激光器丨一文了解半导体激光器市场！

半导体激光器是用半导体材料作为工作介质的激光器。在各类激光器中，半导体激光器拥有最佳的能量转化效率（直接应用的高功率半导体激光元器件的电光转换效率最高可达到60-70%），可以作为光纤激光器、固体激光器等多种光泵浦激光器的核心泵浦源使用，并推动光纤激光及固体激光技术的迅速发展。

半导体激光器分类

半导体激光器又称为激光二极管，是采用半导体材料作为工作介质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。根据激光介质和工作原理的不同，半导体激光器可以分为以下几类：

1.激光二极管激光二极管的工作原理是，在PN结中注入电流，电子与空穴在结区域内复合，释放出激光光子。由于PN结的结区域非常小，因此可以产生非常密集的激光束。激光二极管的波长通常在800nm至980nm之间，适合于光纤通信等应用。

2.垂直腔面发射激光器(VCSEL)垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种在半导体芯片上制造的激光器。它的激光输出垂直于芯片表面，可以实现高效耦合到光纤或其他光学元件中，因此在光通信、光存储、光打印等领域有广泛应用。

3.边界发射激光器(EEL)边界发射激光器(EEL)是一种在PN结的边界上发射激光的半导体激光器。它的结构类似于激光二极管，但是在PN结的一侧增加了一层反射镜，使激光在PN结边界上振荡，EEL的优点是输出功率高，波长可调，结构简单等。

4.量子阱激光器量子阱激光器是一种利用量子阱结构的电子束纯效应产生激光的半导体激光器。量子阱激光器且有波长可调，输出功率高，照声低等优点，适用于光纤通信，医疗和光谱分析等领域。

5.垂直外延激光器垂直外延激光器(VLEC)是一种采用外延生长技术制造的半导体激光器。VIEC的结构复杂，制造工艺难度较大，但是具有波长范围宽，输出功率高等优点，适用于高速光通信，光存储和光打印等领域。

VSCEL VS EEL

根据激光投影的方向，半导体激光器可以分为两类型：边发射激光器（EEL）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。EEL有两种主要类型：FP激光器和DFB激光器。在FP激光器中，激光二极管是激光器，其反射镜只是激光芯片末端的平面裂开表面。FP激光器主要用于低数据速率短距离传输；传输距离一般在20km以内，速率一般在1.25G以内。DFB激光二极管是在腔内具有光栅结构的激光器，其在整个腔中产生多次反射。它们主要用于高数据速率的长距离传输。VCSEL与EEL相比，VCSEL激光垂直于顶面射出，与激光由边缘射出的边发射型激光器（EEL）有所不同。因此相较于边射型激光器，VCSEL激光器具有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤等优点，提供更好的激光束质量，更高的耦合效率和空腔反射率。此外，VCSEL能够以二维阵列进行，使单个芯片可以包含数百个单独的光源，以增加最大输出功率和提升长远的可靠性，EEL只能在简单的一维阵列中进行。

1）垂直腔面发射激光器(VCSEL)VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)是一种主要以砷化镓半导体材料为基础研制的垂直表面出光的新型激光器，基本结构是由上下两个DBR（Distributed Bragg Reflector）反射镜和有源区这三部分组成。VCSEL具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点。 

在应用领域方面，VCSEL从诞生起就作为新一代光存储和光通信应用的核心器件，应用在光并行处理、光识别、光互联系统、光存储等领域。随着工艺、材料技术改进，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现，逐渐应用于包括消费电子、工业、医疗、5G、汽车电子、AR/VR等领域。VCSEL芯片的封装方式比较多样。常见的VCSEL芯片封装包括：金属TR组件封装、塑料TR组件封装以及陶瓷TD组件封装等。其中，TR组件指VCSEL激光器芯片与信号转换接口板（或器件）分开进行封装，可以实现对光纤的直连；TD组件指采用有引脚的陶瓷基板封装，可以直接和PCB板焊接。

2）边发射激光器（EEL）EEL激光器是一种速度快、高效能、低能耗和小型化的固态激光器。EEL激光器的原理是利用电子注入来实现放电反转。EEL激光器有法布里珀罗 (FP)、分布式布拉格反射器(DBRs)、分布式反馈(DFB)和广域激光二极管(BALDs)等产品类型。

在应用领域上，边发射激光器传统应用领域包括数据通信、光通信、3D打印、材料加工、显示与照明等，新兴应用场景包括激光雷达、人脸/手势识别、医疗等。作为探测光源，边缘发射激光器具有高可靠性、小型化、发光功率密度高等优势，在光通信、激光雷达、医疗等领域应用前景广阔。但同时，边缘发射激光器也存在一定不足，如工艺复杂繁琐、难保障一致性、成本高等，未来边缘发射激光器仍需在技术、工艺、性能等方面持续优化。由于边发射激光器的出光在半导体激光芯片的侧面边缘，因此难以在很小的尺寸里对芯片做封装，封装形式包括TO、蝶形、C型(C-mount)、D型(D-mount)等。目前大多数有封装的边发射激光器采用的是to-can封装、蝶形封装的形式。

激光器产业链

激光器行业产业链上游包括芯片、泵浦管、耦合器等零部件生产环节；中游为激光器生产供应环节，主要包括气体激光器、光纤激光器和半导体激光器、固体激光器与染料（液体）激光器；下游广泛应用于机械、冶金、电子、汽车、航空、军工等领域。

资料来源：网络整理

半导体激光器产业链半导体激光器产业链可以分为上、中、下游三个部分。上游主要为技术含量较高的半导体激光器外延材料生长和芯片制备；中游是不同形式的半导体激光器件封装；下游是利用半导体激光器制备的各种激光应用模组和激光设备。

资料来源：网络整理

资料来源：Yole

VcselVCSEL国外厂商主要有Lumentum、Finisar（被II-VI收购）、II-VI（改名Coherent）、Broadcom、Trumpf、ams等。国内主要有三江苏华兴、武汉光迅科技、深圳源国、度亘激光、华工正源等公司。VCSEL企业基本都来自于光通信芯片的龙头企业；也正是VCSEL有了在光通信领域的经验，消费级应用也更快渗透，两者产品具备很强的技术延展性。EELEEL市场是高度分散的。大多数EEL制造商都是垂直整合的，即在内部进行外延、前端线尾(FEOL)处理、包括与激光二极管组件的图样相关所有制程步骤，以及后端线尾(BEOL)制程，包括互连和封装。边发射激光器供应商有艾迈斯欧司朗、Coherent、Lumentum、Cisco、海信、长光华芯等企业，下游主要应用企业包括光学通讯、显示照明、医疗、传感、和材料加工四大领域。

激光器器件市场

国际激光器器件市场

全球激光器市场快速增长，高功率应用领域占比 59%。根据《2021 年中国激光产业发展报告》，2020年全球激光器应用领域中，高功率半导体激光芯片的下游激光器市场包括：材料加工与光刻市场、科研与军事市场、医疗与美容市场，合计占比为59.10%，2020年全球激光器规模为160.10亿美元，高功率半导体激光器份额为94.62亿美元，约615.03亿元人民币。

资料来源：2021 年中国激光产业发展报告

国内激光器器件市场

近年来，中国激光器市场规模保持增长趋势，2020年市场规模已达109.1亿美元，同比增长7.16%，占全球激光器市场66.12%的份额。2022年中国激光器市场规模增速加快，达到147.4亿美元，预计2023年将继续保持增长，市场规模将达169.5亿美元。

资料来源：中商情报网，材料深一度整理

中国激光器市场主要以光纤激光器为主导，由于光纤激光器性能优异，适用性较强，近十年市场份额快速提升，占比达51%。半导体激光器、固体激光器、气体激光器占比差距较小，占比分别为17%、16%和15%。

资料来源：材料深一度整理，中商情报网

激光器设备市场

国际激光器设备市场

激光设备是集合多种先进技术的高科技终端设备，该行业是目前各国最为关注和发展最为迅速的行业之一。近年来，全球激光产业市场发展迅猛，并带动激光设备产业收入增长。据《2022中国激光产业发展报告》，2021年全球激光设备市场销售收入约为210.1亿美元，2018-2021年年均复合增长率约为15.15%，预计2023年全球激光设备市场销售收入将达到267.2亿美元。

资料来源：材料深一度整理，2022中国激光产业发展报告

国内激光器设备市场

激光加工技术凭借其精度高、速度快、加工效果好等优势正逐步实现对传统加工技术的替代，并成为我国大力支持和推广的高新技术之一。近年来，各行业对激光设备的需求不断增长，我国激光设备市场规模快速增长。数据显示，2021年我国激光设备行业销售收入达到821亿元，预计2023年国内激光设备行业销售收入将达到994亿元。

资料来源：材料深一度整理，中商情报网

激光在工业上的应用主要体现在利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行加工处理，激光加工按激光束对材料的作用效果可划分为激光切割、激光焊接等。根据《2022年中国激光产业发展报告》的调查数据显示，2021年我国激光切割设备和激光焊接设备市场销售收入分别为280.1亿元和66.5亿元，分别占中国激光设备市场总份额的34.12%和8.10%。

资料来源：材料深一度整理，2022年中国激光产业发展报告

半导体激光器市场

国际半导体激光器市场

VCSEL

过去，VCSEL 市场是由数据通信驱动的，这是该技术的首次量产应用。2017年，随着苹果手机使用搭载VCSEL的人脸识别，移动和消费成为VCSEL最大的市场，达到4.4亿美元。但在几年后很多手机停止使用VSCEL，转而使用屏下指纹传感器。到2022年，VCSEL市场与2018年相比几乎翻了一番，yole预计将达到8.4亿美元。期间的年复合增长率（CAGR 2022-2027）为19.2%。从2023年开始，数据通信依然是VCSEL最大的市场，并在接下来的五年内主导VCSEL市场。数据通信的VCSEL收入预计到2027年将达到21亿美元，而移动和消费者的VCSEL收入可能达到17亿美元。

资料来源：Yole

2017年以来，VCSEL市场是寡头垄断，Lumentum是当时苹果唯一合格的供应商，主要由Lumentum主导。到2022年，Coherent（II-VI）收购了Finisar。Lumentum和II-VI这两家公司是获得苹果3D传感资格的企业。VCSEL变成了双头垄断。Lumentum和Coherent现在是最大的市场拥有者，总计占有80%的VCSEL市场。

资料来源：Yole

EEL

据Yole预计，边缘发射激光器(EEL)市场将从2021年的35亿美元增长到2027年的74亿美元，期间的年复合增长率（CAGR 2021-2027）为13%。增长将继续受到光通信的推动，例如用于数据通信和电信的光模块和放大器，以及3D传感应用。

资料来源：Yole

国内半导体激光器市场

2021年中国半导体激光器市场规模超过40亿元，较上年同期相比增长约15%，2022年市场继续保持上升趋势，市场总规模进一步提高至49亿元，同比2021年增长约22.5%，在行业产业链中各环节的逐步成熟之下，国内半导体激光器市场规模将继续增长。当前中国半导体激光器市场主要以红外激光产品为主导，相比其他类型的半导体激光器产品更受到下游市场的青睐，截至2021年末，红外激光器占整体市场的比重超过一半，达55%左右，已经成为最大的半导体激光器品类，此外红色镭射激光器占据的市场份额排在其后，2021年同期市场占比约为21%，其他种类的半导体激光器产品合计占有总市场的24%。 

资料来源：材料深一度整理，2022中国激光产业发展报告

在半导体激光器行业下游终端应用市场中，通信、医疗和军事都是最主要的应用领域，经过多年的发展，行业下游环节逐步形成了稳定的发展格局，目前通信领域所占的需求量较其他终端应用市场高，2021年市场占比达40%；其次为医疗和军事应用领域分别占比26%和15%，除此之外其他广泛应用的领域合计占比19%。

资料来源：材料深一度整理，2022中国激光产业发展报告

由于当前我国激光相关企业呈现区域聚集特点，位于各地区的企业大多集中分布，在国内各地区中，珠三角、长三角和华中等地区的激光企业数量相对较多，同时各区域的相关业务范围都存在一定的差异，也为半导体激光器产业的发展提供了基础，截止到2021年底，上述三个地区的半导体激光器企业数量占比分别达到16%、12%和10%，整体覆盖范围比较广。

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