山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室

山東省工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目項(xiàng)目名稱：山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室申報(bào)單位：山東華光光電子有限公司地址：濟(jì)南市高新區(qū)天辰大街1835號(hào)郵政編碼：250101聯(lián)系人：張成山電話真管部門(mén)：山東省發(fā)展和改革委員會(huì)申報(bào)日期：二0一0年七月山東省工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目項(xiàng)目名稱：山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)編制單位：北京國(guó)際工程咨詢公司公司審核人：部門(mén)審核人：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：北京國(guó)際工程咨詢公司張志宏高級(jí)工程師(教授級(jí))注冊(cè)咨詢工程師(投資)韓志剛工程師劉春田高級(jí)工程師單德芳高級(jí)工程師注冊(cè)咨詢工程師(投資)田延軍高級(jí)工程師李德福高級(jí)工程師注冊(cè)咨詢工程師(投資)王仁禹高級(jí)工程師田延軍高級(jí)工程師黃春燕注冊(cè)咨詢工程師(投資)趙學(xué)強(qiáng)高級(jí)工程師一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師二級(jí)注冊(cè)建筑工程師資金申請(qǐng)報(bào)告山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室資金申請(qǐng)報(bào)告電話京國(guó)際工程咨詢公司電話一章項(xiàng)目摘要 11.1項(xiàng)目名稱 11.2申報(bào)單位概況 11.3項(xiàng)目建設(shè)的必要性 11.4主要功能與任務(wù) 31.5運(yùn)行和管理機(jī)制 31.6項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和規(guī)模 41.7項(xiàng)目總投資、投資構(gòu)成及資金籌措方案 41.8經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益 4第二章項(xiàng)目建設(shè)的依據(jù)、背景和意義 62.1建設(shè)依據(jù) 62.2項(xiàng)目建設(shè)的背景 72.3項(xiàng)目建設(shè)的必要性 2.4項(xiàng)目建設(shè)的意義 第三章技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前景分析 3.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)狀況與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析 3.2技術(shù)發(fā)展的比較 第四章申報(bào)單位概況和建設(shè)條件 4.1申報(bào)單位及主要發(fā)起單位概況 4.2擬工程化、產(chǎn)業(yè)化的主要科技成果及其水平 4.3與工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相關(guān)的現(xiàn)有基礎(chǔ)條件 第五章主要方向、任務(wù)與目標(biāo) 5.1省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室的主要發(fā)展方向 5.2省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室的主要功能與任務(wù) 5.3省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室擬進(jìn)行技術(shù)突破的方向 5.4省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室的近期和中期目標(biāo) 電話六章組織機(jī)構(gòu)、管理與運(yùn)行機(jī)制 6.1建設(shè)項(xiàng)目法人單位概況 6.2省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室的機(jī)構(gòu)設(shè)置與職責(zé) 6.3主要技術(shù)帶頭人、管理人員概況及技術(shù)團(tuán)隊(duì)情況 6.4運(yùn)行和管理機(jī)制 第七章建設(shè)方案 7.1建設(shè)規(guī)模 7.2建設(shè)內(nèi)容 7.4建設(shè)地點(diǎn) 第八章節(jié)能及環(huán)境影響 8.1節(jié)能分析 8.2環(huán)境影響評(píng)價(jià) 第九章投資估算及資金籌措方案 9.1項(xiàng)目總投資估算 9.2資金籌措 第十章項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析 10.1初步經(jīng)濟(jì)效益分析 10.2項(xiàng)目社會(huì)效益分析 1、山東省建設(shè)項(xiàng)目招標(biāo)方案2、山東省半導(dǎo)體照明工程實(shí)驗(yàn)室地方配套資金證明3、申報(bào)單位合作協(xié)議書(shū)4、項(xiàng)目法人營(yíng)業(yè)執(zhí)照5、企業(yè)近兩年財(cái)務(wù)審計(jì)報(bào)告6、項(xiàng)目自有資金證明7、建設(shè)項(xiàng)目土地證8、建設(shè)工程規(guī)劃許可證北京國(guó)際工程咨詢公司9、建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響審批意見(jiàn)10、IS09001質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書(shū)11、IS014001環(huán)境管理體系認(rèn)證證書(shū)12、《山東省人民政府辦公廳關(guān)于支持重點(diǎn)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)發(fā)展有關(guān)問(wèn)題的通知》(魯政辦字[2008]9號(hào))13、山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)證書(shū)，濟(jì)南市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)15、企業(yè)榮譽(yù)、專利、標(biāo)準(zhǔn)等其他材料16、對(duì)申報(bào)項(xiàng)目資金申請(qǐng)報(bào)告內(nèi)容和附屬文件真實(shí)性聲明資金申請(qǐng)報(bào)告山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室資金申請(qǐng)報(bào)告北京國(guó)際工程咨詢公司—1—第一章項(xiàng)目摘要1.1項(xiàng)目名稱山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室1.2申報(bào)單位概況本項(xiàng)目由山東華光光電子有限公司(簡(jiǎn)稱“山東華光”)申報(bào)建設(shè)。山東華光光電子有限公司是國(guó)內(nèi)最早利用設(shè)備進(jìn)行光電子產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)之一。公司注冊(cè)資本5000萬(wàn)元，擁有員工300多人，是山東省首批認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)。公司現(xiàn)占地43畝，建筑面積5000平方米，擁有世界最大設(shè)備6臺(tái)(套),配套300多臺(tái)(套)管芯生產(chǎn)設(shè)備和測(cè)試設(shè)備，是國(guó)內(nèi)最大的發(fā)光二極管和激光二極管生產(chǎn)企業(yè)。在科研方面通過(guò)和山東大學(xué)的合作，成為國(guó)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研合作的典范。公司順利通過(guò)了IS09000和IS014001等認(rèn)證，建立了山東省光電子工程技術(shù)研究中心、省級(jí)企業(yè)技術(shù)中心等研發(fā)平臺(tái)，為技術(shù)提升奠定了基礎(chǔ)。公司現(xiàn)承擔(dān)國(guó)家863項(xiàng)目3項(xiàng)、工信部項(xiàng)目2項(xiàng)、省級(jí)重點(diǎn)課題12項(xiàng)，完成申報(bào)專利48項(xiàng)，產(chǎn)品鑒定成果9項(xiàng)，產(chǎn)品擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。項(xiàng)目實(shí)施將依靠原有的研究基礎(chǔ)建立“山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室”,通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施將建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，帶動(dòng)我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.3項(xiàng)目建設(shè)的必要性半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過(guò)300種。因此在各個(gè)領(lǐng)域得到1)軍事方面的應(yīng)用：I)激光引信；Ⅱ)激光制導(dǎo)；Ⅲ)激光測(cè)距；IV)激光雷達(dá)，高功率半導(dǎo)體激光器已用于激光雷達(dá)系統(tǒng)；V)激光模擬；VI)深海光通等。北京國(guó)際工程咨詢公司—2—2)在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)方面的應(yīng)用：I)光纖通信；Ⅱ)光盤(pán)存取；Ⅲ)光3)在醫(yī)療和生命科學(xué)研究方面的應(yīng)用：I)激光手術(shù)治療；Ⅱ)激光動(dòng)力學(xué)治療；Ⅲ)生命科學(xué)研究等。4)民用方面的應(yīng)用：I)激光指示；Ⅱ)激光玩具等。盡管半導(dǎo)體激光器已經(jīng)比較成熟，得到了廣泛的應(yīng)用，但大功率半導(dǎo)體激光器性能還有待進(jìn)一步提高，如激光性能受溫度影響大，光束的發(fā)散角較大，激光器的壽命與可靠性須進(jìn)一步提高。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體激光器技術(shù)與日本、美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比有較大差距，特別是近幾年發(fā)展起來(lái)的藍(lán)光激光器更是如此。因此組建一個(gè)有實(shí)力、高水平的工程實(shí)驗(yàn)室非常必要。半導(dǎo)體激光器作為該領(lǐng)域中的核心部件，國(guó)防經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求明顯增長(zhǎng)，但是美國(guó)把大功率半導(dǎo)體激光器列為對(duì)華出口限制，嚴(yán)重影響我國(guó)該技術(shù)的發(fā)展，迫切需要解決半導(dǎo)體激光器用LD芯片的國(guó)產(chǎn)化，為我國(guó)的半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的支持。為充分發(fā)揮我省半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，山東省政府和各級(jí)部門(mén)對(duì)公司及我省的光電子產(chǎn)業(yè)非常重視，副省長(zhǎng)王軍民曾親自召開(kāi)山東省光電子產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研討會(huì)，各屆省委書(shū)記、省長(zhǎng)和其他領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)常到公司視察指導(dǎo)工作，因而建立此工程實(shí)驗(yàn)室，既是企業(yè)自身發(fā)展的需要、也是我省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，且具備現(xiàn)實(shí)可行性。山東華光建立山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室，可迅速提高技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次，促進(jìn)壯大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，對(duì)于加快推進(jìn)山東省半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)地位、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、形成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)基地具有重要意義。山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室組建后，將集產(chǎn)、學(xué)、研各方面的優(yōu)勢(shì)，搭建一個(gè)廣闊的平臺(tái)，為我省光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大的智力支北京國(guó)際工程咨詢公司—3—持和技術(shù)支持。同時(shí)，還可以整合省內(nèi)外相關(guān)資源，服務(wù)于我省光電子產(chǎn)業(yè)及與其相關(guān)的近100家企業(yè)。促進(jìn)光電子產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)升級(jí)，加快產(chǎn)業(yè)鏈的延長(zhǎng)、壯大，為在我省建立國(guó)家級(jí)的光谷夯實(shí)基礎(chǔ)。1.4主要功能與任務(wù)山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室的主要目標(biāo)是開(kāi)發(fā)大功率、高可靠性激光器產(chǎn)品，對(duì)芯片制備、封裝的核心技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究；關(guān)鍵裝備及其關(guān)鍵材料的研制；半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的戰(zhàn)略性、前瞻性技術(shù)研發(fā)；以及研究半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、培養(yǎng)工程技術(shù)創(chuàng)新人才、促進(jìn)國(guó)家半導(dǎo)體激光器研制重大專項(xiàng)成果的應(yīng)用，提高產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，突破產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)裝備制約，強(qiáng)化對(duì)國(guó)家、省重大戰(zhàn)略任務(wù)、重點(diǎn)工程的技術(shù)支撐和保障，為行業(yè)提供技術(shù)服務(wù)。本實(shí)驗(yàn)室主要任務(wù)：1、高功率半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、腔面膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功率衰減原理研究。設(shè)備進(jìn)行高功率半導(dǎo)體激光器外延材料生長(zhǎng)技術(shù)理論研究。3、高功率半導(dǎo)體激光器芯片制作技術(shù)理論研究。4、高功率半導(dǎo)體激光器封裝技術(shù)理論研究。5、高功率半導(dǎo)體激光器列陣、模組設(shè)計(jì)及可靠性研究。同時(shí)將建立完善的LD外延材料生長(zhǎng)、芯片制備、器件封裝、可靠性驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)化綜合研究平臺(tái)；依托山東大學(xué)的技術(shù)和人才優(yōu)勢(shì)，為我省的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)一批高技術(shù)人才；通過(guò)共享機(jī)制帶動(dòng)山東省半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，加快產(chǎn)學(xué)研用的整合力度，快速發(fā)展我省的激光產(chǎn)業(yè)。1.5運(yùn)行和管理機(jī)制山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室依托山東華光光電子有限公司進(jìn)行建設(shè)管理的實(shí)體性研究機(jī)構(gòu)。山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室將實(shí)行分級(jí)管理體制，由山東省發(fā)展和改革委員會(huì)宏觀管理與指導(dǎo)、濟(jì)南市發(fā)北京國(guó)際工程咨詢公司—4—展和改革委員會(huì)行政主管，日常運(yùn)行和管理實(shí)行理事會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)室主任負(fù)責(zé)制和專家委員會(huì)咨詢?cè)u(píng)審制。實(shí)驗(yàn)室的職能部門(mén)由外延研發(fā)部、芯片研發(fā)部、封裝研發(fā)部、應(yīng)用研發(fā)部、測(cè)試研發(fā)部、辦公室及財(cái)務(wù)室等7個(gè)部門(mén)組成。并采用創(chuàng)新的項(xiàng)目管理、靈活的用人機(jī)制、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呢?cái)務(wù)管理和細(xì)致的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作。1.6項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和規(guī)模本項(xiàng)目依托山東華光光電子有限公司現(xiàn)有的超凈廠房和批量化生產(chǎn)線，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室1000平方米，對(duì)現(xiàn)有廠房進(jìn)行改造，達(dá)到1萬(wàn)級(jí)凈化廠房的標(biāo)準(zhǔn)；在公司現(xiàn)有研發(fā)設(shè)備(設(shè)備原值2131萬(wàn)元)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室將加大投入，購(gòu)置新型解理機(jī)、自動(dòng)光刻機(jī)以及配套HEMT等研發(fā)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)為山東省濟(jì)南市山東華光光電子有限公司原廠區(qū)內(nèi)；建設(shè)期自2010年7月至2011年12月，共計(jì)18個(gè)月。1.7項(xiàng)目總投資、投資構(gòu)成及資金籌措方案本項(xiàng)目總投資為1000萬(wàn)元，其中設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用650萬(wàn)元，關(guān)鍵原材料材料等其他費(fèi)用200萬(wàn)元，預(yù)備費(fèi)用150萬(wàn)元。資金籌措方案為山東華光公司投入900萬(wàn)元，申請(qǐng)補(bǔ)助資金100萬(wàn)元。1.8經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益本項(xiàng)目如能成功實(shí)施，實(shí)驗(yàn)室年資金來(lái)源收入為2256萬(wàn)元，運(yùn)營(yíng)總成本費(fèi)用為1348元，年盈余資金908萬(wàn)元。盈余資金可用來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室的工程研發(fā)規(guī)模和擴(kuò)大工程研發(fā)產(chǎn)品品種，提高裝備水平。公司擴(kuò)產(chǎn)將會(huì)實(shí)現(xiàn)增加100人以上的就業(yè)崗位，解決部分勞動(dòng)力就業(yè)問(wèn)題。目前公司半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品的銷售在5000萬(wàn)元以上，按照半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)上游產(chǎn)品產(chǎn)值1元可以拉動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值100元計(jì)算，公司半導(dǎo)體激光器可拉動(dòng)50億元的產(chǎn)業(yè)，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目的成功實(shí)施，將強(qiáng)化山東省激光器產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力，提高企業(yè)自主開(kāi)發(fā)和利用社會(huì)資源能力，推動(dòng)企業(yè)成為技術(shù)開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新的主體，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展后勁，形成有利于激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境和氛圍，帶動(dòng)我省激光器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)LD市場(chǎng)大部分被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)，國(guó)內(nèi)LD廠家只有華光等少數(shù)廠家，其中山東華光半導(dǎo)體激光器占主導(dǎo)地位，年產(chǎn)LD外延片近萬(wàn)片，LD管芯2億粒，器件50萬(wàn)只，產(chǎn)品銷往國(guó)內(nèi)外，LD產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居國(guó)內(nèi)第一位。山東華光光電子有限公司半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)業(yè)化將會(huì)大大降低半導(dǎo)體激光器的價(jià)格，帶動(dòng)激光器應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。同時(shí)已經(jīng)逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品，大大提高我國(guó)半導(dǎo)體激光器的地位，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)半導(dǎo)體激光器的國(guó)產(chǎn)化。目前，被廣泛研究和應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器主要有635nm、650nm、780nm、808nm、980nm和1.3-1.5μm的半導(dǎo)體激光器。由于半導(dǎo)體激光二極管具有體積小、效率高、功耗低、固體化、易等領(lǐng)域。不同波長(zhǎng)、不同功率的LD的研究和應(yīng)用大幅度提高了社會(huì)生產(chǎn)力，促進(jìn)了人類進(jìn)步。北京國(guó)際工程咨詢公司—6—第二章項(xiàng)目建設(shè)的依據(jù)、背景和意義2.1建設(shè)依據(jù)(1)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006-2020年)明確將“新一代激光顯示技術(shù)”列為重點(diǎn)領(lǐng)域和優(yōu)先主題，將把半導(dǎo)體激光器作為“863”計(jì)劃的一個(gè)重大科技專項(xiàng)，通過(guò)對(duì)相關(guān)核心技術(shù)的突破，拉動(dòng)國(guó)內(nèi)LD產(chǎn)業(yè)和照明工業(yè)的跨越式發(fā)展。(2)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五”規(guī)劃和2020年中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要在第十條光電子技術(shù)中明確重點(diǎn)發(fā)展激光器和激光技術(shù)的研究。國(guó)家《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2005年本)》列出了國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的二十六大類，其中包括半導(dǎo)體激光器系列。(3)《山東省半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2008-2010)》指出“加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，建立企業(yè)研發(fā)中心，提高產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力。充分利用我省高校以及全國(guó)高校和科研院所的技術(shù)人才優(yōu)勢(shì)，積極吸引省外、國(guó)外大企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)在我省半導(dǎo)體照明企業(yè)設(shè)立實(shí)驗(yàn)室、研究機(jī)構(gòu)和技術(shù)轉(zhuǎn)化基地，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，提高研發(fā)能力。對(duì)晶體材料、碳化硅襯底材料等比較成熟的技術(shù)，加大政府投入，創(chuàng)新體制機(jī)制，吸引社會(huì)資金，盡快使其產(chǎn)業(yè)(4)《山東省人民政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省發(fā)展改革委信息產(chǎn)業(yè)廳關(guān)于加快半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)的通知》(魯政辦發(fā)〔2008〕3號(hào))指出“加強(qiáng)創(chuàng)新體系建設(shè)，鼓勵(lì)企業(yè)建立健全技術(shù)研發(fā)中心，提升研發(fā)能力和核心技術(shù)；加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外知名院校和科研機(jī)構(gòu)，建設(shè)工程中心和工程實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展重大技術(shù)攻關(guān)和促進(jìn)成果產(chǎn)業(yè)化工作；建立重大科技攻關(guān)、產(chǎn)業(yè)化和引進(jìn)消化吸收項(xiàng)目庫(kù)，保證重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)有穩(wěn)定的技術(shù)開(kāi)發(fā)支撐”。(5)《山東省人民政府辦公廳關(guān)于支持重點(diǎn)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)發(fā)展有關(guān)問(wèn)題的通知》(魯政辦字〔2008〕9號(hào))確定對(duì)山東大學(xué)、浪潮集團(tuán)山東華光光電子有限公司和山東華光光電子有限公司半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力和發(fā)展壯大，給予重點(diǎn)扶持?！锻ㄖ访鞔_了發(fā)展目標(biāo)：一是完善和建設(shè)“四大創(chuàng)新平臺(tái)”。即山大重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；達(dá)到國(guó)家級(jí)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的省光電子工程技術(shù)研究中心；建設(shè)國(guó)家級(jí)半導(dǎo)體照明實(shí)驗(yàn)室；建設(shè)國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心。二是研發(fā)半導(dǎo)體照明“五大關(guān)鍵技術(shù)”。即重點(diǎn)研發(fā)SiC和GaN等單晶材料技術(shù)；襯底技術(shù)和單晶生產(chǎn)設(shè)備；新SiC襯底工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)；藍(lán)光外延生長(zhǎng)及管芯制作技術(shù)；大功率白光制造與封裝生產(chǎn)技術(shù)。三是實(shí)施“六大建設(shè)項(xiàng)目”。即建成國(guó)家光電子企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)項(xiàng)目、建設(shè)紅黃外延和芯片擴(kuò)大產(chǎn)能項(xiàng)目、藍(lán)綠光外延和芯片規(guī)?；a(chǎn)項(xiàng)目、SiC襯底規(guī)模生產(chǎn)項(xiàng)目、大功率激光器項(xiàng)目、大功率白光制造與封裝生產(chǎn)技術(shù)項(xiàng)目。采取強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，建立新型產(chǎn)學(xué)研合作模式。建立山東大學(xué)和浪潮華光全面合作關(guān)系，通過(guò)技術(shù)合作、共同投資建設(shè)創(chuàng)新平臺(tái)和資本紐帶等多種方式，形成緊密的產(chǎn)、學(xué)、研利益共同體。(6)《山東省電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃》(2009-2011年)實(shí)施十項(xiàng)重點(diǎn)專項(xiàng)工程之一“光電子、半導(dǎo)體照明及光伏電池產(chǎn)業(yè)鏈專項(xiàng)。加快完善作及封裝生產(chǎn)，重點(diǎn)支持SiC襯底材料產(chǎn)業(yè)化，LED外延片由目前紅、黃外延片生長(zhǎng)，擴(kuò)展到紅、黃、藍(lán)、綠各種顏色外延片生長(zhǎng)。支持下游LED、LD半導(dǎo)體照明燈產(chǎn)業(yè)和LED背光源、顯示屏等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。積極支持山東浪潮華光光電子有限公司半導(dǎo)體照明用外延片、管芯、器件及應(yīng)用產(chǎn)品等項(xiàng)目的建(7)《山東省工程實(shí)驗(yàn)室管理暫行辦法》。(8)《山東省發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于組織申報(bào)2010年省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室(9)國(guó)家、山東省其他有關(guān)法規(guī)、政策及規(guī)劃。2.2項(xiàng)目建設(shè)的背景以激光器為核心的激光技術(shù)，在科學(xué)研究、工業(yè)制造、國(guó)防建設(shè)、生物醫(yī)療、信息產(chǎn)業(yè)、資源環(huán)境以及文化娛樂(lè)等領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的重要應(yīng)用。北京國(guó)際工程咨詢公司—8—具有高清晰度、高色飽和度、大色域等優(yōu)勢(shì)的激光顯示(電視),成為繼數(shù)字顯示技術(shù)后的第四代核心顯示技術(shù)。目前此技術(shù)正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前夜，開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)已成為現(xiàn)階段競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。(一)半導(dǎo)體激光二極管激光二極管(簡(jiǎn)稱LD),本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，按照PN結(jié)材料是否相同，可以把激光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)(SH)、雙異質(zhì)結(jié)(DH)和量子阱(QW)激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)，是目前市場(chǎng)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。同激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但其輸出功率小(一般小于2mW),線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應(yīng)用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號(hào)。在雙向光接收機(jī)的回傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。半導(dǎo)體激光二極管具有體積小、效率高、功耗低、固體化、易于調(diào)制等不同波長(zhǎng)、不同功率的LD的研究和應(yīng)用大幅度提高了社會(huì)生產(chǎn)力，促進(jìn)了人類進(jìn)步。(二)發(fā)展半導(dǎo)體激光器意義1960年，世界上第一臺(tái)激光器誕生。激光是一項(xiàng)根本性的突破。激光技術(shù)的發(fā)展，極大地帶動(dòng)了相關(guān)科學(xué)研究的蓬勃發(fā)展，帶來(lái)了遍及社會(huì)和經(jīng)濟(jì)生活各個(gè)領(lǐng)域的廣泛用途。四十年來(lái)，激光廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、通訊、醫(yī)療、工業(yè)應(yīng)用、出版業(yè)、科學(xué)和工程研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、精密測(cè)量、服務(wù)業(yè)和家庭娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域。像蒸汽機(jī)、機(jī)械工具、電氣、晶體管、計(jì)算機(jī)這些根本性的創(chuàng)新一樣，激光是一項(xiàng)通用技術(shù)，它提供了可以在大量實(shí)際領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)能力，對(duì)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展都具有極其深遠(yuǎn)的影響。大功率半導(dǎo)體激光器以及大功率半導(dǎo)體激光器泵浦在激光加工、激光測(cè)距、激光存儲(chǔ)、激光顯示和照明、激光醫(yī)療等民用領(lǐng)域和激光打靶、激光制導(dǎo)、激光夜視、激光武器等軍事領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用擁有巨大的發(fā)北京國(guó)際工程咨詢公司—9—激光是100%單色光，激光顯示采用紅、綠、藍(lán)三色光分別調(diào)制，彩色效果非常理想。它的室溫壽命一般可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，經(jīng)高溫老化試驗(yàn)推算出的室溫壽命可達(dá)百萬(wàn)小時(shí)，因此它是一種長(zhǎng)壽命高可靠性的產(chǎn)品。激光電視圖像質(zhì)量好、屏幕尺寸控制靈活、重量輕、使用壽命長(zhǎng)，而且價(jià)格便宜，比起現(xiàn)在的電視機(jī)特別是大屏幕顯示擁有巨大的優(yōu)勢(shì)。激光顯示主要包括三個(gè)部分，激光器、光學(xué)引擎、投影屏。其中大功率激光器是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的核心。我國(guó)在光學(xué)引擎、投影屏發(fā)展方面都比較迅速，急需大功率半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)業(yè)化來(lái)推進(jìn)激光顯示技術(shù)的應(yīng)用。據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LD為代表的新型激光顯示時(shí)代。以激光器為核心的激光技術(shù)，在科學(xué)研究、工業(yè)制造、國(guó)防建設(shè)、生物醫(yī)療、信息產(chǎn)業(yè)、資源環(huán)境以及文化娛樂(lè)等領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的重要應(yīng)用。具有高清晰度、高色飽和度、大色域等優(yōu)勢(shì)的激光顯示(電視),成為繼數(shù)字顯示技術(shù)后的第四代核心顯示技術(shù)。目前此技術(shù)正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前夜，開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)已成為現(xiàn)階段競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。日本、韓國(guó)在液晶顯示和等離子顯示領(lǐng)域已經(jīng)取得領(lǐng)先的技術(shù)和市場(chǎng)地位，如今又將發(fā)展方向鎖定在激光顯示技術(shù)。而美國(guó)和歐洲由于在平板顯示領(lǐng)域落后于日本和韓國(guó)，也正積極瞄準(zhǔn)新一代顯示技術(shù)——激光顯示。為了抓住顯示技術(shù)更新?lián)Q代所帶來(lái)的巨大商機(jī)，各國(guó)都在加大對(duì)激光顯示技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度。我國(guó)對(duì)激光顯示技術(shù)的關(guān)注也早已開(kāi)始，激光顯示專利涉及到激光器外延材料激光顯示系統(tǒng)的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)，特別在共性核心技術(shù)領(lǐng)域——大色域激光光源、勻場(chǎng)消相干等取得了完整的自主創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)，處于領(lǐng)先地位。有專家表示，我國(guó)可以自主發(fā)展大色域激光顯示技術(shù)而不受制于國(guó)外專利。在世界技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的現(xiàn)在進(jìn)行半導(dǎo)體激光器件的研究將具有劃時(shí)代的現(xiàn)實(shí)意義，半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的建立將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，提升全省乃至全國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)力。(三)世界產(chǎn)業(yè)格局半導(dǎo)體激光器在技術(shù)上具有基礎(chǔ)性研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)同步的特點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)上具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉融合的特點(diǎn)，同時(shí)半導(dǎo)體激光器有著巨大的市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿?，目前已?jīng)形成了美、日、德為先進(jìn)技術(shù)代表，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸奮起直追的競(jìng)爭(zhēng)格局。世界激光器市場(chǎng)可以劃分為三大區(qū)域：美國(guó)(包括北美)占55%,歐洲占22%,日本及太平洋地區(qū)占23%。美國(guó)、日本、德國(guó)三個(gè)國(guó)家激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。日本在光電子技術(shù)方面占首位，在激光醫(yī)療及激光檢測(cè)方面，美國(guó)占首位，而在激光材料加工設(shè)備方面則是德國(guó)占首位。用于激光加工、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域的大功率的固體激光器，德國(guó)、美國(guó)具有非常大的優(yōu)勢(shì)，配套的大功率半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)幾乎被幾個(gè)EPSON、三星等知名國(guó)際顯示巨頭，紛紛加大在激光顯示領(lǐng)域的研發(fā)力度。自2005年至今先后有多家公司推出激光電視概念樣機(jī)。在2005年日本愛(ài)知世博會(huì)上，索尼公司推出的超大屏幕激光電影也吸引了眾多眼球。日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家加強(qiáng)激光顯示技術(shù)研發(fā)，相繼推出了激光電視、激光投影儀、激光數(shù)碼影院等產(chǎn)品，并謀求激光顯示產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，搶占全球下一代顯示市場(chǎng)。世界LD產(chǎn)業(yè)初步形成美國(guó)、亞洲、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)的全球市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)格局，并呈現(xiàn)出以美、日、德為產(chǎn)業(yè)代表，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸奮起直追的競(jìng)爭(zhēng)格局。2.3項(xiàng)目建設(shè)的必要性中國(guó)擁有巨大的激光器工業(yè)和激光器市場(chǎng)。2006年我國(guó)實(shí)現(xiàn)LD產(chǎn)值為0.9億元，2008年應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2.6億元，預(yù)計(jì)到2011年國(guó)內(nèi)LD產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過(guò)4.8億元。我國(guó)是世界半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)第一大國(guó)，但主要是中低端產(chǎn)品，大而不強(qiáng)。發(fā)展半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的上中游產(chǎn)業(yè)，提升產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力意義重大。“十五”期間我國(guó)半導(dǎo)體激光器研發(fā)開(kāi)始急起直追，國(guó)家863計(jì)劃新材料技術(shù)領(lǐng)域在“十一五”設(shè)立了“全固態(tài)激光器及其應(yīng)用技術(shù)”重大項(xiàng)目，努力建立一個(gè)“國(guó)家半導(dǎo)體激光器公共研發(fā)平臺(tái)”,以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的有機(jī)結(jié)合，提升我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還不是很合理。產(chǎn)業(yè)的中上游企業(yè)數(shù)量較少，產(chǎn)量和技術(shù)水平都要落后于歐美日等地區(qū)的企業(yè)；國(guó)內(nèi)封裝和應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速，成為全世界LD應(yīng)用的重要基地之一。外延和芯片產(chǎn)業(yè)是整個(gè)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最終支持力量，也是技術(shù)含量和投資密度都比較大的產(chǎn)業(yè)，需要國(guó)家的大力支持和政策引導(dǎo)，突破核心技術(shù)的研發(fā)、形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體激光器國(guó)際巨頭的專利大棒。近幾年國(guó)內(nèi)有一定基礎(chǔ)的LD外延和芯片制造廠家紛紛投資進(jìn)行融資擴(kuò)產(chǎn)，搶占產(chǎn)業(yè)化的先機(jī)，關(guān)鍵研究技術(shù)有待于進(jìn)一步突破。山東華光光電子有限公司目前的產(chǎn)品和技術(shù)水平在國(guó)內(nèi)光電子產(chǎn)業(yè)界已具有較大影響。公司現(xiàn)有半導(dǎo)體激光二極管(LD)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，是國(guó)內(nèi)唯一一家從外延材料、管芯制作、器件及應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)線的企業(yè)，LD管芯產(chǎn)銷量穩(wěn)居全國(guó)第一。在研發(fā)的推動(dòng)下，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品由低功率不斷向高功率邁進(jìn)，適應(yīng)了市場(chǎng)需求，逐步占領(lǐng)了高端市場(chǎng)。公司有著多年的LD生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在LD外延、芯片等核心技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)工藝研究方面具備較強(qiáng)的實(shí)力。建設(shè)大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室，迅速提高LD技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動(dòng)我省半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)是十分必要的。為此，山東省發(fā)展和改革委員會(huì)下發(fā)《山東省發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于組織申報(bào)2010年省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的通知》,決定在電子信息、生物技術(shù)、新材料、先進(jìn)制造、太陽(yáng)能利用等領(lǐng)域開(kāi)展省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作，以發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建長(zhǎng)效的產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，提高產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，突破產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)裝備制約，強(qiáng)化對(duì)國(guó)家、省重大戰(zhàn)略任務(wù)、重點(diǎn)工程的技術(shù)支撐和保障，依托企業(yè)、科研院所或高校等設(shè)立的研究開(kāi)發(fā)實(shí)體。山東華光光電子有限公司依托現(xiàn)有的基礎(chǔ)，開(kāi)展山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，以國(guó)際半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要為出發(fā)點(diǎn)，以提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力為宗旨，圍繞國(guó)家半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)升級(jí)和重大戰(zhàn)略任務(wù)、重點(diǎn)工程對(duì)半導(dǎo)體激光器技術(shù)進(jìn)步的迫切需求，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的半導(dǎo)體照明制造技術(shù)研究開(kāi)發(fā)實(shí)體運(yùn)行，為突破我國(guó)半導(dǎo)體激光器及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的工程化關(guān)鍵技術(shù)及裝備制約發(fā)揮至關(guān)重要的作用。2.4項(xiàng)目建設(shè)的意義山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室是以我國(guó)半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要為出發(fā)點(diǎn)，以提高產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力為宗旨，強(qiáng)化國(guó)家、省重大戰(zhàn)略任務(wù)、重點(diǎn)工程的技術(shù)支撐和保障，依托于企業(yè)、高校等設(shè)立的研究開(kāi)發(fā)實(shí)體進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。其項(xiàng)目建設(shè)的意義如下：2.4.1是提升我國(guó)半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段通過(guò)組建大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室，強(qiáng)化我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)技術(shù)原始創(chuàng)新能力，突破激光二極管外延材料、芯片關(guān)鍵工藝技術(shù)，有利于打破日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)壁壘，降低對(duì)國(guó)外芯片的依賴，有效提升我國(guó)半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)能力。2.4.2是制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范行業(yè)發(fā)展的有效手段之一山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，將建立半導(dǎo)體激光器標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。半導(dǎo)體激光器屬于新興行業(yè)，發(fā)展速度之快使得國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)顯得相對(duì)滯后，我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)了百花爭(zhēng)鳴的現(xiàn)象，不利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，公司將發(fā)揮作為半導(dǎo)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工作組成員單位的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定建設(shè)，結(jié)束技術(shù)無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)造成的混亂。2.4.3是強(qiáng)化企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新主體地位的重要途經(jīng)建設(shè)大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室有利于引導(dǎo)企業(yè)加大研究開(kāi)發(fā)設(shè)施建設(shè)和研發(fā)活動(dòng)的投入，有效整合產(chǎn)學(xué)研資源，以企業(yè)發(fā)展、市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)，開(kāi)展LD外延材料研發(fā)，芯片研發(fā)和產(chǎn)業(yè)鏈整合，促進(jìn)企業(yè)成為科技投入和技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的主體。2.4.4是建設(shè)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)基地的重要支撐目前國(guó)內(nèi)LD市場(chǎng)大部分被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)，國(guó)內(nèi)LD廠家只有華光等少數(shù)廠家，其中山東華光光電子有限公司半導(dǎo)體激光器占主導(dǎo)地位，年產(chǎn)LD外管芯2億粒，器件50萬(wàn)只，產(chǎn)品銷往國(guó)內(nèi)外，LD產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居國(guó)內(nèi)第一位。山東華光“大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室”的建設(shè)將為山東建設(shè)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)基地奠定強(qiáng)有力的技術(shù)支持。第三章技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前景分析3.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)狀況與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析半導(dǎo)體激光器在技術(shù)上具有基礎(chǔ)性研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)同步的特點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)上具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉融合的特點(diǎn)；同時(shí)半導(dǎo)體激光器有著巨大的市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿?，目前已?jīng)形成了美、日、德為先進(jìn)技術(shù)代表，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸奮起直追的競(jìng)爭(zhēng)格局。3.1.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀3.1.1.1國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始，隨著半導(dǎo)體激光器外延生長(zhǎng)技術(shù)和量子阱結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器技術(shù)的迅速發(fā)展，大功率半導(dǎo)體激光器在輸出功率和可靠性方面都取得了巨大進(jìn)步，到2000年，單條器件輸出功率已超過(guò)100W,功率轉(zhuǎn)換效率約為40%-60%,壽命長(zhǎng)達(dá)10000h。為了提高激光器的效率，美國(guó)國(guó)防高技術(shù)研究計(jì)劃署(DARPA)于2003年啟動(dòng)了超高效率半導(dǎo)體激光器光源項(xiàng)目(superhighefficiencydiodesource,SHEDS),其最終目標(biāo)是將半導(dǎo)體激光器的功率轉(zhuǎn)換提升到80%以上。在此項(xiàng)目推動(dòng)下，最近幾年大功率半導(dǎo)體激光器的研究工作獲得了顯著的進(jìn)步，功率轉(zhuǎn)換效率在逐步提高，同其他國(guó)家相差逐漸縮小。近年來(lái)以美國(guó)Wisconsin大學(xué)為代表的研究人員采用MOCVD外延方法成功獲得了GaAs襯底上高質(zhì)量的InGaAsP/A1GaAs激光材料，在805nm激射波長(zhǎng)下其100um單條器件的連續(xù)功率輸出達(dá)8.8W。同時(shí)研制出了0.97um無(wú)鋁寬波導(dǎo)分別限制異質(zhì)結(jié)多量子阱結(jié)構(gòu)激光器，準(zhǔn)連續(xù)波 (QCW)輸出功率達(dá)到14.3W(條寬為100um,腔長(zhǎng)為2mm)。同時(shí)，激光器的光電轉(zhuǎn)換效率也得到不斷的提高。JDSU公司采用非對(duì)稱波導(dǎo)技術(shù)減少自由載流子吸收，808nm激光器效率達(dá)到60%,980nm激光器的效率提高到72.7%。NLight公司設(shè)計(jì)了多種解決方案，已將LD總效率從50%提高到65%,Osram等公司的激光器產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率均超過(guò)60%。電話京國(guó)際工程咨詢公司—15—電話外多家公司有808nm單管激光器產(chǎn)品，有CS封裝結(jié)構(gòu)、快軸壓縮結(jié)構(gòu)、光纖耦合輸出等多種產(chǎn)品。CS封裝的單管激光器輸出功率最高到達(dá)了8W。世界激光器市場(chǎng)可以劃分為三大區(qū)域：美國(guó)(包括北美)占55%,歐洲占22%,日本及太平洋地區(qū)占23%。美國(guó)、日本、德國(guó)三個(gè)國(guó)家激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。日本在光電子技術(shù)方面占首位，在激光醫(yī)療及激光檢測(cè)方面，美國(guó)占首位，而在激光材料加工設(shè)備方面則是德國(guó)占首位。用于激光加工、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域的大功率的固體激光器，德國(guó)、美國(guó)具有非常大的優(yōu)勢(shì)，配套的大功率半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)幾乎被幾個(gè)大公司壟斷。如美國(guó)的JDSU、COHERENT,德國(guó)的OSRAM、西門(mén)子等。當(dāng)前激光顯示(電視)正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前夜，開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)已成為現(xiàn)階段競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。日本、韓國(guó)在液晶顯示和等離子顯示領(lǐng)域已經(jīng)取得領(lǐng)先的技術(shù)和市場(chǎng)地位，如今又將下一代顯示技術(shù)的發(fā)展方向鎖定在激光顯示技術(shù)。而美國(guó)和歐洲由于在平板顯示領(lǐng)域落后于日本和韓國(guó)，正積極瞄準(zhǔn)新一代顯示技術(shù)——激光顯示。為了抓住顯示技術(shù)更新?lián)Q代所帶來(lái)的巨大商機(jī)，各國(guó)都在加大對(duì)激光顯示技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度。EPSON、三星等知名國(guó)際顯示巨頭，紛紛加大在激光顯示領(lǐng)域的研發(fā)力度。自2005年至今先后有多家公司推出激光電視概念樣機(jī)。在2005年日本愛(ài)知世博會(huì)上，索尼公司推出的超大屏幕激光電影也吸引了眾多眼球。日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家加強(qiáng)激光顯示技術(shù)研發(fā)，相繼推出了激光電視、激光投影儀、激光數(shù)碼影院等產(chǎn)品，并謀求激光顯示產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，搶占全球下一代顯示市場(chǎng)。3.1.1.2國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)從事大功率半導(dǎo)體激光器研究和應(yīng)用方面起步比較晚，但通過(guò)近幾年的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步。研究單位主要集中的高等院校和研究所，主要有中科院半導(dǎo)體所、長(zhǎng)春光機(jī)所、長(zhǎng)春理工大學(xué)、清華大學(xué)、山東大學(xué)、中電集團(tuán)13所等；在產(chǎn)業(yè)化方面主要有山東瑞森華光光電子有限公司、武漢凌云科技有限責(zé)任公司、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所等，其中除山東瑞森華光等少數(shù)企業(yè)進(jìn)行外延材料生長(zhǎng)外其他企業(yè)都以封裝和應(yīng)用為主。我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的總銷售額平均年增長(zhǎng)率達(dá)到2.3倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)外的增長(zhǎng)速度。其中光存儲(chǔ)銷售額最大，其次是檢測(cè)，第三位是激光醫(yī)療設(shè)備，第四位是激光加工設(shè)備。我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)具有很好的發(fā)展前景和很大的潛力，正作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)而引起各界的高度重視。在外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)普遍采用了應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用無(wú)鋁有源區(qū)提高端面光學(xué)災(zāi)變損傷的功率密度。在產(chǎn)業(yè)化方面山東瑞森華光光電子有限公司成功實(shí)現(xiàn)了無(wú)鋁有源區(qū)設(shè)計(jì)、AlGaInP作為限制層等技術(shù)，大大提高了光學(xué)災(zāi)變損傷光功率密度和腔面抗氧化性。國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)積極申報(bào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具不完全統(tǒng)計(jì)在中國(guó)注冊(cè)的激光器相關(guān)的專利有530多項(xiàng)，其中國(guó)內(nèi)企業(yè)申請(qǐng)和持有的專利數(shù)在200項(xiàng)左右。項(xiàng)。項(xiàng)目申請(qǐng)承擔(dān)單位擁有總數(shù)近70項(xiàng)：其中長(zhǎng)春光機(jī)所擁有45項(xiàng)、長(zhǎng)春理工大學(xué)擁有15項(xiàng)、山東瑞森華光光電子有限公司擁有7項(xiàng)。同時(shí)承擔(dān)單位擁有20多項(xiàng)有關(guān)大功率激光器的科研成果，包括“無(wú)鋁量子阱大功率“Zn擴(kuò)散窗口工藝制備大功率300mW/650nm半導(dǎo)體激光器”等關(guān)鍵技術(shù)。承擔(dān)單位所擁有的專利和成果覆蓋了大功率半導(dǎo)體激光器外延材料、芯片制作、器件封裝散熱技術(shù)、光束整形和光纖耦合技術(shù)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。我國(guó)對(duì)激光顯示技術(shù)的關(guān)注也早已開(kāi)始，上世紀(jì)80年代末，激光顯示技術(shù)就已進(jìn)入我國(guó)“863”計(jì)劃。2002年，我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，推出全固態(tài)激光顯示原理樣機(jī)；2003年，我國(guó)研制出60英寸背投激光顯示機(jī)；2005年，推出84英寸背投激光顯示機(jī)，最近又研制成功140英寸大屏幕激光顯示樣機(jī)。這些科研成果標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入國(guó)際激光彩色顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)的先進(jìn)行列。激光顯示專利涉及到激光器外延材料激光顯示系統(tǒng)的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)，特別在共性核心技術(shù)領(lǐng)域——大色域激光光源、勻場(chǎng)消相干等取得了完整的自主創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總數(shù)在50項(xiàng)左右，處于國(guó)際領(lǐng)先地位。因此，有專家表示，我國(guó)可以自主發(fā)展大色域激光顯示技術(shù)而不受制于國(guó)外?！爸袊?guó)激光電視的研發(fā)是與世界同步的，在一些領(lǐng)域甚至是領(lǐng)先世界”,邢廷文告訴記者?！熬盼濉逼陂g，中科院研發(fā)成功了功率大、體積小的全固態(tài)激光器，中科院成都光電所與物理所等單位希望能將激光器用于新領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多次論證，認(rèn)為能研發(fā)激光電視。2002年6月，國(guó)家863正式批準(zhǔn)該項(xiàng)目并開(kāi)始研發(fā)。一些重要激光產(chǎn)品尚未形成規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化單位效益較低。國(guó)內(nèi)在大功率半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)業(yè)方面相比上述發(fā)達(dá)國(guó)家有較大的差距，類似于這種單管集成的光纖耦合模塊國(guó)內(nèi)有幾家機(jī)構(gòu)處于起步階段，但是少有產(chǎn)品和相關(guān)文獻(xiàn)。為加快發(fā)展我國(guó)的激光顯示產(chǎn)業(yè)，保持激光顯示的領(lǐng)先地位，急需解決大功率半導(dǎo)體激光器材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前我國(guó)在LD外延材料、芯片制造、器件封裝等方面均已掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單元技術(shù)，且部分核心技術(shù)具有原創(chuàng)性，初步形成了從上游材料、芯片制備，中游器件封裝及下游集成應(yīng)用的比較完整的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)體系。3.1.2技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1、外延結(jié)構(gòu)采用無(wú)鋁量子阱技術(shù)、寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和Mg摻雜技術(shù)采用無(wú)鋁有源區(qū)提高端面光學(xué)災(zāi)變損傷光功率密度。端面光學(xué)災(zāi)變損傷是限制器件功率密度的最主要因素之一。與含鋁AlGaAs材料相比，無(wú)鋁材料具有更大的端面光學(xué)災(zāi)變損傷密度和更高的可靠性。因此，采用無(wú)鋁有源區(qū)可以提高器件的輸出功率，并增加器件的使用壽命。2、采用新型芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鍍膜技術(shù)開(kāi)展新型結(jié)構(gòu)激光器芯片的制作工藝，主要包括：載流子反射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、真空解理技術(shù)、腔面膜設(shè)計(jì)和優(yōu)化、器件封裝技術(shù)、新型焊料試驗(yàn)、采用ECR鍍膜技術(shù)等。提高器件光學(xué)膜的損傷閾值等提高器件的可靠性、降低成本。薄膜應(yīng)力是半導(dǎo)體薄膜的重要特性，在生長(zhǎng)過(guò)程中應(yīng)力的變化可能導(dǎo)致薄膜內(nèi)部連結(jié)失效、分層以及斷裂，對(duì)器件的性能和可靠性有著重要的影響。研究實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置改善成膜質(zhì)量，利用Stoney方程、光的干涉理論分析光點(diǎn)圖像位移信息和光強(qiáng)振蕩數(shù)據(jù)，得到薄膜表面多個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力、薄膜的厚度和生長(zhǎng)率等量。4、器件封裝、集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可靠性激光器制備、封裝中會(huì)引入應(yīng)力，應(yīng)力的存在引起激光器退化和失效。產(chǎn)生應(yīng)力的因素有封裝熱沉、焊接工藝、光學(xué)膜成膜工藝和機(jī)械化學(xué)拋光工(1)低失配熱沉封裝熱沉材料的膨脹系數(shù)與GaAs材料體系相差較大時(shí)，會(huì)使芯片承受較大的應(yīng)力，從而降低芯片壽命。銅熱沉封裝時(shí)焊接界面的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致芯片變形，出現(xiàn)“smile”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響激光器壽命。研究無(wú)失配材料A1N或低失配材料如銅鎢取代常用的銅作為熱沉材料，減少“smile”現(xiàn)象發(fā)生，提高激光器可靠性和壽命。(2)低退化焊接工藝半導(dǎo)體材料與歐姆接觸金屬之間接觸不良，界面狀態(tài)不穩(wěn)定是歐姆接觸退化的主要原因。采用AuSn焊料取代In焊料，在焊接過(guò)程中管芯移位小，產(chǎn)生很小的應(yīng)力，能夠承受隨后在相對(duì)低的溫度下的后續(xù)組裝工藝。金錫焊料具有浸潤(rùn)良好、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能優(yōu)良、無(wú)需助焊劑等特點(diǎn)。(3)選擇閾值、壽命、波長(zhǎng)、發(fā)散角、功率一致的激光器進(jìn)行封裝和集成采用自動(dòng)焊接設(shè)備進(jìn)行封裝，提高成品率和一致性。通過(guò)已有的高功率半導(dǎo)體激光器的測(cè)試技術(shù)平臺(tái)，完成關(guān)鍵工藝的過(guò)程檢測(cè)和最終檢測(cè)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。采用高效散熱熱沉，控制熱沉溫度、保證系統(tǒng)良好的散熱。優(yōu)化單元技術(shù)包括散熱、焊接、光束整形等保證分系統(tǒng)及整個(gè)面陣的可靠性。(4)紅移效應(yīng)抑制方法熱特性是半導(dǎo)體激光器的關(guān)鍵特性。由于溫度升高必然帶來(lái)半導(dǎo)體激光器閾值電流增加、發(fā)射波長(zhǎng)紅移，造成模式的不穩(wěn)定，同時(shí)還增加了內(nèi)部缺陷，對(duì)器件的壽命有嚴(yán)重影響。在電路設(shè)計(jì)上，將恒電流和恒功率有機(jī)的集成于一體，通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)，改變控制功能。對(duì)于恒電流，主要采用負(fù)反饋設(shè)計(jì)，應(yīng)用電流串聯(lián)負(fù)反饋原理取得恒流效果；對(duì)于恒功率的設(shè)計(jì)主要利用PD(光檢測(cè)器)能夠檢測(cè)發(fā)光功率，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的特性。對(duì)于恒溫控制系統(tǒng)也利用負(fù)反饋設(shè)計(jì)。解決了在寬溫條件下半導(dǎo)體激光器輸出功率不穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)還抑制了波長(zhǎng)漂移等問(wèn)題。3.1.3應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過(guò)300種。因此在各個(gè)領(lǐng)域得到Ⅱ)激光制導(dǎo)；Ⅲ)激光測(cè)距；IV)激光雷達(dá)，高功率半導(dǎo)體激光器已用于激光雷達(dá)系統(tǒng)；V)激光模擬；VI)深海光通等。3、在醫(yī)療和生命科學(xué)研究方面的應(yīng)用：I)激光手術(shù)治療；Ⅱ)激光動(dòng)力學(xué)治療；Ⅲ)生命科學(xué)研究等。4、民用方面的應(yīng)用：I)激光指示；Ⅱ)激光玩具等。目前我國(guó)在激光器方面具有一定規(guī)模的企業(yè)約600家，各種大大小小企業(yè)已超過(guò)1000家。上游外延、芯片，中游封裝，下游應(yīng)用各環(huán)節(jié)均已進(jìn)入量產(chǎn)階段，中國(guó)擁有巨大的激光器工業(yè)和激光器市場(chǎng)。2006年我國(guó)實(shí)現(xiàn)LD產(chǎn)值為100億元，2008年應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到340億元，預(yù)計(jì)到2011年國(guó)內(nèi)LD產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過(guò)800億元，成為全球重要的激光器生產(chǎn)基地。隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體激光器技術(shù)日漸成熟和產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)及國(guó)外企業(yè)開(kāi)始大量向我國(guó)大陸轉(zhuǎn)移，我國(guó)大陸地區(qū)已經(jīng)成為半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、潛力最大的地區(qū)。從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個(gè)方向發(fā)展，一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器。另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應(yīng)用的推動(dòng)下，高功率半導(dǎo)體激光器在20世紀(jì)90年代取得了突破性進(jìn)展，其標(biāo)志是半導(dǎo)體激光器的輸出功率顯著增加，國(guó)外千瓦級(jí)的高功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)商品化，國(guó)內(nèi)樣品器件輸出已達(dá)到600W。如果從激光波段的被擴(kuò)展的角度來(lái)看，先是紅外半導(dǎo)體激光器，接著是670nm紅光半導(dǎo)體激光器大量進(jìn)人應(yīng)用，接著，波長(zhǎng)為650nm,635nm的問(wèn)世，藍(lán)綠光、藍(lán)光半導(dǎo)體激光器也相繼研制成功，外光半導(dǎo)體激光器，也在加緊研制中。另外，還有高功率無(wú)鋁激光器(從半導(dǎo)體激光器中除去鋁，以獲得更高輸出功率，更長(zhǎng)壽命和更低造價(jià)的管子)、中紅外半導(dǎo)體激光器和量子級(jí)聯(lián)激光器等等。單管的大功率半導(dǎo)體激光器輸出功率有限，現(xiàn)在較為成熟的808nm波長(zhǎng)單管產(chǎn)品輸出功率最大不過(guò)三、五瓦，因此，人們把半導(dǎo)體激光器作成列陣來(lái)增大輸出功率。激光二極管列陣分為相干列陣和不相干列陣。相干列陣的最大優(yōu)點(diǎn)是高亮度，但是很難實(shí)現(xiàn)高功率輸出，而非相干列陣可以作到高功率輸出。列陣的關(guān)鍵是封裝，而封裝的最重要的參數(shù)是封裝密度和熱阻，這兩個(gè)量是互相矛盾的。所以在封裝研究過(guò)程中，提高封裝密度的同時(shí)，也要減少器件熱阻。降低熱阻的方法是使用微通道制冷。對(duì)于高占空比準(zhǔn)連續(xù)和連續(xù)器件，微通道制冷是必須的。就比較成熟的808nm大功率半導(dǎo)體激光器列陣而言，產(chǎn)品功率已經(jīng)達(dá)到上千瓦，由數(shù)十個(gè)bar構(gòu)成，每個(gè)bar由數(shù)十個(gè)單管構(gòu)成。現(xiàn)在出現(xiàn)了模塊化，即將激光晶體和列陣集成在一起。國(guó)內(nèi)中科院半導(dǎo)體研究所研制的808nm大功率列陣已經(jīng)形成產(chǎn)品。激光電視是21世紀(jì)的電視機(jī)市場(chǎng)中最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)者，目前國(guó)際上有德國(guó)LDT公司、韓國(guó)三星公司、日本索尼公司和日本三菱公司開(kāi)展了激光電視的研究，日本索尼公司開(kāi)發(fā)的激光電視主要采用“直掃描”和“線掃描”方式，德國(guó)LDT公司、韓國(guó)三星公司則采用“點(diǎn)掃描”方式。而日本三菱公司已于近期推出其采用三基色激光光源的DLP背投電視，支持最新的色彩空間國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，去掉了色輪之后，單片DMD芯片也有了上佳的色彩表現(xiàn)。這款激光DLP背投電視與以往DLP背投最大的不同是取消了燈泡作為光源，以及分色用的色輪，轉(zhuǎn)而采用三個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出三基色光源，通過(guò)光纖傳到給DMD芯片，由于在光纖內(nèi)部的多次反射，降低了干涉條紋。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)圖像的還原，三菱還開(kāi)發(fā)了圖像調(diào)制系統(tǒng)NCM(自然色彩矩陣),將視頻信號(hào)中的亮度型號(hào)與色彩信號(hào)分離，更將色彩信號(hào)分解為12組單獨(dú)色相進(jìn)行控制，以得到最佳的色彩還原效果。因此，這臺(tái)激光背投的色彩還原能力得到了IEC國(guó)際電工委員會(huì)的認(rèn)可，認(rèn)為其能夠達(dá)到色彩空間的寬廣色域，比目前采用的廣播電視信號(hào)色彩空間提升1.8倍。作為激光電視陣營(yíng)中最重要的廠商--三菱，其卻已經(jīng)克服了很多困難，新一代的LaserVue已經(jīng)正式登場(chǎng)，這種大尺寸(65英寸和75英寸)激光電視的成本相當(dāng)便宜，先期上市的65英寸版本售價(jià)為6999美元，只相當(dāng)于人民幣46000元左右。國(guó)內(nèi)從事大功率半導(dǎo)體激光器研究和開(kāi)發(fā)的單位有中科院半導(dǎo)體所、長(zhǎng)春光機(jī)所、長(zhǎng)春光機(jī)學(xué)院、電子科技集團(tuán)第13研究所、山東大學(xué)、山東瑞森華光光電子有限公司等。在激光產(chǎn)業(yè)化方面與德國(guó)、日本、美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家則有很大差距，一些重要激光產(chǎn)品尚未形成規(guī)模生產(chǎn)，效益較低。國(guó)內(nèi)使用的半導(dǎo)體激光器大部分還是依賴進(jìn)口，還是沒(méi)有擺脫核心技術(shù)受制于人的被動(dòng)局面，尤其美國(guó)把大功率半導(dǎo)體激光器列為對(duì)華出口限制，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求明顯增長(zhǎng)，走自主研制，突破國(guó)外技術(shù)封鎖的道路成為必然。長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的全固態(tài)激光器，95%的產(chǎn)品銷往世界上50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。北京華北萊茵光電技術(shù)有限公司現(xiàn)正實(shí)施國(guó)家發(fā)改委二極管泵浦固體激光器(DPSSL)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目，致力于研究、開(kāi)發(fā)、銷售以二極管泵浦激光器及整機(jī)為核心的系列產(chǎn)品，西安華科光電有限公司也是生產(chǎn)綠色固態(tài)激光器的專業(yè)生產(chǎn)廠家。這些企業(yè)都迫切地尋求半導(dǎo)體激光器的本地化和供貨渠道的多元化，解決核心部件進(jìn)口問(wèn)題，縮短供貨周期，建立便捷直通的交流和協(xié)商通道。這些廠家配套的大功率半導(dǎo)體激光器月需求量超過(guò)了一萬(wàn)只以上。大功率半導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)需求在明顯增長(zhǎng)，其不僅用于激光加工、醫(yī)療設(shè)備、光信息存儲(chǔ)，還可用來(lái)作指示、裝飾和工具類應(yīng)用，市場(chǎng)成長(zhǎng)迅猛，具有非常好的前景。同時(shí)利用我省山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，形成一條龍的激光產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈。本項(xiàng)目也正好是激光顯示產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵一環(huán)，此產(chǎn)業(yè)鏈的形成，將會(huì)大幅度的提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)對(duì)激光顯示技術(shù)的關(guān)注也早已開(kāi)始，上世紀(jì)80年代末，激光顯示技術(shù)就已進(jìn)入我國(guó)“863”計(jì)劃。2002年，我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，推出全固態(tài)激光顯示原理樣機(jī)；2003年，我國(guó)研制出60英寸背投激光顯示機(jī)；2005年，推出84英寸背投激光顯示機(jī)，最近又研制成功140英寸大屏幕激光顯示樣機(jī)。這些科研成果標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入國(guó)際激光彩色顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)的先進(jìn)行激光顯示專利涉及到激光器外延材料激光顯示系統(tǒng)的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)，特別在共性核心技術(shù)領(lǐng)域——大色域激光光源、勻場(chǎng)消相干等取得了完整的自主創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總數(shù)在50項(xiàng)左右，處于國(guó)際領(lǐng)先地位。因此，有專家表示，我國(guó)可以自主發(fā)展大色域激光顯示技術(shù)而不受制于國(guó)外專3.2技術(shù)發(fā)展的比較3.2.1本單位技術(shù)路線1、高功率半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、腔面膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、老化機(jī)理研究。①高功率半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電子能量更高，導(dǎo)致電子更易溢出，多量子阱設(shè)計(jì)可提高復(fù)合效率，使激光器的斜率效率提高；808nmLD采用壓應(yīng)變GaInP/InGaAsP單量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用壓應(yīng)變使得重空穴位于輕空穴之上，C-HH躍遷占據(jù)優(yōu)勢(shì)。由于壓應(yīng)變能帶結(jié)構(gòu)的重空穴帶在平行結(jié)平面方向具有更小的有效質(zhì)量，導(dǎo)致態(tài)密度減小，因此要比晶格匹配的量子阱結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)受激發(fā)射的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件。為提高激光器的輸出功率對(duì)波導(dǎo)層采用了大光腔非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，降低單位面積上的光功率密度，增大光學(xué)災(zāi)變輸出功率，非對(duì)稱的設(shè)計(jì)使光場(chǎng)向吸收小的N型偏移從而提高激光器性能；利用鎂摻雜代替鋅摻雜，采用P型高摻雜并且利用鎂擴(kuò)散度小的特點(diǎn)形成陡峭的摻雜分布，并把摻雜精確控制在波導(dǎo)光偏振特性的優(yōu)化：量子效應(yīng)決定了量子阱激光器的輸出光具有偏振特性，光的偏振特性對(duì)激光晶體的泵浦應(yīng)用帶來(lái)了一定的影響，因此需要分析計(jì)算量子阱結(jié)構(gòu)對(duì)光偏振特性的影響，設(shè)計(jì)和優(yōu)化量子阱的結(jié)構(gòu)、應(yīng)變類型B、非對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的采用波導(dǎo)層的優(yōu)化：大功率量子阱激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮的因素很多，它對(duì)量子阱激光器的閾值電流密度、光束特性和端面光功率密度都有很大的影響，為了得到最佳的器件特性，必須綜合考慮各個(gè)因素，以獲得最佳激光器有源區(qū)外光限制層的光吸收正比于材料的摻雜濃度，但是降低摻雜濃度減少光吸收的同時(shí)會(huì)引起串聯(lián)電阻的增大，導(dǎo)致電壓升高，這些都不利于激光器的高效率工作。而N型半導(dǎo)體材料中電子對(duì)光的吸收小于P型材料中空穴對(duì)光的吸收的特性，使光場(chǎng)分布偏離P型區(qū)成為可能。我們?cè)O(shè)計(jì)了具有非對(duì)稱波導(dǎo)分布的新型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用不對(duì)稱的波導(dǎo)層厚度和非對(duì)稱的限制層材料，使得光場(chǎng)向N型區(qū)偏離，減少了P型限制層中的光吸收，有利于提高激光器的光電轉(zhuǎn)換效率。C、周期性超晶格結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為了得到較好的激光光束，我們?cè)O(shè)計(jì)了具有多層周期性分布的超晶格結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)采用了具有不同A1組分的A1GaInP材料組成一個(gè)單元，設(shè)計(jì)不同的單元厚度和周期，該超晶格結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)周期性變化的折射率分布，使激光器的光場(chǎng)可以在此結(jié)構(gòu)中震蕩，從而改善了激光器的光場(chǎng)分布，有利于降低光束發(fā)散角改善光束質(zhì)量。同時(shí)，不同的折射率分布，可以對(duì)激光器的激射波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)激光激射波長(zhǎng)的準(zhǔn)確控制，克服半導(dǎo)體激光器激射波長(zhǎng)隨溫度變化產(chǎn)生的波長(zhǎng)“紅移”現(xiàn)象。②芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A、脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是最常用的大功率激光器結(jié)構(gòu)。為了得到更好的性能，必須對(duì)脊波導(dǎo)的腐蝕工藝進(jìn)行最優(yōu)化。我們利用化學(xué)濕法腐蝕和ICP干法腐蝕相結(jié)合的工藝進(jìn)行脊形波導(dǎo)的制作，同時(shí)利用高精度臺(tái)階儀等設(shè)備保證腐蝕深度和寬度的精確控制。同時(shí)利用liftoff工藝對(duì)脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)工藝，能夠大大改善激光器的性能和合格率。B、激光器的閾值電流、斜率效率等與其工作腔長(zhǎng)有很大的關(guān)系，只有在最佳的腔長(zhǎng)時(shí)，激光器才能工作在最優(yōu)狀態(tài)下。我們可以通過(guò)測(cè)試激射面積一定、不同腔長(zhǎng)的激光器來(lái)確定此激射面積下的最佳腔長(zhǎng)。C、非電流注入?yún)^(qū)的設(shè)計(jì)目前大功率激光器的應(yīng)用主要受到光學(xué)災(zāi)變損傷的制約。為了提高其輸出功率，可以采用非電流注入?yún)^(qū)的方法。該技術(shù)是在激光器前后腔面附近一定距離處分別引入一電流非注入?yún)^(qū)，限制電流流入端面，從而減少腔面附近的載流子濃度，降低表面復(fù)合電流，減少端面處的非輻射復(fù)合，降低腔面熱量的產(chǎn)生，從而提高損傷閾值。③激光器退化失效機(jī)理的研究半導(dǎo)體激光器的退化表現(xiàn)形式是在保持其工作電流不變時(shí)，發(fā)射光功率和外微分量子效率都會(huì)降低。特性上的變化就是閾值電流的增加，有時(shí)還會(huì)發(fā)生突然失效的災(zāi)變性損壞。半導(dǎo)體激光器退化主要有以下三種方式：體內(nèi)退化、腔面退化以及與燒結(jié)有關(guān)的退化。影響半導(dǎo)體激光器可靠性和壽命的因素有：有源區(qū)內(nèi)形成的缺陷；腔面損傷；非輻射復(fù)合與內(nèi)部吸收；電流限制結(jié)構(gòu)退化；歐姆接觸退化與焊料變質(zhì)；激光器封裝熱沉腐蝕及鈍化。半導(dǎo)體激光器的失效原因與器件本身所選用的材料、材料之間、器件表面或體內(nèi)、金屬化系統(tǒng)以及封裝結(jié)構(gòu)中存在的各種化學(xué)、物理的反應(yīng)有關(guān)。器件從出廠經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用到失效的壽命周期，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行著緩慢的化學(xué)物理變化。在各種外界環(huán)境下，器件還會(huì)承受了各種熱、電、機(jī)械應(yīng)力，會(huì)使原來(lái)的化學(xué)物理反應(yīng)加速，而其中溫度應(yīng)力對(duì)失效最為敏感。實(shí)踐證明，當(dāng)溫度升高以后，器件劣化的物理化學(xué)反應(yīng)加快，失效過(guò)程加速，而Arrhneuis模型總結(jié)了由溫度應(yīng)力決定的化學(xué)反應(yīng)速度依賴關(guān)系的規(guī)律性，為加速壽命試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。半導(dǎo)體激光器的失效與溫度應(yīng)力、電應(yīng)力、濕度應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力都有密切的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)室主要研究如何提高大功率半導(dǎo)體激光器的可靠性和降低成本。對(duì)激光器的失效機(jī)理進(jìn)行深入的探索和分析，如腔面退化機(jī)理、俄歇復(fù)合與內(nèi)部吸收的影響等。研究提高激光器可靠性的方法，如減少粘污及工藝中所造成的機(jī)械損傷、高損傷閾值腔面膜技術(shù)、低阻歐姆接觸焊接技術(shù)、高效散設(shè)備進(jìn)行高功率半導(dǎo)體激光器外延材料生長(zhǎng)技術(shù)理論研究高質(zhì)量的外延材料生長(zhǎng)是最基本而又關(guān)鍵的器件制備基礎(chǔ)。高性能的外延材料體現(xiàn)在器件較低的閾值電流密度、高的量子效率、小的串聯(lián)電阻和低的內(nèi)部缺陷密度。高性能的外延設(shè)備是獲得高質(zhì)量外延材料的重要前提。我公司將利用MOCVD制備各種高功率半導(dǎo)體激光器材料。工藝穩(wěn)定性也是材料生長(zhǎng)需要解決的一個(gè)問(wèn)題，以有利于提高器件性能的穩(wěn)定性和一致性，同時(shí)有利于生產(chǎn)成本的降低。主要研究：針對(duì)公司現(xiàn)有產(chǎn)品性能和應(yīng)用目標(biāo)的之間的差距(例：半高寬度、量子效率、光斑等)進(jìn)行技術(shù)突破：主要有高功率半導(dǎo)體激光器無(wú)鋁量子阱(GaInAsP材料體系)有源區(qū)的優(yōu)化、激光器橫向結(jié)構(gòu)優(yōu)化、外延材料生長(zhǎng)條件的優(yōu)化、量子阱生長(zhǎng)界面的優(yōu)化、外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的均勻性和重復(fù)資金申請(qǐng)報(bào)告山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室資金申請(qǐng)報(bào)告性、材料特性分析和評(píng)價(jià)等。①量子阱的生長(zhǎng)條件優(yōu)化有源區(qū)采用的是GaInP/InGaAsP無(wú)鋁應(yīng)變單量子阱，是激光器的核心，既要考慮激射波長(zhǎng)，又要考慮器件可靠性和壽命的要求，還要考慮到對(duì)光學(xué)模式的適當(dāng)控制。為了選擇最佳的有源區(qū)，需要進(jìn)行多項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)工藝優(yōu)化，如材料組分、V/III比、生長(zhǎng)溫度、應(yīng)變控制與晶格匹配、量子阱的生長(zhǎng)界面及其氣體轉(zhuǎn)換(涉及界面組分突變及As、P的記憶效應(yīng));另外，對(duì)635nm激光器而言，A1GaInP/GaInP量子阱的應(yīng)變需要優(yōu)化進(jìn)行波長(zhǎng)控制，同時(shí)防止晶格馳豫。②A1GaInP外延材料生長(zhǎng)技術(shù)光限制層A1GaInP材料的p型摻雜直接決定載流子的符合效率，特別是635nm激光器，為此我們采用Mg摻雜技術(shù)，即可以得到高的空穴濃度，也降低摻雜劑的擴(kuò)散效應(yīng)。我們的808與635nm激光器都采用A1GaInP材料體系，降低了材料研發(fā)難度，同時(shí)，也與我們公司大批量生產(chǎn)的紅色LED采用一樣的材料，使得我們較全面地掌握了該材料體系的生長(zhǎng)規(guī)律。光學(xué)限制層的優(yōu)化：優(yōu)化限制層厚度主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先能夠節(jié)省外延生長(zhǎng)時(shí)間和源材料；其次由于半導(dǎo)體材料的熱導(dǎo)率不是很高，優(yōu)化限制層能夠有效地減少結(jié)構(gòu)的熱阻；摻雜工藝：雜質(zhì)在半導(dǎo)體材料中起著重要的作用，采取鎂摻雜代替鋅摻雜技術(shù)，降低雜質(zhì)擴(kuò)散，獲得理想的摻雜分布，可以說(shuō)，沒(méi)有精確的半導(dǎo)體外延摻雜工藝，就沒(méi)有高性能的量子阱激光器。3、低成本高功率半導(dǎo)體激光器芯片制作技術(shù)理論研究主要研究：高致密性SiO?、Si?N?沉積技術(shù)，高選擇比光刻腐蝕工藝、新型腔面膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鍍膜工藝、腔面鈍化處理技術(shù)、激光器無(wú)吸收腔面窗口技術(shù)、優(yōu)化歐姆接觸電極制作工藝。①半導(dǎo)體工藝中絕緣膜的沉積技術(shù)是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)，它決定了器件等效電路的實(shí)現(xiàn)。因此介質(zhì)膜的致密性和均勻性對(duì)器件的性能具有很大的影響。同時(shí)絕緣膜的低的散熱特性也是需要考慮的因素，因此需要設(shè)計(jì)并優(yōu)化介質(zhì)膜的致密性和厚度，提高器件的可靠性。我們利用高性能的PECVD沉積設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化SiO?、Si?N?等不同成分的絕緣膜，獲得性能良好的絕緣介質(zhì)②高選擇比的光刻腐蝕工藝。我們根據(jù)材料的特性，選擇優(yōu)化不同溶液配比的腐蝕液，同時(shí)優(yōu)化光刻工藝，實(shí)現(xiàn)器件工藝的精確控制。③腔面膜層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、鍍膜工藝的優(yōu)化。在激光器腔面鍍光學(xué)膜，不僅能夠改善激光器的性能，同時(shí)還能保護(hù)腔面不受污染和氧化。我們?cè)O(shè)計(jì)優(yōu)化了α-Si:H/A1?0?低光學(xué)吸收膜系結(jié)構(gòu)，減小高折射率材料的膜層電場(chǎng)分布，控制膜層熱量產(chǎn)生，采用等離子體增強(qiáng)磁控濺射沉積技術(shù)(ECR)提高膜層的密度，光學(xué)監(jiān)控和晶控技術(shù)精確監(jiān)控膜層厚度，制備高損傷閾值光學(xué)膜。同時(shí)設(shè)計(jì)研制HfO?/SiO?材料系的前后腔面膜。在腔面膜和襯底之間引入一層過(guò)渡層，解決腔面膜附著力不好的問(wèn)題。④半導(dǎo)體激光器芯片在解理時(shí)會(huì)在端面留下許多表面態(tài)，這些表面態(tài)很容易與氧、水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，使端面氧化，形成非輻射復(fù)合中心，從而吸收激光，端面的溫度升高，端面溫度的增加會(huì)使腔面附近的禁帶寬度變窄，致使激光更容易被吸收，導(dǎo)致光學(xué)災(zāi)變損傷發(fā)生。采用激光器端面鈍化技術(shù)減小其表面態(tài)、界面態(tài)形成的非輻射復(fù)合中心的密度，提高半導(dǎo)體激光器的可同時(shí)，我們采用新型解理技術(shù)，整個(gè)過(guò)程避免氧和其他雜質(zhì)的污染，有利于降低解理面的污染。同時(shí)采用電流非注入?yún)^(qū)，減少腔面附近的載流子濃度，降低表面復(fù)合電流，減少端面處的非輻射復(fù)合，降低腔面熱量的產(chǎn)生，從而提高損傷閾值。4、高功率半導(dǎo)體激光器封裝技術(shù)理論研究主要研究：半導(dǎo)體激光器用新型散熱熱沉設(shè)計(jì)與制作；高可靠性半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；半導(dǎo)體激光器高質(zhì)量燒結(jié)工藝研究與改進(jìn)；新型焊料研究、光學(xué)整形技術(shù)；激光器老化條件優(yōu)化、壽命測(cè)試、篩選等。封裝工藝主要有歐姆接觸工藝、低失配熱沉封裝工藝和低退化焊接工藝。半導(dǎo)體器件中焦耳熱是不可逆轉(zhuǎn)的能量損耗，如果這部分熱不能及時(shí)散出去，會(huì)引起激光器內(nèi)部溫度的升高，從而引發(fā)一系列與溫度有關(guān)的負(fù)反饋效應(yīng)，最終導(dǎo)致激光器的熱損壞。降低熱損耗對(duì)半導(dǎo)體激光器性能的影響是提高半導(dǎo)體激光器的重要因素。半導(dǎo)體材料與歐姆接觸金屬之間接觸不良，界面狀態(tài)不穩(wěn)定是歐姆接觸退化的主要原因。發(fā)展新型封裝結(jié)構(gòu)及高效散熱熱沉技術(shù)等是提高器件熱特性的重要途徑。5、高功率半導(dǎo)體激光器列陣、模組封裝及可靠性研究主要研究：半導(dǎo)體激光器功率衰減的失效機(jī)理、列陣模組的老化篩選研究；高亮度串聯(lián)封裝連續(xù)LD列陣以及大于50%占空比LD列陣研究；半導(dǎo)體激光器列陣的組合、特定偏振研究；微透鏡準(zhǔn)直、光纖整形技術(shù)、耦合技術(shù)；半導(dǎo)體激光器陣列紅移效應(yīng)的抑制方法。半導(dǎo)體激光器的可靠性是影響器件實(shí)際應(yīng)用的決定性因素，采用真空焊接和微波等離子體技術(shù)去除激光芯片、焊料、熱沉表面的氧化層，提高焊接質(zhì)量、減少空洞率、增強(qiáng)器件壽命和可靠性，同時(shí)研究激光器失效機(jī)理、老化衰減等提高器件可靠性。本實(shí)驗(yàn)室將深入研究與分析半導(dǎo)體激光器的失效機(jī)理，如腔面退化機(jī)理、燒結(jié)工藝的影響、載流子復(fù)合與吸收的影響、制作工藝中引起的沾污與缺陷損傷、環(huán)境條件的影響等；建立適合于實(shí)際的如壽命考核等評(píng)價(jià)方法，研究提高產(chǎn)品可靠性的技術(shù)改進(jìn)措施，如篩選方法與老化條件、低電阻、低3.2.2關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)(一)關(guān)鍵技術(shù)1、無(wú)鋁量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化和摻雜分布精確控制技術(shù)量子阱有源區(qū)是半導(dǎo)體激光器最核心的結(jié)構(gòu)，我們擬設(shè)計(jì)新型激光器結(jié)構(gòu)，利用原有技術(shù)制作大功率半導(dǎo)體激光器。對(duì)于635nmLD采用GaInP/A1GaInP壓應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)，壓應(yīng)變使得輕重空穴分離及態(tài)密度的變化，使激光器易實(shí)現(xiàn)激射。調(diào)整Ga和In的比例，控制應(yīng)變量在3-5%之間，此組份的變化也影響波長(zhǎng)的變化，所以必須選擇合適的應(yīng)變量并輔以阱寬調(diào)整，才能控制波長(zhǎng)在635附近。同時(shí)為限制住高能量電子，形成有效光激發(fā)必須依靠摻雜分布的精確控制。高的P型摻有利于電子的限制，可以有效提高激光器的性能，這對(duì)于635短波長(zhǎng)激光器尤為重要，但是過(guò)高則會(huì)吸起強(qiáng)烈的光子吸收，反而會(huì)降低整體激光器的性能，為了揚(yáng)長(zhǎng)避短我公司設(shè)計(jì)了陡峭的摻雜分布和精確的分布控制，采用鎂摻雜代替鋅摻雜，大大降低摻雜源的擴(kuò)散距離，生長(zhǎng)程序設(shè)計(jì)中考慮到不同濃度下的擴(kuò)散深度并給于修正，從而得到限制層內(nèi)高摻雜，波導(dǎo)層內(nèi)無(wú)雜質(zhì)的陡峭摻雜分布的外延材料，此舉有效提高了激光器的溫度特性和發(fā)光效率。對(duì)于808nmLD我公司采用InGaAsP/InGaP量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此結(jié)構(gòu)無(wú)鋁具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是此為雙三族雙五族的四元結(jié)構(gòu)，使得生長(zhǎng)更難控制，如應(yīng)變量一定時(shí)，四元組份的自由度僅為一，另外還要考慮不同溫度時(shí)砷烷和磷烷的裂解效率變化和In的遷移率變化，生長(zhǎng)過(guò)程必須嚴(yán)格控制In和Ga及As和P的比例并精確控制生長(zhǎng)溫度，同時(shí)考慮氣流分配、反應(yīng)壓力等多項(xiàng)周邊因素保證量子阱結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)的重復(fù)性和一致性。2、通過(guò)光偏振特性對(duì)量子阱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)量子阱結(jié)構(gòu)在激光器中的應(yīng)用不但可以改善半導(dǎo)體激光器的電特性，而且會(huì)對(duì)器件的光特性帶來(lái)有益的影響.特別是對(duì)偏振特性的選擇，給激光的應(yīng)用帶來(lái)很大的影響.光增益是半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)性能的一種體現(xiàn)，它對(duì)半導(dǎo)體激光器的激射過(guò)程、模式行為、閾值和溫度特性起決定性作通過(guò)分析TE、TM模式的光躍遷動(dòng)量矩陣元，不同的量子阱結(jié)構(gòu)，在相同載流子注入條件下計(jì)算TE、TM模式的光躍遷方程可得到兩種模式的光增益有較大的差別，這就造成了在相同的條件下，具有較大增益的模式更容易激發(fā)并且得到加強(qiáng)。因此通過(guò)控制量子阱的結(jié)構(gòu)可以方便的控制激光器的激射模式，保證光的偏振純度。3、利用MOCVD設(shè)備制備高質(zhì)量激光器外延材料技術(shù)激光器可以激射的重要條件之一是增益大于損耗，這使得外延材料的結(jié)晶質(zhì)量顯得尤為重要，當(dāng)材料內(nèi)部存在過(guò)多的缺限與雜質(zhì)則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收，使激光器的效率變低，發(fā)熱量變大，高的結(jié)溫會(huì)進(jìn)一步惡化激光器的各項(xiàng)性能。①界面轉(zhuǎn)換技術(shù)：利用低壓生長(zhǎng)的特性，通過(guò)程序各原材料的切換設(shè)計(jì)得到良好的異質(zhì)節(jié)界面。這一點(diǎn)對(duì)于808nmLD顯得更為重要，因?yàn)椴捎玫腎nGaAsP/InGaP量子阱結(jié)構(gòu)涉及多項(xiàng)材料及界面的切換，特別是五族的砷磷轉(zhuǎn)換必須考慮到生長(zhǎng)氛圍的記憶效應(yīng)以及不同三族源進(jìn)行入反應(yīng)室的②優(yōu)化生長(zhǎng)溫度：高溫生長(zhǎng)時(shí)銦的遷移率大，有利于GaInP的無(wú)序生長(zhǎng)，可以有效的降低閾值電流，但是過(guò)高的溫度則會(huì)使材料的缺限增多，過(guò)低的生長(zhǎng)溫度則會(huì)形成GaInP的有序合金，使材料質(zhì)量變壞，同時(shí)過(guò)低的溫度也易在生長(zhǎng)材料中引入氧等深能級(jí)雜質(zhì)，使閾值電流變大，采用不同生長(zhǎng)溫度優(yōu)化并精確控溫，使用X光衍射及PL測(cè)試確定最佳的生長(zhǎng)條件。③變速生長(zhǎng)技術(shù)：不同生長(zhǎng)速度各有優(yōu)缺點(diǎn)，快速生長(zhǎng)可節(jié)約時(shí)間提高生產(chǎn)效率，結(jié)晶材料氧含量相對(duì)較低，但過(guò)快時(shí)又宜產(chǎn)生缺陷，特別是對(duì)于有In這樣大體積元素存在時(shí)，由于無(wú)足夠的遷移時(shí)間更易產(chǎn)生缺陷，而慢速生長(zhǎng)效果與之相反，在808nmLD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們采用了快速和慢速生長(zhǎng)相結(jié)合的方式，限制層采用快速生長(zhǎng)而相對(duì)重要的量子阱采用慢速生長(zhǎng)，并使用變速生長(zhǎng)作為過(guò)渡找到效率和質(zhì)量的最佳配合。4、高損傷閾值的半導(dǎo)體激光器腔面光學(xué)膜蒸鍍技術(shù)腔面鍍膜是大功率半導(dǎo)體激光器制備工藝中最重要的環(huán)節(jié)之一，它需要分別在兩腔面鍍上增透膜(AR)和高反膜(HR)。A、光學(xué)膜的質(zhì)量直接影響器件效率的高低；B、改變AR膜的反射率值，可一定程度地調(diào)節(jié)最終的激射峰值波長(zhǎng)；資金申請(qǐng)報(bào)告山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室資金申請(qǐng)報(bào)告電話京國(guó)際工程咨詢公司—31—電話、腔面光學(xué)膜也是器件的保護(hù)膜。激光器光功率密度比較大，腔面膜在高功率密度激光的作用下，由于近場(chǎng)的不均勻、局部過(guò)熱、氧化、腐蝕、介質(zhì)膜的針孔和雜質(zhì)等因素使腔面遭最終導(dǎo)致災(zāi)變性的損傷，使器件完全失效。長(zhǎng)期以來(lái)，人們主要依靠蒸鍍法來(lái)鍍制用于精密光學(xué)的介質(zhì)薄膜。本項(xiàng)目組采用ECR和離子輔助鍍膜技術(shù)鍍膜方法。采用不銹鋼制造此鍍膜機(jī)的真空室，真空性能好，抽速快，基片裝卸方便，另外箱式的真空室結(jié)構(gòu)提供了長(zhǎng)距離的鍍膜路程，從而保證了多層膜系的均勻性。實(shí)驗(yàn)室研發(fā)人員擬通過(guò)建立高功率半導(dǎo)體激光器腔面溫度分布模型、研究半導(dǎo)體激光器解理技術(shù)、探索新型腔面鈍化新工藝(如高質(zhì)量的氮離子鈍化工藝)、高質(zhì)量半導(dǎo)體激光器腔面成膜技術(shù)的研究。從理論與實(shí)踐兩方面進(jìn)行高效率半導(dǎo)體激光器腔面光學(xué)膜技術(shù)研究，以大幅度提高激光器的輸出功率，并與半導(dǎo)體激光器可靠性研究相結(jié)合，以大幅度提高半導(dǎo)體激光器的長(zhǎng)期工作可靠性及工作壽命。5、高質(zhì)量激光器封裝芯片燒結(jié)技術(shù)大功率半導(dǎo)體激光器陣列工作時(shí)，管芯的溫度會(huì)很高，而激光器管芯和焊料的熱膨脹系數(shù)差別很大，當(dāng)激光器工作時(shí)，激光器管芯和焊料之間的熱膨脹系數(shù)差異將導(dǎo)致激光器管芯的損壞。半導(dǎo)體激光器陣列組裝時(shí)，由于陣列面積比單管面積大，所以需要燒結(jié)的時(shí)間長(zhǎng)，在燒結(jié)過(guò)程中銦易氧化，從而在表面形成氧化膜，這層氧化膜的熔點(diǎn)很高，一般的燒結(jié)溫度不會(huì)使焊料熔化，管芯就會(huì)焊接不上，如提高燒結(jié)溫度，使氧化膜熔化，激光器管芯就會(huì)受到損壞，而且高溫?zé)Y(jié)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)銦須引起激光器就短路，或阻擋激光器腔面出光，使腔面燒毀。因此，利用銦作為焊料需要選擇適當(dāng)?shù)闹竸┘昂芎玫膶?shí)際封裝操作技巧。實(shí)驗(yàn)室研發(fā)人員在激光器封裝過(guò)程中也使用金-錫合金和、W/Cu混合材料，這兩種材料的熱膨脹系數(shù)與芯片相近的。這種材料在封裝無(wú)鋁結(jié)構(gòu)器件時(shí)特別適用，可有效提高半導(dǎo)體激光器的散熱和可靠性。6、低成本、高功率、高質(zhì)量的激光器階梯狀串聯(lián)封裝技術(shù)激光器的集成封裝技術(shù)對(duì)激光器的性能影響至關(guān)重要，主要包括激光器的高散熱特性/集成度等。項(xiàng)目組采用激光器的冷卻塊成階梯型排列，每個(gè)階梯上安放一個(gè)或兩個(gè)單管激光器，然后通過(guò)快軸和慢軸壓縮，所用的單管激光器經(jīng)過(guò)一套光束整形系統(tǒng)(包括光束重排和聚焦)后輸出。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)激光器都是單管輸出，散熱方便，不用經(jīng)過(guò)水冷系統(tǒng)，只需要傳導(dǎo)冷卻或者風(fēng)冷就能實(shí)現(xiàn)溫度恒定。示意圖如下：圖3-1激光器階梯狀串聯(lián)封裝技術(shù)示意圖7、先進(jìn)的、高效率的老化評(píng)價(jià)技術(shù)。在大功率半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用中，器件的可靠性是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。因此，可靠性和壽命測(cè)試的研究成為當(dāng)前器件實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)之一。目前，對(duì)半導(dǎo)體激光器可靠性測(cè)試一般采用電老化方法，包括耐久性老化和加速老化兩種方式。采用加速老化方式可以縮短器件老化時(shí)間。通過(guò)對(duì)器件可靠性的測(cè)試可以預(yù)測(cè)器件在正常工作條件下的壽命；檢驗(yàn)器件的制作工藝；在較短時(shí)間內(nèi)暴露器件的失效類型及形式，便于對(duì)失效機(jī)理進(jìn)行研究，找出失效原因，淘汰早期失效產(chǎn)品；測(cè)定器件的極限使用條件。實(shí)驗(yàn)室主要采用耐久性老化方式測(cè)試器件的壽命和可靠性，目前開(kāi)展了對(duì)器件加速老化方式的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)利用了熱阻測(cè)試法、節(jié)溫測(cè)試法等進(jìn)行了研究，且取得了良好的效果。(二)創(chuàng)新點(diǎn)1、低閾值、高效率應(yīng)變量子阱激光器外延材料規(guī)?；L(zhǎng)技術(shù)2、低A1光限制層與無(wú)鋁有源層結(jié)合的激光器結(jié)構(gòu)。相對(duì)全無(wú)鋁激光器結(jié)構(gòu)，解決了載流子泄露問(wèn)題，相對(duì)于A1GaAs激光器結(jié)構(gòu)，解決了壽命核心問(wèn)題；我們采用的結(jié)構(gòu)綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服了器件缺點(diǎn)；同時(shí)采用非對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，解決了激光器的效率、光斑等問(wèn)題，提高激光器工作壽命和可靠性3、抗老化、高質(zhì)量的新型腔面膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成膜技