磷化铟行业深度研究
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本文选自银河研报，仅供学参考（一）聚焦材料：磷化铟
——面向高速光通信的iii-v族核心材料磷化钢（Indium Phosphide, InP）是典型III-V族化合物半导体材料,在光通信和高速电子器件中具有较强的材料适配性。InP 在300K下的带隙约为1.344 eV，本征载流子浓度约为1.3×107cm-3；其电子迁移率最高可达≤5400cm²/V·s，击穿场约为5×105 V/cm，兼具较高载流子输运能力和较强电场承受能力，InP适合承担高速光电转换、激光发射、探测接收和高频电子器件等功能。应用方面，InP 在光通信中的核心价值主要体现在发光与探测两端。InP 基衬底被用于5G 光纤通信网络中的InP激光器和接收器，可帮助实现更低延迟、更低信号损耗和更高传输速度；同时，AI预计将提升对InP等专用芯片材料的需求，InP也用于光通信中的高速光探测器和激光二极管。AI数据中心场景中，InP的需求来自光互连速率升级。随着GPU集群规模扩大，机柜内、机柜间以及数据中心之间的数据流量持续上升，光模块从400G向800G、1.6T甚至3.2T演进，对EML、CW、DFB激光器、高速PD等主动光器件提出更高要求。IEA预计，全球数据中心用电量将由2024年约415TWh增至2030年约945TWh，AI是最重要的增长驱动之一；其中美国贡献了未来数据中心电力需求增量中最大的部分，并预计到2030年，美国数据中心用电量将超过其铝、钢铁、水泥、化工等传统高耗能行业用电量之和。(二)主流半导体材料拆解SiPh、GaAs、TFLN：InP材料具有不可替代性除磷化钢（InP）外，用于光通信的主流半导体还包括砷化镓（GaAs）及硅等类别，其中InP用于长距高速单模,GaAs用于短距多模,硅则依托CMOS工艺大规模集成。目前InP和硅基光子平台（SiPh）是较为成熟的集成光子平台，但其他材料例如，钛酸钡、铌酸锂和聚合物基光子学为超高速调制器和镓化合物(GaN/GaAs)均提供了极佳的可见光应用途径。制造基于光的集成电路，首先需要能够“发光”的材料和能够“导电”光的材料。砷化镓（GaAs）和InP都属于III-V族直接带隙化合物半导体，材料本身具备高效发光/光电转换能力，是传统分离式光模块（有源器件单独做再和无源组件耦合封装)的核心有源材料;纯硅是间接带隙半导体，材料本身无法直接发光，所以Si 材料在光模块里实际指的是硅基光子平台(Silicon Photonics，SiPh):以标准CMOS 硅工艺为基础，通过异质集成锗硅探测器、键合III-V族光源的方式，实现光电全链路的片上集成。1.砷化镓（GaAs）同样属于III-V族化合物半导体,是化合物半导体中最重要且使用最广泛的半导体材料之一。砷化镓材料制成的器件具有良好的频率响应、快速速度和高工作温度,能够满足集成光电子学的需求。由于砷化镓具有高电子迁移率（是硅的5到6倍）、大带隙（300K时为1.424eV，折算为870纳米；硅为1.1eV）且直接带隙，砷化镓在300K时电子迁移率为9000cm2/V·s，击穿场约为4×105 V/cm。通过在表面生长薄层如AlGaAs，主要产生850nm 发射的激光。然而，850nm波长在光纤中存在严重的信号衰减和色散问题。因此，砷化镓VCSEL严格限制在短距离通信（50米以下），如机架内连接。对比砷化镓（GaAs）和磷化钢（InP）而言，砷化镓适合高频、射频和部分短波长光电场景；磷化钢则在长距离、高速光通信中的产业化基础更强,尤其在EML、CW激光器、PIN/APD探测器以及InP PIC 等方向具有更直接的应用价值。磷化铟主导光学通信并非因为基板本身发射1550nm光，而因其是唯一能够支持无缺陷、晶格匹配生长的活性层（如InGaAsP或InAlGaAs）的基底，精确生成1310nm和1550nm的黄金波长，几乎无信号损耗，适合于支持中距离(500米)到长途（2公里至10公里+）的数据中心互联。随着AI模型扩展到数万亿参数，数据中心被迫扩展，GPU之间的物理距离也随之增加。为了在数百米范围内传输1.6T带宽而不丢失，行业被迫从850nm GaAs VCSEL转向基于InP平台的高性能EML和DFB激光器。
2.硅(Si)具备CMOS 工艺成熟、成本低、集成度高等优势,是硅光子平台的基础材料。 硅光子器件的基本组件包括将光转换为电信号的PIN二极管光电探测器、用于信号传输的光学波导，以及将电信号转换为光子的调制器和耦合器。基于硅CMOS工艺，SiPh将激光器、调制器、波导、光电探测器及其他光电元件集成到单一硅芯片上，约减少30%的元件数量和模块尺寸。凭借其固有的集成优势，SiPh通过显著减少信号传输距离和损耗，有效满足需求，从而提升整体系统性能。对于需要每波长100G带宽以上的应用，SiPh模块通过简化架构实现高速数据传输，仅使用少数芯片配合连续波（CW）激光器。 与III-IV团材料相比，硅在自然界中具有显著的丰度优势，使其成本远低于III-IV团材料。外部激光解决方案还具有成本优势。总体而言，SiPh模块的成本比传统光收发器降低约20%。SiPh的高密度集成减少了离散元件之间的互连损耗，且无需热电冷却器(TEC)来管理温度和性能，从而实现多达40%的功耗降低。 但硅光子学的弱点是其无法高效发光，作为间接带隙材料，可以同于制造波导、调制器，以及检测器(加入锗),但唯一无法仅用硅或氮化硅(SiN)制造的就是激光。因此,每个 SiPho芯片都需要一个 III-V族化合物半导体（InP、GaAs等）激光源从外部连接。光源集成是硅光最根本的瓶颈，也是包装成本高、尺寸大、良率低于预期的主要原因。 因此，当前光芯片演进分为四代进化路径： 第一代：EML（现行标准，InP可插拔）EML（电吸收调制激光器）将DFB激光器和电吸收调制器（EAM）集成到单个InP 芯片上。激光器同时产生光并调制数据。调制质量较高（低啁啾），非常适合长距离传输，是目前800G DR8和1.6T模块的标准配置。 问题在于能耗、热量和供电成本。一个800G EML模块需要八个100G EML激光器，每个约$10+,使激光器成本达到每个模块80-100+美元。此外,N VIDI A 还预先从Lumentum和Coherent等关键供应商处分配了大量容量，将非NVIDIA客户的交付周期推迟到2027年后。预计到2027年，800G收发机的产量可能比需求少40-60%。美国采购动能外加产能紧张，致使包括AppliedOptoelectronics（ AAOI ）在内的少数拥有本土制造的美国EML制造商公司受益。第二代：CW激光+SiPho（EML替代品，高速发展） CW激光器是一种简单的DFB激光器，发射稳定的、未调制的光束。CW激光器安装在外部，而调制、接收、波长复用及其他光学功能则由SiPho PIC 负责。数据调制通过SiPho 芯片上的MZM(Mach-Zehnder调制器)或微环调制器(MRM)实现。MZM将光分为两条臂，利用相位差产生相长/破坏干涉，编码1和0。MRM采用共振结构以减少占地面积和更低功耗，但对温度更敏感，需要主动反馈控制。其关键优势是通过CMOS工艺实现成本降低和大量生产。CW激光器比EML简单得多，每颗芯片成本仅约8-10美元，且多家供应商都能生产。一个典型的800G/1.6T硅磷模块需要2-4个CW光源（800G约70mW，1.6T约100mW），每个模块的激光总成本仅为20-40美元，低于基于EML模块80-100+美元的一半。 然而，由于该电路仍为可插拔形式，电信号必须通过铜制PCB走线从开关 ASIC 传输到前面板收发器，其中的信号损失以及DSP/重定时器为补偿而产生的功耗仍然相当可观。而且，CW激光器的InP基底仍依赖少数供应商,包括住友和AXT等,所以硅光挤占的仅是调制器的部分；随着CW激光+SiPho的发展,InP作为激光器原件的需求将会保持增长。EML短缺倒逼并加速了CW+SiPho的转型。
第三代：CPO + ELS（下一代，预计2026-2028年）在共封装光学器件（CPO）中，SiPho芯片与开关/GPUASIC位于同一基板上。但激光器对温度敏感，因此，与其将其放置在发热的 ASIC旁边，不如将其放置在封装外部的单独模块中，也就是外部光源(ELS)。激光器分离意味着故障时可以更换，且散热也得到改善。多款主流产品都采用了此种架构:NVIDIA的Quantum-X800 CPO(InfiniBand,台积电 COUP E SiPho平台+Lumentum激光器,预计2025年下半年出货）、博通的Bailly（基于TH5的51.2TCPO以太网交换机，业界首款量产CPO）以及Marvell的TX9190（基于Teralynx的液冷CPO交换机，在2025年OCP大会上与捷普联合演示）。博通的下一代CPO TH6-Davisson（102.4Tbps，200G/通道，台积电COUPE）也已开始出货。CPOELS需要更高的输出功率（400mW级，约为标准CW的4倍）以及在高温（50℃以上)下稳定运行。第四代：硅基单片III-V族芯片（长期目标，2030年以后）直接在硅晶圆上生长III-V族材料,无需单独的激光芯片。与第二代/第三代“外部激光器+SiPho芯片”方案不同，该方案将激光器集成到SiPho芯片本身。如果该技术跑通，该方案将最大限度地降低封装成本并实现极致的可扩展性，但晶格失配和缺陷密度等问题仍在解决中。3. 薄膜锟酸锂(TFLN）近年来主要在高速调制器环节快速发展,且具备低损耗、高质量光子集成与强Pockels效应，有利于实现更高调制性能，已在光调制器和非线性波长转换等器件上超过传统体材料铌酸锂器件。铌酸锂是一种双折射晶体，折射率介于2.2和2.3之间。TFLN由单层单晶薄片构成，覆盖在氧化硅衬底上，厚度通常为200-600nm，具体厚度取决于代工厂和工艺。由于双折射特性，TE和TM偏振的折射率不同，并且根据晶体切割方式的不同，其在两个不同的传播方向上的折射率也可能不同。TFLN的光限制能力高于离子扩散锟酸锂，因此可用于制造更复杂的器件。由于其高限制能力，调制效率更高，从而可以实现更短的调制器和更高的带宽。在驱动电压下，其Vπ可以低于TFLN在350至5200nm波长范围内透明,因此其是唯一提供低损耗和1.1微米以下高速调制的PIC平台；但在较低波长下，会受到光折变效应的影响。TFLN作为新型光子集成电路(PIC)平台材料，拥有多重优势：1)高非线性:高效调制和波长转换方面表现卓越；2)稳定可靠：可确保在严苛环境下的耐用性，并可实现可扩展的集成；3）低光损耗：支持大规模片上电路和延迟线，并最大限度地减少对光放大器的需求；4)单位尺寸高性能：确保每芯片面积集成大量元件，以小型化的形式提供高性能；5）宽波长范围：可在宽波长范围内工作，支持电信、量子计算等应用；6)压电效应：支持光子-声子相互作用，并可应用于各种传感器。 AI 光通信产业链中,磷化钢（InP）和薄膜锟酸锂（TFLN）负责不同功能,磷化钢主要负责产生光信号，而薄膜锐酸锂主要负责信号调制、传输以及控制，因此不存在替代关系。薄膜铌酸锂本身并不发光，但可以解决传统调制材料在物理上开始遇到的瓶颈问题：带宽和功耗。目前主流的TFLN调制器通常仍需在1.8V以上的半波电压下工作，较高的驱动电压会限制调制带宽的进一步提升，同时也会导致更高的系统功耗。未来，TFLN将兼具更大带宽、更低功耗和更高集成度，从实验室研究走向实际商业化，TFLN技术仍处于快速迭代阶段。（三）磷化钢产业链：芯片供需缺口超50% 磷化钢产业链可按“上游原材料—中游衬底/外延一下游光芯片”拆分。上游主要包括金属铟、磷及相关高纯化合物材料；中游包括InP单晶生长、晶圆切磨抛、衬底加工、外延生长；下游则主要对应激光器/调制器、探测器、InP PIC等应用场景。当前，磷化钢产能严重受限，2025年全球器件需求达200万片，实际产能仅60万片，供需缺口近70%。
二、inp产业链核心环节拆分(一)上游：金属钢供应受锌矿开采驱动，提取难度大且成本高磷化钢材料端的核心原料是金属钢。随着太阳能、半导体和下一代显示技术的快速发展，铟的战略价值日益凸显。铟是一种银白色金属，略带蓝色色调，其质地非常柔软，轻轻按压就能留下痕迹。铟的熔点为156.61℃，沸点为2080℃，密度为7.3g/cm³。由于其优异的延展性、导电性和可塑性，铟金属很容易被压制成薄片或切割成块。在化学性质上，铟金属与铁有些相似，在室温到熔点之间会与空气中的氧气缓慢反应，在其表面形成一层极薄的氧化层。由于其独特的性质，铟在自然界中并不以纯净形式存在，而是总是与其他元素结合存在。钢因其出色的延展性、低熔点、高沸点、低电阻和强耐腐蚀性而备受青睐，其优异的透明度和导电性也使其成为一种极其重要的半导体材料。金属钢常被描述为一种战略金属,因为其全球储量有限。世界上已知的大部分钢资源集中在少数几个国家，包括中国、秘鲁、美国、加拿大和俄罗斯。全球钢资源估计约为6万吨，但其中只有大约一半被认为具有经济开采价值。金属铟属于分散稀有金属。全球约90%的钢原生产量来自硫化锌矿中回收，少量铟也从铅矿中回收。然而，矿石中铟的含量极低，通常在百万分之一到万分之一之间，至今尚未发现以铟为主要成分的天然矿体。换言之，铟金属并非直接开采，而是从锌矿和铅矿中间接提取。因此，金属钢供应面临着两大挑战：1)供应受锌矿开采驱动，而非钢需求驱动。即使对钢金属的需求急剧上升，矿业公司也不会仅仅为了生产更多钢而开采新矿。钢的产量主要取决于锌矿的开采和加工量。2)提取难度大且成本高。铟金属的回收和提炼在技术上极具挑战性且成本高昂。许多国家仍然缺乏先进的提取和提纯技术，使得全球供应链脆弱，并造成了结构性稀缺。因而，钢供应具有较强的伴生属性，其供给弹性受锌冶炼、回收体系、提纯能力和贸易政策共同影响，稀缺性赋予了钢金属巨大的经济价值。随着技术的不断进步和需求的持续增长，铟的战略重要性及其市场价值可能会进一步提升。当前，原生钢资源具有较强供应集中性：全球原生铟精炼总产量约为1100公吨，中国占七成左右，是全球最大的原生钢精炼生产国，预计2025年产量约为760公吨。其次是韩国约180公吨，日本约65公吨。2025年2月4日，中华人民共和国商务部海关总署公告2025年第10号公布对钨、碲、秘、钼、钢相关物项实施出口管制的决定。公告内容称，根据《中华人民共和国出口管制法》《中华人民共和国对外贸易法》《中华人民共和国海关法》《中华人民共和国两用物项出口管制条例》有关规定，为维护国家安全和利益、履行防扩散等国际义务，经国务院批准，决定对下列物项实施出口管制：钢相关物项(一)3C004.a.磷化钢(参考海关商品编号：2853904051)。(二)3C004.b.三甲基锢(参考海关商品编号：2931900032)。(三)3C004.c.三乙基锢(参考海关商品编号：2931900032)。(四)3E004生产3C004项的技术及资料（含工艺规范、工艺参数、加工程序等）。价格方面，上述出口许可摩擦是导致东西方钢价脱钩的主要原因，而非供应量的变化。截至2026年6月1日，根据上海有色网价格指数（SMM工业基准价），中国钢价报每公斤612.99美元（纯度4N5+，不含增值税），较5月1日基准价每公斤560.91美元上涨9.3%。西方六月基准价也出现上涨：美国钢锭价报每公斤707.50美元（五月价报每公斤652.50美元），欧洲钢锭价报每公斤702.50美元（五月价报每公斤657.50美元）。东西方价差约为每公斤94美元，基本保持稳定。 无论是原生锢还是回收钢，其纯度通常都在2N级到4N级之间,无法满足作为半导体材料的需求。作为光通信半导体设备，钢基化合物半导体须具备高电子迁移率，以用于高频高功率电子器件，因此钢的纯度必须高于6N级，也就是说纯度超过99.9999%（6N+）。N指描述纯度数据中9的数量，例如6N（99.9999%）、6N5（99.99995%）、7N（99.99999%）。高纯钢是制造III-V级化合物半导体材料的重要原料，如磷化钢（InP）、砷化钢（InAs）、氮化钢（InN）等，广泛应用于光电子器件、微波器件和激光器。 高纯钢的制备主要涉及两大类技术:物理方法和化学方法。前者以电解精炼为代表，后者包括真空蒸馏和区域熔炼等工艺。单一技术往往难以高效地获得高纯钢，因此需要结合多种提纯步骤。然而，综合方法同样面临三重挑战：1)杂质分离。例如，尽管真空蒸馏能够有效去除锌和镉等高挥发性杂质，但难以去除铅、锡和铊等蒸气压与钢相近的杂质。区域熔炼在去除分配系数k0≥1的杂质方面效率有限，而电解精炼则受到杂质相似性的制约。2)工艺复杂性和经济可行性之间的平衡。将纯度从2N级提高到7N级通常需要多阶段工艺，包括电解精炼—真空蒸馏-区域熔炼，不仅耗能耗时，而且会导致过程中贵金属的损失。此外，该工艺通常无法在一个循环内完成，导致可控性较差。3)缺乏智能过程控制系统。目前的方法严重依赖于经验参数设置，无法实时监测杂质迁移或动态优化操作条件。 2025年全球钢市场规模估计为2.664亿美元,预计到2033年将达到7.056亿美元,2026年至2033 年的复合年增长率(CAGR)为13.5%。市场增长的主要驱动力是电子和半导体行业需求的增长。亚太地区在铟市场占据主导地位，预计到2025年，其市场份额将超过66.6%；北美市场预计在2026年至2033年间将以16.7%的复合年增长率增长。
(二)中游：衬底技术壁垒高寡头垄断，外延市场空间大竞争激烈 磷化钢产业链中游按产品类型分为InP 衬底和外延晶圆。2025 年,InP 衬底市场占据市场收入的38.6%，约1.73亿美元。InP衬底是所有后续外延和器件制造工艺的基础晶体，其晶体取向、载流子浓度、位错密度和表面光洁度等质量属性对下游器件的良率和性能起着至关重要的作用。半绝缘InP衬底主要用于高频高电子迁移率晶体管（HEMT)和异质结双极晶体管(HBT)器件的制造，而N型和P型导电衬底则应用于包括激光二极管、发光二极管（LED）和光电探测器在内的光电器件。当前，衬底领域受益于对更大直径晶圆日益增长的需求。为了提高晶圆良率并降低单芯片成本，业界正逐步从2英寸（50毫米）InP衬底过渡到4英寸（100毫米），并在特定应用中采用6英寸（150毫米）InP衬底。AXT和住友电气作为领先的衬底供应商积极投资扩大4英寸晶圆的生产规模，以满足大批量光子器件制造商日益增长的成本竞争力需求。InP 衬底的供应链考量与更广泛的无机半导体材料供应生态系统密切相关，因为两者都依赖于高纯度材料提纯和晶体生长方面的重叠技术。Yole数据显示，2021年全球磷化钢衬底市场规模录得1.09亿美元，销量约为63万片；预计2022年将分别攀升至1.22亿美元和71.8万片。预测到2026年，全球磷化钢衬底市场规模有望达到2.02亿美元,2026 年销量预计增至128.19 万片,对应2019 年至2026年的年均复合增长率(CAGR)分别为 12.42%和 14.40％。2025年，外延晶圆市场份额相较衬底更大，占总收入的61.4%，反映了外延生长工艺的高附加值特性以及该细分市场与终端光子和电子器件制造的直接相关性。外延生长所需的复杂性和精度，加上MOCVD设备的高昂成本（单晶圆反应室的成本超过200万美元），导致外延晶圆的平均售价远高于裸InP衬底。外延晶圆的关键应用包括用于相干光通信的光子集成电路、用于泵浦光纤放大器和激光雷达系统的激光二极管晶圆、用于毫米波功率放大器的高电子迁移率晶体管（HEMT）晶圆以及用于光接收器的光电探测器晶圆。包括IQE plc和WIN Semiconductors Corp.在内的领先外延晶圆供应商正日益提供与器件原始设备制造商(OEM)紧密合作开发的定制外延结构,从而建立深度集成关系并降低转换成本，以支持高价位和长期收入可见性。预计在预测期内，外延晶圆市场将保持其主导地位，2026年至2034年的复合年增长率（CAGR）将达到9.6%，主要得益于光子器件架构的不断复杂化以及对特定应用外延设计日益增长的需求。
1.衬底环节：全球磷化钢衬底供应呈现寡头垄断格局，合计垄断超过90%的市场份额磷化钢衬底指将高纯原料制备为InP单晶锭，再经过定向、切片、倒角、研磨、抛光、清洗和检测，形成2英寸、3英寸、4英寸乃至6英寸InP晶圆。衬底质量直接决定后续外延质量和器件可靠性，关键指标包括晶圆尺寸、厚度均匀性、总厚度变化TTV、位错密度EPD、表面粗糙度、翘曲度等。磷化钢单晶制备技术壁垒高,制备方法包括水平布里奇曼法（HB）、垂直布里奇曼法（VB）、液封切克劳斯基法（LEC）和垂直梯度冷凝法（VGF）。上述制备方法中,VGF和VB 法是目前主流的长晶法：使用VGF 法生长的晶体利用率更高(可完全贴合锅炉形状生长），使用VB法生长的晶体位错密度更低。美国AXT公司和日本住友分别使用VGF和VB技术可以生长出直径150mm的磷化铟单晶。当前全球磷化钢衬底供应极为集中,呈现寡头垄断格局,合计垄断超过90%的市场份额:日本住友电气（Sumitomo）约42%份额；美国AXT及其中国子公司北京通美约36%份额；以及日本JX日本矿业金属约13%份额。
1.1日本住友电气（Sumitomo Electric）InP衬底预计产能提升3倍日本住友电气(Sumitomo Electric)创立于1920年，系全球知名的通信与工业制造集团，业务横跨信息通信、汽车、电子仪器、能源环境及产业材料等领域，海外子公司逾200家。公司FY2026营收规模创历史新高，2026财年全年营业总收入达314.80亿美元，同比增长约9.20%，体量显著高于其他衬底厂商；净利润22.76亿美元；每股收益（EPS）达到2.92美元，较上一财年的1.53美元增长约91%，主要受益于净利润的大幅提升，增长幅度远超营收增速。公司InP衬底产品线涵盖4英寸至6英寸直径，并提供半绝缘和半导电两种等级。日本住友使用VB法制备的直径4英寸掺Fe半绝缘单晶衬底可以批量生产；VGF生产技术要求晶体表面翘曲度小于15微米，且位错水平越低越好。住友凭借其垂直整合的钢原料采购、数十年来在LEC和VGF晶体生长工艺方面的精进，以及在全球顶级光子代工厂建立的认证资质，在2025年继续保持其在InP衬底晶圆领域的全球市场领先地位。住友积极布局全产品线的产能扩张计划。住友于2024年底宣布计划投资约1.2亿美元,用于扩建其位于大阪府的工厂，以生产4英寸InP晶圆并研发6英寸InP晶圆。最新财季，公司宣布其扩产计划：光学连接器预计产能提升13倍；光纤预计产能提升2倍；数据中心光学器件预计产能提升4倍；InP衬底预计产能提升3倍。1.2 AXT(北京通美)募资6.325 亿美元用于扩产InP衬底AXT公司是北美领先的InP晶圆生产商,受益于其垂直整合战略,包括专有的热解氮化硼(pBN)增墒制造技术以及对中国原材料加工企业的战略性少数股权投资，使其拥有大多数竞争对手无法企及的原材料成本可见性。AXT磷化钢衬底供应全部来自于其控股子公司北京通美。北京通美晶体技术股份有限公司成立于1998年，2022年递交科创板申报材料，控股股东美国AXT直接持股85.51%。北京通美主营磷化钢、砷化镓、锗衬底及PBN材料等高纯半导体材料的研发、生产与销售，是全球少数掌握8英寸砷化镓衬底及6英寸磷化钢衬底生产技术的企业。AXT在财报中多次提及，计划将子公司北京通美晶体技术有限公司在上海证券交易所科创板上市。北京通美曾于2022年1月获科创板IPO受理,2022年7月过会，8月提交注册申请，但目前暂未获得注册批文。从公司营收结构来看,2026年第一季度磷化钢(InP)衬底实现营收1360万美元(占比50.6%)主要来自数据中心AI应用需求；砷化镓（GaAs）衬底实现营收540万美元（占比20.1%）；锗(Ge)衬底实现营收20万美元；原材料合资企业收入760万美元(占比28.3%)。总体来看，最新财季公司实现营收2692万美元，环比增长16.9%，同比增长39.1%，显示业务复苏迹象。公司核心战略方向旨在针对AI数据中心光模块需求激增,磷化钢衬底产能扩张。2026年4月22日，公司公告募资6.325亿美元用于扩产InP衬底，每股售价为64.25美元，承销折扣为3.21美元，扣除费用前的收益为61.04美元，计划发行数量为8,560,311股。公司募集资金主要用于支持其子公司北京通美扩大InP衬底的生产能力，以满足全球出口需求，并进一步强化其在半导体材料领域的垂直整合能力。此外，资金还将用于新产品的研发及改进现有产品，以及补充营运资金和一般公司用途。此外，公司管理层指出，出口许可是关键变量。获取中国出口许可的成功率和时机是2026年第二季度及以后增长的最重要的因素。公司出口其子公司北京通美生产的磷化钢衬底需获得中国商务部的许可。2025年6月，北京通美获得向欧洲和日本客户出口的初步许可，但对美出口仍在审批中。尽管公司认为未来将获得相关许可，但地缘政治紧张及2025年12月27日修订的《中华人民共和国对外贸易法》赋予商务部更大进出口控制权，使出口审批的不确定性增加。截至2026年4月底，公司已有约3400万美元的收入可在Q2实现，这些产品或已获得出口许可，或不需要出口许可，因此公司对这部分收入的Q2确认具有高度信心。如果获得更多订单的出口许可，Q2收入可能存在显著上行空间。但出口许可的发放时机不可预测，且不在公司控制范围内。1.3 JX 日本矿业金属（JX Nippon Mining amp; Metals）相较前两家体量较小,且暂未上市JX日本矿业金属（JX Nippon Mining amp; Metals）成立于2010年，由新日本石油与新日矿两大集团合并组建，主业涵盖有色金属资源开发、薄膜材料与精密加工品制造等。磷化钢衬底方面，JX日矿目前量产规格为2-4英寸，尺寸覆盖窄于前述两家竞争对手JX日矿披露的技术细节称，对基板进行特殊边缘处理，可以减少器件制造过程中基板的破损和碎裂；此外，优化衬底表面处理有助于减少外延生长后衬底和界面上的杂质（Si、C）。2. 外延环节:具有资本密集型特点,准入壁垒高磷化钢外延指在InP衬底上继续生长InP、InGaAs、InGaAsP等多层半导体薄膜结构，通过材料组分、厚度、掺杂和界面控制，决定激光器、调制器和探测器的波长、带宽、阈值电流、响应速度和可靠性。外延晶圆是通过使用MOCVD或MBE 技术将精确设计的半导体异质结构沉积到InP衬底上而制成的，从而形成多层量子阱、量子点或体有源区结构，以满足特定器件的性能要求。InGaAs/InP 具有多层结构的外延形貌,衬底表面取向和处理均匀性会直接影响外延质量。对于高速光通信而言，外延层的均匀性和缺陷控制会进一步传导到芯片端的良率、寿命和批量一致性。MOCVD(金属有机化学气相沉积)和MBE(分子束外延)反应室均在洁净室环境中运行,并使用同一套计量工具进行品圆表征。MOCVD是一种化学气相沉积工艺，使用超纯气态源进行沉积，且需要处理和消除有毒气体；而固源MBE使用高纯度元素前驱体，在蒸发源中加热以产生分子束进行沉积（使用液氮冷却）。 MOCVD 反应室通常包含一个高温水冷反应室：衬底放置在石墨基座上，基座通过射频、电阻或红外加热。试剂气体垂直注入到衬底上方的反应室中。通过优化温度、气体注入、总气体流量、基座旋转和压力来实现层均匀性。载气为氢气或氮气。为了沉积外延层，MOCVD使用高纯度的金属有机前驱体，例如用于镓的三甲基镍或用于铝的三甲基铝（针对III族元素），以及用于V族元素的氢化物气体（砷化氢和磷化氢）。这些金属有机物包含在在气体流动鼓泡器中，注入工艺腔室的浓度取决于金属有机物和载气在鼓泡器中的流动温度和压力。试剂在生长温度下于衬底表面完全分解，释放出金属原子和有机副产物。通过调节试剂浓度，可以制备不同的III-V族合金结构，同时还配备了运行/排气切换系统来调节蒸汽混合物。 MBE反应室通常包含一个传输室（与空气连通，以便装卸晶圆衬底)和一个生长室(通常密封，仅在维护时与空气连通），衬底在生长室中进行外延生长：MBE反应室在超高真空（UHV）条件下运行，以防止空气分子污染。如果生长室曾与空气连通，则可通过加热来加速污染物的排出。MBE反应室中外延生长的源材料通常是固态半导体或金属。这些材料在蒸发源中被加热到熔点以上（即源材料蒸发）。在此过程中，原子或分子通过一个小孔被驱动进入MBE真空室，从而形成高度定向的分子束。该分子束照射到加热的衬底上；衬底通常由单晶材料（如硅、砷化镓（GaAs）或其他半导体）制成。如果分子不发生脱附，将在衬底表面扩散，从而促进外延生长。然后逐层构建外延层，每一层的成分和厚度都经过控制，以获得所需的光学和电学性能。InP外延生长设施具有资本密集型特点，准入壁垒高。尤其是洁净室和反应室的投入，通常每个设施超过5000万美元，构成了显著的准入壁垒，巩固了现有企业的市场份额。包括IQEplc、AXT公司和住友电机工业在内的主要晶圆供应商一直在投资升级其晶体生长基础设施，以应对日趋严格的规格要求。从行业趋势看，大尺寸InP晶圆的重要性正在提升。InP晶圆正从4英寸迅速过渡到6英寸，当前阶段的核心是6英寸晶圆的量产升级,8英寸晶圆仍在发展中。Future Market Insights预计,全球InP晶圆市场规模将从2025年的2.113亿美元逐步扩大，至2035年将达到6.277亿美元，2025-2035年CAGR为11.5%；另外，2025年100mm，即4英寸及以上InP晶圆占有InP晶圆市场收入的47.9%，半绝缘InP晶圆占52.6%，意味着下游高速光通信和数据中心需求放量后，产业链对更大尺寸、更高一致性、更高良率衬底的需求会同步提升。全球磷化钢外延晶圆市场竞争激烈,市场份额居首的三家厂商分别是AXT、IQEPlc和日本住友。其他厂商包括Wafer Technology Ltd.、JX日本矿业金属、NTT先进技术公司、FreibergerCompound Materials GmbH、Coherent等。相较衬底而言，外延市场更加分散。总而言之，磷化钢中游环节衬底市场份额更小，但其技术壁垒和市场集中度远高于外延：衬底制造是从0到1的结晶过程，核心难点在于：1)核心瓶颈在上游，衬底制造严重依赖6N级（99.9999%）以上的超高纯钢；2）长晶工艺极难，InP 单晶生长需在高温高压下进行极端环境控制，且扩产周期较长，设备交期和良率爬坡极慢；3)高度寡头垄断，当前，日本住友、AXT(北京通美)、日本JX三家占据了全球91%的市场份额。而外延是在衬底上生长薄膜，其较衬底而言，市场集中度更低、市场份额更高主要归因于：1)衬底产能极度受限，虽然严重的供不应求推高了其单价，但由于总销售额反而受限；2）设备可采购降低准入门槛，虽然MOCVD设备昂贵，但设备可以买到，而InP长晶炉需要高度定制，核心热场设计属于各厂商核心机密，因此外延厂商数量远多于衬底厂商;3)外延覆盖更广，除光通信外还包括VCSEL(3D传感)、Micro-LED、功率器件、射频PA等，每个领域都需要定制化外延结构;4)商业模式差异，衬底厂商卖的是标准化材料，而外延厂商卖的是定制化服务，后者可以根据客户需求灵活调整外延层结构(组分、厚度、掺杂)，服务属性强，客户粘性和定价权更高。因此，我们认为，磷化钢衬底作为产业链最上游的制造环节，是当前技术壁垒最高同时供需最紧张，也是当前AI光模块链中最为卡脖子的一环。(三)下游：高速光互连放量，EML供需缺口显著，CW重要性提升磷化钢下游环节主要包括光芯片：激光器/调制器/探测器/PIC等应用，即在衬底和外延片基础上，通过光刻、刻蚀、金属化、钝化、解理、镀膜、测试等工艺，加工形成EML、CW、VCSEL激光器/调制器，PIN/APD探测器以及InPPIC垂直整合。下游核心在于实现外延结构、器件设计和晶圆制造工艺之间的匹配。对于激光器而言，阈值电流、输出功率、调制带宽、波长稳定性和可靠性均会受到外延均匀性、波导结构、腔面处理和散热设计影响；对于探测器而言，响应度、暗电流、带宽和击穿电压等指标也高度依赖材料缺陷控制和器件结构设计。从器件结构看，AI数据中心光互连正在从传统可插拔光模块方案，逐步向硅光、CPO及外置光源等更高集成度方案延伸。光模块速率提升对磷化钢产业链下游及中游的拉动具有逐级放大效应。光模块速率提升会带动单模块内激光器、调制器和探测器性能升级；主动光器件升级进一步提高对外延片均匀性、衬底低缺陷和晶圆尺寸的要求；当800G/1.6T光模块进入规模化部署后，产业链瓶颈容易从终端封装转向中游高质量InP衬底、外延和光电芯片产能。在这一过程中,InP主动光器件的需求结构也在发生变化。1)EML仍是当前高速光模块中的重要方案。2）随着硅光和CPO 对连续光源需求提升，CW 的重要性明显上升。3）垂直整合方面，光器件逐步从分立集成到同一块PIC（Photonic Integrated Circuit）上：硅光凭借CMOS兼容性占据份额，InP因硅的间接带隙物理限制不可替代、收缩至激光器/CW光源这一核心环节，TFLN(薄膜铌酸锂)成为3.2T/CPO超高调制刚需，三者形成硅光铺量、InP保光源、TFLN冲上限的协同分工。1.激光和调制方面，当前EML激光器短缺，倒逼硅光发展激光器是光收发器中最昂贵的部分，约占模块总成本的50%。现代光收发器中主要使用三种激光技术：EML(电吸收调制激光器)、CW(连续波激光器）、VCSEL(垂直腔面发射激光器)。EML，即电吸收调制激光器，由分布式反馈（DFB）二极管激光器和电吸收调制器（EAM）集成在单个集成电路中构成。DFB使用漫反射布拉格反射器精确阻挡所需波长的光,输入电压的开/关信号被传输到EAM部分以产生光输出信号。因此，调制过程不会改变激光器本身的特性。通过调节DFB的输出功率来获得合适的输出功率，接着EAM负责根据需要调制光，输出NRZ或PAM4信号。EML与DML(即直接调制激光器)比较而言,DML通过内部驱动芯片直接调制激光功率,不需要外接调制器。一般来说，DML用于数据速率较低、传输距离较短（最远10 km）的应用，而EML支持更远的传输距离和更高的数据速率。采用DML激光器的光模块价格更低，约占所有100Gbps应用的95%。采用EML激光器的光模块由于使用了外部调制器，能够实现更远的传输距离和更纯净的信号，但价格更高，通常用于长距离光链路。CW，即连续波激光器，是一种能够发射持续稳定光束的激光器，与脉冲激光器不同。连续波激光器的关键特性在于其能够在较长时间内产生连续不间断的激光束，是通过持续向激光介质（可以是气体、液体或固态）提供能量来实现的，从而确保稳定一致的输出。CW激光器安装在外部，而调制、接收、波长复用及其他光学功能则由SiPho PIC负责。数据调制通过SiPho芯片上的MZM(Mach-Zehnder调制器）或微环调制器（MRM）实现。VCSEL，即垂直腔面发射激光器，是一种基于半导体的激光二极管，发射光从顶部表面射出。与传统的边发射激光器不同,VCSEL垂直发射激光束,是光通信和光电子技术的重大革新。在VCSEL中，器件内部的高反射率反射镜，反射镜的反射率通常在99.4%到99.9%之间，使光能够垂直于各层振荡，从而实现高效的光发射。VCSEL结构由多层组成，包括p型接触层、高反射率反射镜、用于产生激光的有源区和分布式布拉格反射器。位于中间层的激光腔是产生激光的增益区。器件内部的量子阱通过将发射光限制在反射镜之间来提高激光效率。
2026年EML激光器短缺：由于AI数据中心建设的激增，光收发器行业正面临严重的EML激光器短缺问题。首先需求激增，预计2025年全球800G+光收发器的出货量将达到2400万颗，2026年将增长2.6倍，达到近6300万颗。其次，英伟达锁定EML产能，英伟达已在主要EML供应商（Lumentum、Coherent/Finisar、三菱、住友、博通）预先分配了产能，以确保其GPU集群互连的供应，导致其他所有供应商的交付时间推迟至2027年以后。另外，供应商基础有限，由于调制功能在单个芯片上的复杂集成，EML生产的准入门槛极高。当前受影响最大的模块包括严重依赖100G EML技术的800G DR8、2xFR4和1.6T收发器。 EML缺货倒逼硅光发展:CW已成为EML的主要替代方案,因其芯片结构更简单且成本更低,但其生产也面临诸多挑战。然而，由于设备交付周期长，产能扩张速度缓慢。Coherent作为最大的连续波激光器供应商之一，预计到2026年将InP晶圆厂产能扩大5倍，但诸如芯片切割和老化测试等下游工序通常外包，产能瓶颈的风险增加。但尽管如此，越来越多的云服务提供商正转向采用CW激光器+硅光解决方案，以规避EML产能短缺的问题。与此同时，VCSEL的供应在经历了2022-2023年的短缺之后已趋于稳定，并可随时供应。2. 探测器方面，InGaAs-PIN市场规模2026-2032年复合增长率（CAGR）预计为7.3%光电探测器(或称光电二极管)在将光信号转换为电信号方面发挥着至关重要的作用。作为光收发模块的关键组件，确保了网络间不间断的高速数据传输。光电二极管是一种将光信号转换为电流的半导体器件。在光收发模块中作为接收器，检测输入的光信号并将其转换回电信号。光电二极管对于确保光纤系统中的高速、低损耗通信至关重要。光电二极管基于光伏效应工作。当光子（光粒子）照射到半导体材料(例如硅或砷化钢镓）上时，会产生电子-空穴对。这会产生与光强度成正比的可测量电流。在光收发器中，该过程可以将调制光脉冲转换为数字电信号。光电二极管根据其结构和性能进行分类可分为PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。以日本住友电气申请的InGaAs/InP型PIN-PD 专利为例。InGaAs/InP型PIN光电二极管,包括n型InP衬底、设置在衬底表面的n型InGaAs层以及p型InGaAs层，其中p型InGaAs层的一部分扩散有p型杂质。环状p电极环绕p型InGaAs层，p电极环绕的p型InGaAs层的一部分形成深度小于2.0μm的凹槽。此外，p型InGaAs层的厚度大于3.0μm。PIN光电二极管的安装方式使得光线能够进入该凹槽。也就是说,InP基PIN-PD的大致结构,通常以n型InP衬底作为底层材料，InGaAs作为衬底上方n-InP缓冲与p-InP包层之间的本征i吸收层，p型InP作为顶层材料。据QYResearch测算，2025年全球InGaAs-PIN市场规模大约为1.78亿美元，预计2032年将达到2.91亿美元，2026-2032期间年复合增长率（CAGR）为7.3％。3. 垂直整合方面，PIC 市场规模预计2025年至2030年的复合年增长率为10.8%光子集成电路（Photonic Integrated Circuit，PIC）是基于磷化钢（InP）的光学系统，将分布反馈式（DFB）激光器、调制器、半导体光放大器和波导光电探测器集成在单个InP芯片上，可以显著降低相干光收发器模块的尺寸和功耗。InP相干收发器芯片以QSFP-DD可插拔封装形式，可插拔的QSFP-DD模块可插入标准交换机前面板端口，提供400ZR和OpenZR+相干光标准的光信号处理能力,每个波长传输速率高达400Gbps。数据中心运营商无需单独的DWDM转发器硬件，即可直接从交换机端口驱动400G相干容量，从根本上简化了光网络架构。其次，太赫兹InP晶体管技术可以实现超过1THz的晶体管截止频率，从而为下一代成像系统、光谱传感器和300GHz以上的无线通信演示提供可能，目前尚无其他半导体材料能够以可比的性能处理此频率。此外，InP衬底质量的提升可将蚀刻坑密度降低至每平方厘米500个以下，并将晶圆直径扩展至100毫米和150毫米；通过增加每片晶圆上的芯片数量，有效降低基于InP器件的制造成本和每个芯片的材料成本。展望未来，PIC大规模普及需要解决几个核心问题。1)耦合损耗：高效地将光耦合进出芯片是一个精度难题；2）热管理：热量会影响高密度光子电路的波长稳定性；3）激光集成：硅本身无法高效发光，因此需要采用III-V族材料的混合键合；4）封装复杂性：光纤的对准以及确保其在热循环下的可靠性会增加成本和复杂性。目前可预见的解决方案包括:异质集成(将III-V 族材料键合到硅上）、晶圆级测试和自动化光学对准、3D光子架构和量子兼容型PIC。2024年全球PIC市场规模约为140.8亿美元,预计到2030年将达258 亿美元,2025年至2030年的复合年增长率为10.8%。PIC 市场规模增长主要受数字基础设施、对高速数据通信需求的增加、先进网络功能所需的更高带宽等因素推动。总结：AI算力驱动光互连升级,磷化钢全产业链从"材料瓶颈"走向"价值重估":随着800G光模块规模化部署、1.6T 加速导入、CPO/SiPh 在下一代AI集群中从样品向量产迁移，磷化钢（InP）作为唯一可支撑1310/1550nm长距高速单模发射的直接带隙III-V材料，其战略地位从"光通信衬底"跃升为"AI基础设施卡脖子环节"。2025年全球InP器件需求约200万片，实际产能仅约60万片，供需缺口超50%，且扩产周期长、良率爬坡慢、上游钢资源伴生于锌矿，供给弹性极弱。1)上游钢资源"伴生+管制"双重约束,纯度瓶颈卡住产业链咽喉。全球90% 原生钢来自锌矿副产，中国精炼产量占全球约70%；2025年2月商务部对磷化钢等材料实施出口管制后，东西钢价脱钩，6N级以上高纯钢提纯（电解—真空蒸馏-区域熔炼多段工艺）进一步制约衬底端原料可得性，上游稀缺性正向中游传导。2)中游衬底寡头垄断格局稳固，6英寸升级+扩产周期是核心。衬底市场份额更小，但其技术壁垒和市场集中度远高于外延：衬底制造是从0到1的结晶过程，核心难点在于：1）核心瓶颈在上游，衬底制造严重依赖6N级（99.9999%）以上的超高纯钢；2）长晶工艺极难，InP单晶生长需在高温高压下进行极端环境控制，且扩产周期较长，设备交期和良率爬坡极慢；3）高度寡头垄断：全球 InP衬底住友（42%）、AXT/北京通美（36%）、JX日矿（13%）三家合计垄断≥90%份额。住友大阪工厂预计扩产3倍、AXT募资6.325亿美元扩产，缺口填补可期。而外延是在衬底上生长薄膜，其较衬底而言，市场集中度更低、市场份额更高。因此，我们认为，磷化钢衬底作为产业链最上游的制造环节，是当前技术壁垒最高同时供需最紧张，也是当前AI光模块链中最为卡脖子的一环。3)下游EML短缺倒逼技术路径分化,InP 在光源侧不可替代性强化。 光芯片沿 EML(现行)→CW+SiPh（高速发展）→CPO+ELS（2026-2028）→硅基单片III-V（2030+）四代演进；EML被NVIDIA等锁产能、交付延至2027年后，800G供需缺口40-60%，驱动CW+SiPh加速渗透，但CW的InP基底仍依赖住友/AXT，InP需求不减反增。4)产业链利润向"衬底/外延+高端光芯片"双集中，垂直整合厂商议价权放大。衬底技术壁垒、厂商集中度最高;外延因MOCVD可采购而分散,但定制化程度高、客户粘性强;下游EML/CW/UHP芯片与CPO ELS模块ASP 具备2-3倍弹性。拥有InP 长晶+外延+芯片+模块全栈能力的IDM(Lumentum、Coherent)与衬底材料龙头（住友、AXT/通美)将享受缺口溢价。行业供不应求，高景气度。建议关注相关龙头标的，光通信相关标的：AXT（ AXTI ），日本住友电气（5802.T），IQE（IQE.L），Applied Optoelectronics（AAOI.O），Lumentum( LITE ),Coherent（ COHR ），Ciena（ CIEN .N)等，关注盈利能力和估值双升趋势。
——面向高速光通信的iii-v族核心材料磷化钢（Indium Phosphide, InP）是典型III-V族化合物半导体材料,在光通信和高速电子器件中具有较强的材料适配性。InP 在300K下的带隙约为1.344 eV，本征载流子浓度约为1.3×107cm-3；其电子迁移率最高可达≤5400cm²/V·s，击穿场约为5×105 V/cm，兼具较高载流子输运能力和较强电场承受能力，InP适合承担高速光电转换、激光发射、探测接收和高频电子器件等功能。应用方面，InP 在光通信中的核心价值主要体现在发光与探测两端。InP 基衬底被用于5G 光纤通信网络中的InP激光器和接收器，可帮助实现更低延迟、更低信号损耗和更高传输速度；同时，AI预计将提升对InP等专用芯片材料的需求，InP也用于光通信中的高速光探测器和激光二极管。AI数据中心场景中，InP的需求来自光互连速率升级。随着GPU集群规模扩大，机柜内、机柜间以及数据中心之间的数据流量持续上升，光模块从400G向800G、1.6T甚至3.2T演进，对EML、CW、DFB激光器、高速PD等主动光器件提出更高要求。IEA预计，全球数据中心用电量将由2024年约415TWh增至2030年约945TWh，AI是最重要的增长驱动之一；其中美国贡献了未来数据中心电力需求增量中最大的部分，并预计到2030年，美国数据中心用电量将超过其铝、钢铁、水泥、化工等传统高耗能行业用电量之和。(二)主流半导体材料拆解SiPh、GaAs、TFLN：InP材料具有不可替代性除磷化钢（InP）外，用于光通信的主流半导体还包括砷化镓（GaAs）及硅等类别，其中InP用于长距高速单模,GaAs用于短距多模,硅则依托CMOS工艺大规模集成。目前InP和硅基光子平台（SiPh）是较为成熟的集成光子平台，但其他材料例如，钛酸钡、铌酸锂和聚合物基光子学为超高速调制器和镓化合物(GaN/GaAs)均提供了极佳的可见光应用途径。制造基于光的集成电路，首先需要能够“发光”的材料和能够“导电”光的材料。砷化镓（GaAs）和InP都属于III-V族直接带隙化合物半导体，材料本身具备高效发光/光电转换能力，是传统分离式光模块（有源器件单独做再和无源组件耦合封装)的核心有源材料;纯硅是间接带隙半导体，材料本身无法直接发光，所以Si 材料在光模块里实际指的是硅基光子平台(Silicon Photonics，SiPh):以标准CMOS 硅工艺为基础，通过异质集成锗硅探测器、键合III-V族光源的方式，实现光电全链路的片上集成。1.砷化镓（GaAs）同样属于III-V族化合物半导体,是化合物半导体中最重要且使用最广泛的半导体材料之一。砷化镓材料制成的器件具有良好的频率响应、快速速度和高工作温度,能够满足集成光电子学的需求。由于砷化镓具有高电子迁移率（是硅的5到6倍）、大带隙（300K时为1.424eV，折算为870纳米；硅为1.1eV）且直接带隙，砷化镓在300K时电子迁移率为9000cm2/V·s，击穿场约为4×105 V/cm。通过在表面生长薄层如AlGaAs，主要产生850nm 发射的激光。然而，850nm波长在光纤中存在严重的信号衰减和色散问题。因此，砷化镓VCSEL严格限制在短距离通信（50米以下），如机架内连接。对比砷化镓（GaAs）和磷化钢（InP）而言，砷化镓适合高频、射频和部分短波长光电场景；磷化钢则在长距离、高速光通信中的产业化基础更强,尤其在EML、CW激光器、PIN/APD探测器以及InP PIC 等方向具有更直接的应用价值。磷化铟主导光学通信并非因为基板本身发射1550nm光，而因其是唯一能够支持无缺陷、晶格匹配生长的活性层（如InGaAsP或InAlGaAs）的基底，精确生成1310nm和1550nm的黄金波长，几乎无信号损耗，适合于支持中距离(500米)到长途（2公里至10公里+）的数据中心互联。随着AI模型扩展到数万亿参数，数据中心被迫扩展，GPU之间的物理距离也随之增加。为了在数百米范围内传输1.6T带宽而不丢失，行业被迫从850nm GaAs VCSEL转向基于InP平台的高性能EML和DFB激光器。
2.硅(Si)具备CMOS 工艺成熟、成本低、集成度高等优势,是硅光子平台的基础材料。 硅光子器件的基本组件包括将光转换为电信号的PIN二极管光电探测器、用于信号传输的光学波导，以及将电信号转换为光子的调制器和耦合器。基于硅CMOS工艺，SiPh将激光器、调制器、波导、光电探测器及其他光电元件集成到单一硅芯片上，约减少30%的元件数量和模块尺寸。凭借其固有的集成优势，SiPh通过显著减少信号传输距离和损耗，有效满足需求，从而提升整体系统性能。对于需要每波长100G带宽以上的应用，SiPh模块通过简化架构实现高速数据传输，仅使用少数芯片配合连续波（CW）激光器。 与III-IV团材料相比，硅在自然界中具有显著的丰度优势，使其成本远低于III-IV团材料。外部激光解决方案还具有成本优势。总体而言，SiPh模块的成本比传统光收发器降低约20%。SiPh的高密度集成减少了离散元件之间的互连损耗，且无需热电冷却器(TEC)来管理温度和性能，从而实现多达40%的功耗降低。 但硅光子学的弱点是其无法高效发光，作为间接带隙材料，可以同于制造波导、调制器，以及检测器(加入锗),但唯一无法仅用硅或氮化硅(SiN)制造的就是激光。因此,每个 SiPho芯片都需要一个 III-V族化合物半导体（InP、GaAs等）激光源从外部连接。光源集成是硅光最根本的瓶颈，也是包装成本高、尺寸大、良率低于预期的主要原因。 因此，当前光芯片演进分为四代进化路径： 第一代：EML（现行标准，InP可插拔）EML（电吸收调制激光器）将DFB激光器和电吸收调制器（EAM）集成到单个InP 芯片上。激光器同时产生光并调制数据。调制质量较高（低啁啾），非常适合长距离传输，是目前800G DR8和1.6T模块的标准配置。 问题在于能耗、热量和供电成本。一个800G EML模块需要八个100G EML激光器，每个约$10+,使激光器成本达到每个模块80-100+美元。此外,N VIDI A 还预先从Lumentum和Coherent等关键供应商处分配了大量容量，将非NVIDIA客户的交付周期推迟到2027年后。预计到2027年，800G收发机的产量可能比需求少40-60%。美国采购动能外加产能紧张，致使包括AppliedOptoelectronics（ AAOI ）在内的少数拥有本土制造的美国EML制造商公司受益。第二代：CW激光+SiPho（EML替代品，高速发展） CW激光器是一种简单的DFB激光器，发射稳定的、未调制的光束。CW激光器安装在外部，而调制、接收、波长复用及其他光学功能则由SiPho PIC 负责。数据调制通过SiPho 芯片上的MZM(Mach-Zehnder调制器)或微环调制器(MRM)实现。MZM将光分为两条臂，利用相位差产生相长/破坏干涉，编码1和0。MRM采用共振结构以减少占地面积和更低功耗，但对温度更敏感，需要主动反馈控制。其关键优势是通过CMOS工艺实现成本降低和大量生产。CW激光器比EML简单得多，每颗芯片成本仅约8-10美元，且多家供应商都能生产。一个典型的800G/1.6T硅磷模块需要2-4个CW光源（800G约70mW，1.6T约100mW），每个模块的激光总成本仅为20-40美元，低于基于EML模块80-100+美元的一半。 然而，由于该电路仍为可插拔形式，电信号必须通过铜制PCB走线从开关 ASIC 传输到前面板收发器，其中的信号损失以及DSP/重定时器为补偿而产生的功耗仍然相当可观。而且，CW激光器的InP基底仍依赖少数供应商,包括住友和AXT等,所以硅光挤占的仅是调制器的部分；随着CW激光+SiPho的发展,InP作为激光器原件的需求将会保持增长。EML短缺倒逼并加速了CW+SiPho的转型。
第三代：CPO + ELS（下一代，预计2026-2028年）在共封装光学器件（CPO）中，SiPho芯片与开关/GPUASIC位于同一基板上。但激光器对温度敏感，因此，与其将其放置在发热的 ASIC旁边，不如将其放置在封装外部的单独模块中，也就是外部光源(ELS)。激光器分离意味着故障时可以更换，且散热也得到改善。多款主流产品都采用了此种架构:NVIDIA的Quantum-X800 CPO(InfiniBand,台积电 COUP E SiPho平台+Lumentum激光器,预计2025年下半年出货）、博通的Bailly（基于TH5的51.2TCPO以太网交换机，业界首款量产CPO）以及Marvell的TX9190（基于Teralynx的液冷CPO交换机，在2025年OCP大会上与捷普联合演示）。博通的下一代CPO TH6-Davisson（102.4Tbps，200G/通道，台积电COUPE）也已开始出货。CPOELS需要更高的输出功率（400mW级，约为标准CW的4倍）以及在高温（50℃以上)下稳定运行。第四代：硅基单片III-V族芯片（长期目标，2030年以后）直接在硅晶圆上生长III-V族材料,无需单独的激光芯片。与第二代/第三代“外部激光器+SiPho芯片”方案不同，该方案将激光器集成到SiPho芯片本身。如果该技术跑通，该方案将最大限度地降低封装成本并实现极致的可扩展性，但晶格失配和缺陷密度等问题仍在解决中。3. 薄膜锟酸锂(TFLN）近年来主要在高速调制器环节快速发展,且具备低损耗、高质量光子集成与强Pockels效应，有利于实现更高调制性能，已在光调制器和非线性波长转换等器件上超过传统体材料铌酸锂器件。铌酸锂是一种双折射晶体，折射率介于2.2和2.3之间。TFLN由单层单晶薄片构成，覆盖在氧化硅衬底上，厚度通常为200-600nm，具体厚度取决于代工厂和工艺。由于双折射特性，TE和TM偏振的折射率不同，并且根据晶体切割方式的不同，其在两个不同的传播方向上的折射率也可能不同。TFLN的光限制能力高于离子扩散锟酸锂，因此可用于制造更复杂的器件。由于其高限制能力，调制效率更高，从而可以实现更短的调制器和更高的带宽。在驱动电压下，其Vπ可以低于TFLN在350至5200nm波长范围内透明,因此其是唯一提供低损耗和1.1微米以下高速调制的PIC平台；但在较低波长下，会受到光折变效应的影响。TFLN作为新型光子集成电路(PIC)平台材料，拥有多重优势：1)高非线性:高效调制和波长转换方面表现卓越；2)稳定可靠：可确保在严苛环境下的耐用性，并可实现可扩展的集成；3）低光损耗：支持大规模片上电路和延迟线，并最大限度地减少对光放大器的需求；4)单位尺寸高性能：确保每芯片面积集成大量元件，以小型化的形式提供高性能；5）宽波长范围：可在宽波长范围内工作，支持电信、量子计算等应用；6)压电效应：支持光子-声子相互作用，并可应用于各种传感器。 AI 光通信产业链中,磷化钢（InP）和薄膜锟酸锂（TFLN）负责不同功能,磷化钢主要负责产生光信号，而薄膜锐酸锂主要负责信号调制、传输以及控制，因此不存在替代关系。薄膜铌酸锂本身并不发光，但可以解决传统调制材料在物理上开始遇到的瓶颈问题：带宽和功耗。目前主流的TFLN调制器通常仍需在1.8V以上的半波电压下工作，较高的驱动电压会限制调制带宽的进一步提升，同时也会导致更高的系统功耗。未来，TFLN将兼具更大带宽、更低功耗和更高集成度，从实验室研究走向实际商业化，TFLN技术仍处于快速迭代阶段。（三）磷化钢产业链：芯片供需缺口超50% 磷化钢产业链可按“上游原材料—中游衬底/外延一下游光芯片”拆分。上游主要包括金属铟、磷及相关高纯化合物材料；中游包括InP单晶生长、晶圆切磨抛、衬底加工、外延生长；下游则主要对应激光器/调制器、探测器、InP PIC等应用场景。当前，磷化钢产能严重受限，2025年全球器件需求达200万片，实际产能仅60万片，供需缺口近70%。
二、inp产业链核心环节拆分(一)上游：金属钢供应受锌矿开采驱动，提取难度大且成本高磷化钢材料端的核心原料是金属钢。随着太阳能、半导体和下一代显示技术的快速发展，铟的战略价值日益凸显。铟是一种银白色金属，略带蓝色色调，其质地非常柔软，轻轻按压就能留下痕迹。铟的熔点为156.61℃，沸点为2080℃，密度为7.3g/cm³。由于其优异的延展性、导电性和可塑性，铟金属很容易被压制成薄片或切割成块。在化学性质上，铟金属与铁有些相似，在室温到熔点之间会与空气中的氧气缓慢反应，在其表面形成一层极薄的氧化层。由于其独特的性质，铟在自然界中并不以纯净形式存在，而是总是与其他元素结合存在。钢因其出色的延展性、低熔点、高沸点、低电阻和强耐腐蚀性而备受青睐，其优异的透明度和导电性也使其成为一种极其重要的半导体材料。金属钢常被描述为一种战略金属,因为其全球储量有限。世界上已知的大部分钢资源集中在少数几个国家，包括中国、秘鲁、美国、加拿大和俄罗斯。全球钢资源估计约为6万吨，但其中只有大约一半被认为具有经济开采价值。金属铟属于分散稀有金属。全球约90%的钢原生产量来自硫化锌矿中回收，少量铟也从铅矿中回收。然而，矿石中铟的含量极低，通常在百万分之一到万分之一之间，至今尚未发现以铟为主要成分的天然矿体。换言之，铟金属并非直接开采，而是从锌矿和铅矿中间接提取。因此，金属钢供应面临着两大挑战：1)供应受锌矿开采驱动，而非钢需求驱动。即使对钢金属的需求急剧上升，矿业公司也不会仅仅为了生产更多钢而开采新矿。钢的产量主要取决于锌矿的开采和加工量。2)提取难度大且成本高。铟金属的回收和提炼在技术上极具挑战性且成本高昂。许多国家仍然缺乏先进的提取和提纯技术，使得全球供应链脆弱，并造成了结构性稀缺。因而，钢供应具有较强的伴生属性，其供给弹性受锌冶炼、回收体系、提纯能力和贸易政策共同影响，稀缺性赋予了钢金属巨大的经济价值。随着技术的不断进步和需求的持续增长，铟的战略重要性及其市场价值可能会进一步提升。当前，原生钢资源具有较强供应集中性：全球原生铟精炼总产量约为1100公吨，中国占七成左右，是全球最大的原生钢精炼生产国，预计2025年产量约为760公吨。其次是韩国约180公吨，日本约65公吨。2025年2月4日，中华人民共和国商务部海关总署公告2025年第10号公布对钨、碲、秘、钼、钢相关物项实施出口管制的决定。公告内容称，根据《中华人民共和国出口管制法》《中华人民共和国对外贸易法》《中华人民共和国海关法》《中华人民共和国两用物项出口管制条例》有关规定，为维护国家安全和利益、履行防扩散等国际义务，经国务院批准，决定对下列物项实施出口管制：钢相关物项(一)3C004.a.磷化钢(参考海关商品编号：2853904051)。(二)3C004.b.三甲基锢(参考海关商品编号：2931900032)。(三)3C004.c.三乙基锢(参考海关商品编号：2931900032)。(四)3E004生产3C004项的技术及资料（含工艺规范、工艺参数、加工程序等）。价格方面，上述出口许可摩擦是导致东西方钢价脱钩的主要原因，而非供应量的变化。截至2026年6月1日，根据上海有色网价格指数（SMM工业基准价），中国钢价报每公斤612.99美元（纯度4N5+，不含增值税），较5月1日基准价每公斤560.91美元上涨9.3%。西方六月基准价也出现上涨：美国钢锭价报每公斤707.50美元（五月价报每公斤652.50美元），欧洲钢锭价报每公斤702.50美元（五月价报每公斤657.50美元）。东西方价差约为每公斤94美元，基本保持稳定。 无论是原生锢还是回收钢，其纯度通常都在2N级到4N级之间,无法满足作为半导体材料的需求。作为光通信半导体设备，钢基化合物半导体须具备高电子迁移率，以用于高频高功率电子器件，因此钢的纯度必须高于6N级，也就是说纯度超过99.9999%（6N+）。N指描述纯度数据中9的数量，例如6N（99.9999%）、6N5（99.99995%）、7N（99.99999%）。高纯钢是制造III-V级化合物半导体材料的重要原料，如磷化钢（InP）、砷化钢（InAs）、氮化钢（InN）等，广泛应用于光电子器件、微波器件和激光器。 高纯钢的制备主要涉及两大类技术:物理方法和化学方法。前者以电解精炼为代表，后者包括真空蒸馏和区域熔炼等工艺。单一技术往往难以高效地获得高纯钢，因此需要结合多种提纯步骤。然而，综合方法同样面临三重挑战：1)杂质分离。例如，尽管真空蒸馏能够有效去除锌和镉等高挥发性杂质，但难以去除铅、锡和铊等蒸气压与钢相近的杂质。区域熔炼在去除分配系数k0≥1的杂质方面效率有限，而电解精炼则受到杂质相似性的制约。2)工艺复杂性和经济可行性之间的平衡。将纯度从2N级提高到7N级通常需要多阶段工艺，包括电解精炼—真空蒸馏-区域熔炼，不仅耗能耗时，而且会导致过程中贵金属的损失。此外，该工艺通常无法在一个循环内完成，导致可控性较差。3)缺乏智能过程控制系统。目前的方法严重依赖于经验参数设置，无法实时监测杂质迁移或动态优化操作条件。 2025年全球钢市场规模估计为2.664亿美元,预计到2033年将达到7.056亿美元,2026年至2033 年的复合年增长率(CAGR)为13.5%。市场增长的主要驱动力是电子和半导体行业需求的增长。亚太地区在铟市场占据主导地位，预计到2025年，其市场份额将超过66.6%；北美市场预计在2026年至2033年间将以16.7%的复合年增长率增长。
(二)中游：衬底技术壁垒高寡头垄断，外延市场空间大竞争激烈 磷化钢产业链中游按产品类型分为InP 衬底和外延晶圆。2025 年,InP 衬底市场占据市场收入的38.6%，约1.73亿美元。InP衬底是所有后续外延和器件制造工艺的基础晶体，其晶体取向、载流子浓度、位错密度和表面光洁度等质量属性对下游器件的良率和性能起着至关重要的作用。半绝缘InP衬底主要用于高频高电子迁移率晶体管（HEMT)和异质结双极晶体管(HBT)器件的制造，而N型和P型导电衬底则应用于包括激光二极管、发光二极管（LED）和光电探测器在内的光电器件。当前，衬底领域受益于对更大直径晶圆日益增长的需求。为了提高晶圆良率并降低单芯片成本，业界正逐步从2英寸（50毫米）InP衬底过渡到4英寸（100毫米），并在特定应用中采用6英寸（150毫米）InP衬底。AXT和住友电气作为领先的衬底供应商积极投资扩大4英寸晶圆的生产规模，以满足大批量光子器件制造商日益增长的成本竞争力需求。InP 衬底的供应链考量与更广泛的无机半导体材料供应生态系统密切相关，因为两者都依赖于高纯度材料提纯和晶体生长方面的重叠技术。Yole数据显示，2021年全球磷化钢衬底市场规模录得1.09亿美元，销量约为63万片；预计2022年将分别攀升至1.22亿美元和71.8万片。预测到2026年，全球磷化钢衬底市场规模有望达到2.02亿美元,2026 年销量预计增至128.19 万片,对应2019 年至2026年的年均复合增长率(CAGR)分别为 12.42%和 14.40％。2025年，外延晶圆市场份额相较衬底更大，占总收入的61.4%，反映了外延生长工艺的高附加值特性以及该细分市场与终端光子和电子器件制造的直接相关性。外延生长所需的复杂性和精度，加上MOCVD设备的高昂成本（单晶圆反应室的成本超过200万美元），导致外延晶圆的平均售价远高于裸InP衬底。外延晶圆的关键应用包括用于相干光通信的光子集成电路、用于泵浦光纤放大器和激光雷达系统的激光二极管晶圆、用于毫米波功率放大器的高电子迁移率晶体管（HEMT）晶圆以及用于光接收器的光电探测器晶圆。包括IQE plc和WIN Semiconductors Corp.在内的领先外延晶圆供应商正日益提供与器件原始设备制造商(OEM)紧密合作开发的定制外延结构,从而建立深度集成关系并降低转换成本，以支持高价位和长期收入可见性。预计在预测期内，外延晶圆市场将保持其主导地位，2026年至2034年的复合年增长率（CAGR）将达到9.6%，主要得益于光子器件架构的不断复杂化以及对特定应用外延设计日益增长的需求。
1.衬底环节：全球磷化钢衬底供应呈现寡头垄断格局，合计垄断超过90%的市场份额磷化钢衬底指将高纯原料制备为InP单晶锭，再经过定向、切片、倒角、研磨、抛光、清洗和检测，形成2英寸、3英寸、4英寸乃至6英寸InP晶圆。衬底质量直接决定后续外延质量和器件可靠性，关键指标包括晶圆尺寸、厚度均匀性、总厚度变化TTV、位错密度EPD、表面粗糙度、翘曲度等。磷化钢单晶制备技术壁垒高,制备方法包括水平布里奇曼法（HB）、垂直布里奇曼法（VB）、液封切克劳斯基法（LEC）和垂直梯度冷凝法（VGF）。上述制备方法中,VGF和VB 法是目前主流的长晶法：使用VGF 法生长的晶体利用率更高(可完全贴合锅炉形状生长），使用VB法生长的晶体位错密度更低。美国AXT公司和日本住友分别使用VGF和VB技术可以生长出直径150mm的磷化铟单晶。当前全球磷化钢衬底供应极为集中,呈现寡头垄断格局,合计垄断超过90%的市场份额:日本住友电气（Sumitomo）约42%份额；美国AXT及其中国子公司北京通美约36%份额；以及日本JX日本矿业金属约13%份额。
1.1日本住友电气（Sumitomo Electric）InP衬底预计产能提升3倍日本住友电气(Sumitomo Electric)创立于1920年，系全球知名的通信与工业制造集团，业务横跨信息通信、汽车、电子仪器、能源环境及产业材料等领域，海外子公司逾200家。公司FY2026营收规模创历史新高，2026财年全年营业总收入达314.80亿美元，同比增长约9.20%，体量显著高于其他衬底厂商；净利润22.76亿美元；每股收益（EPS）达到2.92美元，较上一财年的1.53美元增长约91%，主要受益于净利润的大幅提升，增长幅度远超营收增速。公司InP衬底产品线涵盖4英寸至6英寸直径，并提供半绝缘和半导电两种等级。日本住友使用VB法制备的直径4英寸掺Fe半绝缘单晶衬底可以批量生产；VGF生产技术要求晶体表面翘曲度小于15微米，且位错水平越低越好。住友凭借其垂直整合的钢原料采购、数十年来在LEC和VGF晶体生长工艺方面的精进，以及在全球顶级光子代工厂建立的认证资质，在2025年继续保持其在InP衬底晶圆领域的全球市场领先地位。住友积极布局全产品线的产能扩张计划。住友于2024年底宣布计划投资约1.2亿美元,用于扩建其位于大阪府的工厂，以生产4英寸InP晶圆并研发6英寸InP晶圆。最新财季，公司宣布其扩产计划：光学连接器预计产能提升13倍；光纤预计产能提升2倍；数据中心光学器件预计产能提升4倍；InP衬底预计产能提升3倍。1.2 AXT(北京通美)募资6.325 亿美元用于扩产InP衬底AXT公司是北美领先的InP晶圆生产商,受益于其垂直整合战略,包括专有的热解氮化硼(pBN)增墒制造技术以及对中国原材料加工企业的战略性少数股权投资，使其拥有大多数竞争对手无法企及的原材料成本可见性。AXT磷化钢衬底供应全部来自于其控股子公司北京通美。北京通美晶体技术股份有限公司成立于1998年，2022年递交科创板申报材料，控股股东美国AXT直接持股85.51%。北京通美主营磷化钢、砷化镓、锗衬底及PBN材料等高纯半导体材料的研发、生产与销售，是全球少数掌握8英寸砷化镓衬底及6英寸磷化钢衬底生产技术的企业。AXT在财报中多次提及，计划将子公司北京通美晶体技术有限公司在上海证券交易所科创板上市。北京通美曾于2022年1月获科创板IPO受理,2022年7月过会，8月提交注册申请，但目前暂未获得注册批文。从公司营收结构来看,2026年第一季度磷化钢(InP)衬底实现营收1360万美元(占比50.6%)主要来自数据中心AI应用需求；砷化镓（GaAs）衬底实现营收540万美元（占比20.1%）；锗(Ge)衬底实现营收20万美元；原材料合资企业收入760万美元(占比28.3%)。总体来看，最新财季公司实现营收2692万美元，环比增长16.9%，同比增长39.1%，显示业务复苏迹象。公司核心战略方向旨在针对AI数据中心光模块需求激增,磷化钢衬底产能扩张。2026年4月22日，公司公告募资6.325亿美元用于扩产InP衬底，每股售价为64.25美元，承销折扣为3.21美元，扣除费用前的收益为61.04美元，计划发行数量为8,560,311股。公司募集资金主要用于支持其子公司北京通美扩大InP衬底的生产能力，以满足全球出口需求，并进一步强化其在半导体材料领域的垂直整合能力。此外，资金还将用于新产品的研发及改进现有产品，以及补充营运资金和一般公司用途。此外，公司管理层指出，出口许可是关键变量。获取中国出口许可的成功率和时机是2026年第二季度及以后增长的最重要的因素。公司出口其子公司北京通美生产的磷化钢衬底需获得中国商务部的许可。2025年6月，北京通美获得向欧洲和日本客户出口的初步许可，但对美出口仍在审批中。尽管公司认为未来将获得相关许可，但地缘政治紧张及2025年12月27日修订的《中华人民共和国对外贸易法》赋予商务部更大进出口控制权，使出口审批的不确定性增加。截至2026年4月底，公司已有约3400万美元的收入可在Q2实现，这些产品或已获得出口许可，或不需要出口许可，因此公司对这部分收入的Q2确认具有高度信心。如果获得更多订单的出口许可，Q2收入可能存在显著上行空间。但出口许可的发放时机不可预测，且不在公司控制范围内。1.3 JX 日本矿业金属（JX Nippon Mining amp; Metals）相较前两家体量较小,且暂未上市JX日本矿业金属（JX Nippon Mining amp; Metals）成立于2010年，由新日本石油与新日矿两大集团合并组建，主业涵盖有色金属资源开发、薄膜材料与精密加工品制造等。磷化钢衬底方面，JX日矿目前量产规格为2-4英寸，尺寸覆盖窄于前述两家竞争对手JX日矿披露的技术细节称，对基板进行特殊边缘处理，可以减少器件制造过程中基板的破损和碎裂；此外，优化衬底表面处理有助于减少外延生长后衬底和界面上的杂质（Si、C）。2. 外延环节:具有资本密集型特点,准入壁垒高磷化钢外延指在InP衬底上继续生长InP、InGaAs、InGaAsP等多层半导体薄膜结构，通过材料组分、厚度、掺杂和界面控制，决定激光器、调制器和探测器的波长、带宽、阈值电流、响应速度和可靠性。外延晶圆是通过使用MOCVD或MBE 技术将精确设计的半导体异质结构沉积到InP衬底上而制成的，从而形成多层量子阱、量子点或体有源区结构，以满足特定器件的性能要求。InGaAs/InP 具有多层结构的外延形貌,衬底表面取向和处理均匀性会直接影响外延质量。对于高速光通信而言，外延层的均匀性和缺陷控制会进一步传导到芯片端的良率、寿命和批量一致性。MOCVD(金属有机化学气相沉积)和MBE(分子束外延)反应室均在洁净室环境中运行,并使用同一套计量工具进行品圆表征。MOCVD是一种化学气相沉积工艺，使用超纯气态源进行沉积，且需要处理和消除有毒气体；而固源MBE使用高纯度元素前驱体，在蒸发源中加热以产生分子束进行沉积（使用液氮冷却）。 MOCVD 反应室通常包含一个高温水冷反应室：衬底放置在石墨基座上，基座通过射频、电阻或红外加热。试剂气体垂直注入到衬底上方的反应室中。通过优化温度、气体注入、总气体流量、基座旋转和压力来实现层均匀性。载气为氢气或氮气。为了沉积外延层，MOCVD使用高纯度的金属有机前驱体，例如用于镓的三甲基镍或用于铝的三甲基铝（针对III族元素），以及用于V族元素的氢化物气体（砷化氢和磷化氢）。这些金属有机物包含在在气体流动鼓泡器中，注入工艺腔室的浓度取决于金属有机物和载气在鼓泡器中的流动温度和压力。试剂在生长温度下于衬底表面完全分解，释放出金属原子和有机副产物。通过调节试剂浓度，可以制备不同的III-V族合金结构，同时还配备了运行/排气切换系统来调节蒸汽混合物。 MBE反应室通常包含一个传输室（与空气连通，以便装卸晶圆衬底)和一个生长室(通常密封，仅在维护时与空气连通），衬底在生长室中进行外延生长：MBE反应室在超高真空（UHV）条件下运行，以防止空气分子污染。如果生长室曾与空气连通，则可通过加热来加速污染物的排出。MBE反应室中外延生长的源材料通常是固态半导体或金属。这些材料在蒸发源中被加热到熔点以上（即源材料蒸发）。在此过程中，原子或分子通过一个小孔被驱动进入MBE真空室，从而形成高度定向的分子束。该分子束照射到加热的衬底上；衬底通常由单晶材料（如硅、砷化镓（GaAs）或其他半导体）制成。如果分子不发生脱附，将在衬底表面扩散，从而促进外延生长。然后逐层构建外延层，每一层的成分和厚度都经过控制，以获得所需的光学和电学性能。InP外延生长设施具有资本密集型特点，准入壁垒高。尤其是洁净室和反应室的投入，通常每个设施超过5000万美元，构成了显著的准入壁垒，巩固了现有企业的市场份额。包括IQEplc、AXT公司和住友电机工业在内的主要晶圆供应商一直在投资升级其晶体生长基础设施，以应对日趋严格的规格要求。从行业趋势看，大尺寸InP晶圆的重要性正在提升。InP晶圆正从4英寸迅速过渡到6英寸，当前阶段的核心是6英寸晶圆的量产升级,8英寸晶圆仍在发展中。Future Market Insights预计,全球InP晶圆市场规模将从2025年的2.113亿美元逐步扩大，至2035年将达到6.277亿美元，2025-2035年CAGR为11.5%；另外，2025年100mm，即4英寸及以上InP晶圆占有InP晶圆市场收入的47.9%，半绝缘InP晶圆占52.6%，意味着下游高速光通信和数据中心需求放量后，产业链对更大尺寸、更高一致性、更高良率衬底的需求会同步提升。全球磷化钢外延晶圆市场竞争激烈,市场份额居首的三家厂商分别是AXT、IQEPlc和日本住友。其他厂商包括Wafer Technology Ltd.、JX日本矿业金属、NTT先进技术公司、FreibergerCompound Materials GmbH、Coherent等。相较衬底而言，外延市场更加分散。总而言之，磷化钢中游环节衬底市场份额更小，但其技术壁垒和市场集中度远高于外延：衬底制造是从0到1的结晶过程，核心难点在于：1)核心瓶颈在上游，衬底制造严重依赖6N级（99.9999%）以上的超高纯钢；2）长晶工艺极难，InP 单晶生长需在高温高压下进行极端环境控制，且扩产周期较长，设备交期和良率爬坡极慢；3)高度寡头垄断，当前，日本住友、AXT(北京通美)、日本JX三家占据了全球91%的市场份额。而外延是在衬底上生长薄膜，其较衬底而言，市场集中度更低、市场份额更高主要归因于：1)衬底产能极度受限，虽然严重的供不应求推高了其单价，但由于总销售额反而受限；2）设备可采购降低准入门槛，虽然MOCVD设备昂贵，但设备可以买到，而InP长晶炉需要高度定制，核心热场设计属于各厂商核心机密，因此外延厂商数量远多于衬底厂商;3)外延覆盖更广，除光通信外还包括VCSEL(3D传感)、Micro-LED、功率器件、射频PA等，每个领域都需要定制化外延结构;4)商业模式差异，衬底厂商卖的是标准化材料，而外延厂商卖的是定制化服务，后者可以根据客户需求灵活调整外延层结构(组分、厚度、掺杂)，服务属性强，客户粘性和定价权更高。因此，我们认为，磷化钢衬底作为产业链最上游的制造环节，是当前技术壁垒最高同时供需最紧张，也是当前AI光模块链中最为卡脖子的一环。(三)下游：高速光互连放量，EML供需缺口显著，CW重要性提升磷化钢下游环节主要包括光芯片：激光器/调制器/探测器/PIC等应用，即在衬底和外延片基础上，通过光刻、刻蚀、金属化、钝化、解理、镀膜、测试等工艺，加工形成EML、CW、VCSEL激光器/调制器，PIN/APD探测器以及InPPIC垂直整合。下游核心在于实现外延结构、器件设计和晶圆制造工艺之间的匹配。对于激光器而言，阈值电流、输出功率、调制带宽、波长稳定性和可靠性均会受到外延均匀性、波导结构、腔面处理和散热设计影响；对于探测器而言，响应度、暗电流、带宽和击穿电压等指标也高度依赖材料缺陷控制和器件结构设计。从器件结构看，AI数据中心光互连正在从传统可插拔光模块方案，逐步向硅光、CPO及外置光源等更高集成度方案延伸。光模块速率提升对磷化钢产业链下游及中游的拉动具有逐级放大效应。光模块速率提升会带动单模块内激光器、调制器和探测器性能升级；主动光器件升级进一步提高对外延片均匀性、衬底低缺陷和晶圆尺寸的要求；当800G/1.6T光模块进入规模化部署后，产业链瓶颈容易从终端封装转向中游高质量InP衬底、外延和光电芯片产能。在这一过程中,InP主动光器件的需求结构也在发生变化。1)EML仍是当前高速光模块中的重要方案。2）随着硅光和CPO 对连续光源需求提升，CW 的重要性明显上升。3）垂直整合方面，光器件逐步从分立集成到同一块PIC（Photonic Integrated Circuit）上：硅光凭借CMOS兼容性占据份额，InP因硅的间接带隙物理限制不可替代、收缩至激光器/CW光源这一核心环节，TFLN(薄膜铌酸锂)成为3.2T/CPO超高调制刚需，三者形成硅光铺量、InP保光源、TFLN冲上限的协同分工。1.激光和调制方面，当前EML激光器短缺，倒逼硅光发展激光器是光收发器中最昂贵的部分，约占模块总成本的50%。现代光收发器中主要使用三种激光技术：EML(电吸收调制激光器)、CW(连续波激光器）、VCSEL(垂直腔面发射激光器)。EML，即电吸收调制激光器，由分布式反馈（DFB）二极管激光器和电吸收调制器（EAM）集成在单个集成电路中构成。DFB使用漫反射布拉格反射器精确阻挡所需波长的光,输入电压的开/关信号被传输到EAM部分以产生光输出信号。因此，调制过程不会改变激光器本身的特性。通过调节DFB的输出功率来获得合适的输出功率，接着EAM负责根据需要调制光，输出NRZ或PAM4信号。EML与DML(即直接调制激光器)比较而言,DML通过内部驱动芯片直接调制激光功率,不需要外接调制器。一般来说，DML用于数据速率较低、传输距离较短（最远10 km）的应用，而EML支持更远的传输距离和更高的数据速率。采用DML激光器的光模块价格更低，约占所有100Gbps应用的95%。采用EML激光器的光模块由于使用了外部调制器，能够实现更远的传输距离和更纯净的信号，但价格更高，通常用于长距离光链路。CW，即连续波激光器，是一种能够发射持续稳定光束的激光器，与脉冲激光器不同。连续波激光器的关键特性在于其能够在较长时间内产生连续不间断的激光束，是通过持续向激光介质（可以是气体、液体或固态）提供能量来实现的，从而确保稳定一致的输出。CW激光器安装在外部，而调制、接收、波长复用及其他光学功能则由SiPho PIC负责。数据调制通过SiPho芯片上的MZM(Mach-Zehnder调制器）或微环调制器（MRM）实现。VCSEL，即垂直腔面发射激光器，是一种基于半导体的激光二极管，发射光从顶部表面射出。与传统的边发射激光器不同,VCSEL垂直发射激光束,是光通信和光电子技术的重大革新。在VCSEL中，器件内部的高反射率反射镜，反射镜的反射率通常在99.4%到99.9%之间，使光能够垂直于各层振荡，从而实现高效的光发射。VCSEL结构由多层组成，包括p型接触层、高反射率反射镜、用于产生激光的有源区和分布式布拉格反射器。位于中间层的激光腔是产生激光的增益区。器件内部的量子阱通过将发射光限制在反射镜之间来提高激光效率。
2026年EML激光器短缺：由于AI数据中心建设的激增，光收发器行业正面临严重的EML激光器短缺问题。首先需求激增，预计2025年全球800G+光收发器的出货量将达到2400万颗，2026年将增长2.6倍，达到近6300万颗。其次，英伟达锁定EML产能，英伟达已在主要EML供应商（Lumentum、Coherent/Finisar、三菱、住友、博通）预先分配了产能，以确保其GPU集群互连的供应，导致其他所有供应商的交付时间推迟至2027年以后。另外，供应商基础有限，由于调制功能在单个芯片上的复杂集成，EML生产的准入门槛极高。当前受影响最大的模块包括严重依赖100G EML技术的800G DR8、2xFR4和1.6T收发器。 EML缺货倒逼硅光发展:CW已成为EML的主要替代方案,因其芯片结构更简单且成本更低,但其生产也面临诸多挑战。然而，由于设备交付周期长，产能扩张速度缓慢。Coherent作为最大的连续波激光器供应商之一，预计到2026年将InP晶圆厂产能扩大5倍，但诸如芯片切割和老化测试等下游工序通常外包，产能瓶颈的风险增加。但尽管如此，越来越多的云服务提供商正转向采用CW激光器+硅光解决方案，以规避EML产能短缺的问题。与此同时，VCSEL的供应在经历了2022-2023年的短缺之后已趋于稳定，并可随时供应。2. 探测器方面，InGaAs-PIN市场规模2026-2032年复合增长率（CAGR）预计为7.3%光电探测器(或称光电二极管)在将光信号转换为电信号方面发挥着至关重要的作用。作为光收发模块的关键组件，确保了网络间不间断的高速数据传输。光电二极管是一种将光信号转换为电流的半导体器件。在光收发模块中作为接收器，检测输入的光信号并将其转换回电信号。光电二极管对于确保光纤系统中的高速、低损耗通信至关重要。光电二极管基于光伏效应工作。当光子（光粒子）照射到半导体材料(例如硅或砷化钢镓）上时，会产生电子-空穴对。这会产生与光强度成正比的可测量电流。在光收发器中，该过程可以将调制光脉冲转换为数字电信号。光电二极管根据其结构和性能进行分类可分为PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。以日本住友电气申请的InGaAs/InP型PIN-PD 专利为例。InGaAs/InP型PIN光电二极管,包括n型InP衬底、设置在衬底表面的n型InGaAs层以及p型InGaAs层，其中p型InGaAs层的一部分扩散有p型杂质。环状p电极环绕p型InGaAs层，p电极环绕的p型InGaAs层的一部分形成深度小于2.0μm的凹槽。此外，p型InGaAs层的厚度大于3.0μm。PIN光电二极管的安装方式使得光线能够进入该凹槽。也就是说,InP基PIN-PD的大致结构,通常以n型InP衬底作为底层材料，InGaAs作为衬底上方n-InP缓冲与p-InP包层之间的本征i吸收层，p型InP作为顶层材料。据QYResearch测算，2025年全球InGaAs-PIN市场规模大约为1.78亿美元，预计2032年将达到2.91亿美元，2026-2032期间年复合增长率（CAGR）为7.3％。3. 垂直整合方面，PIC 市场规模预计2025年至2030年的复合年增长率为10.8%光子集成电路（Photonic Integrated Circuit，PIC）是基于磷化钢（InP）的光学系统，将分布反馈式（DFB）激光器、调制器、半导体光放大器和波导光电探测器集成在单个InP芯片上，可以显著降低相干光收发器模块的尺寸和功耗。InP相干收发器芯片以QSFP-DD可插拔封装形式，可插拔的QSFP-DD模块可插入标准交换机前面板端口，提供400ZR和OpenZR+相干光标准的光信号处理能力,每个波长传输速率高达400Gbps。数据中心运营商无需单独的DWDM转发器硬件，即可直接从交换机端口驱动400G相干容量，从根本上简化了光网络架构。其次，太赫兹InP晶体管技术可以实现超过1THz的晶体管截止频率，从而为下一代成像系统、光谱传感器和300GHz以上的无线通信演示提供可能，目前尚无其他半导体材料能够以可比的性能处理此频率。此外，InP衬底质量的提升可将蚀刻坑密度降低至每平方厘米500个以下，并将晶圆直径扩展至100毫米和150毫米；通过增加每片晶圆上的芯片数量，有效降低基于InP器件的制造成本和每个芯片的材料成本。展望未来，PIC大规模普及需要解决几个核心问题。1)耦合损耗：高效地将光耦合进出芯片是一个精度难题；2）热管理：热量会影响高密度光子电路的波长稳定性；3）激光集成：硅本身无法高效发光，因此需要采用III-V族材料的混合键合；4）封装复杂性：光纤的对准以及确保其在热循环下的可靠性会增加成本和复杂性。目前可预见的解决方案包括:异质集成(将III-V 族材料键合到硅上）、晶圆级测试和自动化光学对准、3D光子架构和量子兼容型PIC。2024年全球PIC市场规模约为140.8亿美元,预计到2030年将达258 亿美元,2025年至2030年的复合年增长率为10.8%。PIC 市场规模增长主要受数字基础设施、对高速数据通信需求的增加、先进网络功能所需的更高带宽等因素推动。总结：AI算力驱动光互连升级,磷化钢全产业链从"材料瓶颈"走向"价值重估":随着800G光模块规模化部署、1.6T 加速导入、CPO/SiPh 在下一代AI集群中从样品向量产迁移，磷化钢（InP）作为唯一可支撑1310/1550nm长距高速单模发射的直接带隙III-V材料，其战略地位从"光通信衬底"跃升为"AI基础设施卡脖子环节"。2025年全球InP器件需求约200万片，实际产能仅约60万片，供需缺口超50%，且扩产周期长、良率爬坡慢、上游钢资源伴生于锌矿，供给弹性极弱。1)上游钢资源"伴生+管制"双重约束,纯度瓶颈卡住产业链咽喉。全球90% 原生钢来自锌矿副产，中国精炼产量占全球约70%；2025年2月商务部对磷化钢等材料实施出口管制后，东西钢价脱钩，6N级以上高纯钢提纯（电解—真空蒸馏-区域熔炼多段工艺）进一步制约衬底端原料可得性，上游稀缺性正向中游传导。2)中游衬底寡头垄断格局稳固，6英寸升级+扩产周期是核心。衬底市场份额更小，但其技术壁垒和市场集中度远高于外延：衬底制造是从0到1的结晶过程，核心难点在于：1）核心瓶颈在上游，衬底制造严重依赖6N级（99.9999%）以上的超高纯钢；2）长晶工艺极难，InP单晶生长需在高温高压下进行极端环境控制，且扩产周期较长，设备交期和良率爬坡极慢；3）高度寡头垄断：全球 InP衬底住友（42%）、AXT/北京通美（36%）、JX日矿（13%）三家合计垄断≥90%份额。住友大阪工厂预计扩产3倍、AXT募资6.325亿美元扩产，缺口填补可期。而外延是在衬底上生长薄膜，其较衬底而言，市场集中度更低、市场份额更高。因此，我们认为，磷化钢衬底作为产业链最上游的制造环节，是当前技术壁垒最高同时供需最紧张，也是当前AI光模块链中最为卡脖子的一环。3)下游EML短缺倒逼技术路径分化,InP 在光源侧不可替代性强化。 光芯片沿 EML(现行)→CW+SiPh（高速发展）→CPO+ELS（2026-2028）→硅基单片III-V（2030+）四代演进；EML被NVIDIA等锁产能、交付延至2027年后，800G供需缺口40-60%，驱动CW+SiPh加速渗透，但CW的InP基底仍依赖住友/AXT，InP需求不减反增。4)产业链利润向"衬底/外延+高端光芯片"双集中，垂直整合厂商议价权放大。衬底技术壁垒、厂商集中度最高;外延因MOCVD可采购而分散,但定制化程度高、客户粘性强;下游EML/CW/UHP芯片与CPO ELS模块ASP 具备2-3倍弹性。拥有InP 长晶+外延+芯片+模块全栈能力的IDM(Lumentum、Coherent)与衬底材料龙头（住友、AXT/通美)将享受缺口溢价。行业供不应求，高景气度。建议关注相关龙头标的，光通信相关标的：AXT（ AXTI ），日本住友电气（5802.T），IQE（IQE.L），Applied Optoelectronics（AAOI.O），Lumentum( LITE ),Coherent（ COHR ），Ciena（ CIEN .N)等，关注盈利能力和估值双升趋势。
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