔比 29%，未來預期增長至 2024 年 0.96 億美元、 佔比 56%。電信光模塊應用在 5G 驅動下增長穩定，從 2018 年 0.35 億美元、佔比 46%， 未來預期增長至 2024 年 0.53 億美元、佔比 31%。
重點公司分析（詳見報告原文）
雲南鍺業：轉型新材料產業，著力磷化銦單晶國產化
公司和國內科研院所合作，重點攻克第二代化合物半導體單晶材料的研發和生產。公 司控股子公司雲南鑫耀和中國科學院半導體所設立了院士專家工作站，致力於攻克單晶片 生產中的關鍵技術難題，已經獲得一系列關鍵工藝技術。目前公司已經具備生產半絕緣型 6 寸砷化鎵單晶襯底，具備砷化鎵單晶產能 80 萬片/年（摺合 4 寸）。2019 年公司砷化鎵 單晶銷量同比增長10.6%，其中用於射頻器件的產品佔比增加，毛利率大幅上升至 59.7%。
建設磷化銦單晶項目，促進公司向新材料產業轉型。公司 2019 年底發佈公告，擬投 資 3.24 億元在雲南國家鍺材料基地建設一條磷化銦（InP）單晶生產線。項目基於原有“5 萬片/年 2 英寸磷化銦單晶及晶片產業化建設項目”實施，建成後公司將具備年產 15 萬片 4 英寸磷化銦單晶片的能力，預計可實現年營業收入 3.2 億元，貢獻年平均利潤總額 1.2 億 元。
上游鍺資源優勢明顯，公司逐漸向鍺深加工業務轉型。鍺資源優勢明顯，具有先天的 資源成本優勢。截至目前，公司是國內鍺資源儲量最大的企業，旗下擁有自有鍺礦和含鍺 褐煤礦在內的 6 個鍺礦山，累計鍺金屬儲量 897 噸，佔雲南省鍺資源儲量的 80%、中國 28%、全球 11%。公司早期業務主要以生產初級鍺錠為主，隨著公司逐漸開始向光纖、紅 外、光伏等高精尖領域投放產品，看好公司未來盈利能力持續提升。
中際旭創：5G/IDC 雙驅動，高端光模塊龍頭持續領先
高端光模塊龍頭，聚焦頭部客戶行業地位穩固。蘇州旭創 2008 年成立，聚焦高端光 模塊十餘年，專注後端封裝以銷定產。2017 年 8 月通過中際裝備併購登陸 A 股，合併後 技術背景深厚的旭創高管團隊仍主管經營並擁有股權，公司發展戰略和技術路線穩定性得 到保障。數通光模塊出貨量全球領先，5G 產品全面佈局已有突破。2018Q4/2019Q1 受北 美客戶數據中心建設放緩影響，業務出現階段回調，2019Q2 以來業績增速持續改善。2019 年公司營收/歸母淨利潤 47.58/5.13 億元，同比-7.73%/-17.59%；2020Q1 營收/歸母淨利 潤 13.26/1.54 億元，同比+51.44%/+54.43%，疫情影響下略超預期。
雲廠商 CAPEX 中長期趨勢向上，短期回暖拉動公司業績上行。未來五年 IDC 高速發 展疊加架構升級，行業長期增量空間巨大；2019Q2 開始海外雲廠商 CAPEX 回暖，主流 100G 需求旺盛，2020 年 400G 有望放量。公司聚焦 Google/Amazon 等頭部客戶，核心 供應商地位穩固，40G/100G 產品份額維持，400G 產品積極配合北美重點客戶早期部署 小批量出貨業內領先，同時研發技術能力/生產自動化水平/銷售供貨能力位居行業前列， 2019 年研發投入 4.46 億元，佔收比 9.37%，相比 2017/2018 年的 5.49%/6.59%大幅提 升，完成了 800G 產品預研，並對 400G 硅光芯片工藝進行了優化、改進和投片。未來三 年隨著產品出貨量及收入的上行，先發 400G 全規格有望享受高毛利市場紅利。
5G 建設高峰驅動新一輪快速增長，公司次序佈局拓展成長空間。新基建政策催化下 未來三年將迎來 5G 建設高峰，5G 新週期帶來的基站數量增長、網絡架構變化和網絡容量 擴大有望快速兌現，驅動無線側光模塊的增量投入和傳輸側光模塊的存量升級。測算 5G 光模塊市場規模百億量級，約佔 5G 總投資 4.6%。其中，前傳放量最多空間較大，中回傳 毛利率較高。公司近年來持續研發，全產品系列覆蓋電信前/中/回傳領域，並有望通過收購 儲翰科技完善產品能力和市場佈局，2019 年，公司 25G 前傳光模塊出貨量位居前列， 100G/200G 等相干光模塊先後進入市場。2019 年末，公司繼續在主設備商 2020 年 5G 招 標中繼續取得較好份額。未來中回傳市場預計將是競爭重點，公司持續佈局 100G/400G/ 相干領域，有望彎道超車。
風險因素。雲廠商 CAPEX 低於預期；5G 光模塊需求低於預期；市場競爭加劇；技術 路徑風險；募投項目落地不及預期；匯率風險；中美貿易摩擦風險；疫情影響超預期等。
盈利預測與估值。看好公司未來三年數通市場業績持續好轉和 5G 領域成長空間拓展， 維持公司 2020/2021/2022 年 EPS 預測分別為 1.18/1.55/1.99 元，對應 2020/2021/2022 年 PE 分別為 57/43/33 倍，維持“增持”評級。
（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：中信證券）
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