【文章內(nèi)容簡介】 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)山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 9 展前景。 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)百萬小時(shí)，因此它是一種長壽命高可靠性的 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，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。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)化來推進(jìn)激光顯示技術(shù)的應(yīng)用。 據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，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，開展產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)已成 為現(xiàn)階段競爭的焦點(diǎn)。 日本、韓國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)和市場地位，如今又將發(fā)展方向鎖定在激光顯示技術(shù)。而美國和歐洲由于在平板顯示領(lǐng)域落后于日本和韓國，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代所帶來的巨大商機(jī)，各國都在加大對激光顯示技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度。我國對激光顯示技術(shù)的關(guān)注也早已開始，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、勻場消相干等取得了完整的自主創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)，處于領(lǐng)先地位。有專家表示，我國可以自主發(fā)展大色域激光顯示技術(shù)而不受制于國外專利。 在世界技術(shù)競爭異常激烈的現(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)我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，提升全省乃至全國的半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)力。 山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 10（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)用開發(fā) 同步的特點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)上具有產(chǎn)業(yè)鏈長，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、中國臺灣、中國大陸奮起直追的競爭格局。 世界激光器市場可以劃分為三大區(qū)域：美國（包括北美）占 55％，歐洲占 22％，日本及太平洋地區(qū)占 23％。美國、日本、德國三個(gè)國家激光產(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。日本在光電子技術(shù)方面占首位，在激光醫(yī)療及激光檢測方面，美國占首位，而在激光材料加工設(shè)備方面則是德國占首位。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、美國具有非常大的優(yōu)勢，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。如美國的 JDSU 、 COHERENT，德國的 OSRAM、西門子等。 作為“下一代”顯示技術(shù)競爭的焦點(diǎn)， SONY、松下、日立、東芝、三菱、EPSON、三星等知名國際顯示巨頭，紛紛加大在激光顯示領(lǐng)域的研發(fā)力度。自 2020 年至今先后有多家公司推出激光電視概念樣機(jī)。在 2020 年日本愛知世博會上，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、韓國、德國等發(fā)達(dá)國家加強(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。 世界 LD 產(chǎn)業(yè)初步形成美國、亞洲、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)的全球市場與產(chǎn)業(yè)格局，并呈現(xiàn)出以美、日、德為產(chǎn)業(yè)代表，韓國、中國臺灣、中國大陸奮起直追的競爭格局。 中國擁有巨大的 激光器 工業(yè)和 激光器 市場。 2020 年我國實(shí)現(xiàn) LD 產(chǎn)值為， 2020 年應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到 ，預(yù)計(jì)到 2020 年國內(nèi) LD 產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過 億元。 我國是世界 半導(dǎo)體激光器 生產(chǎn)第一大國，但主要是中低端產(chǎn)品，大而不山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 11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)國際競爭力意義重大?！笆濉逼陂g我國半導(dǎo)體 激光器 研 發(fā)開始急起直追，國家 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)“國家半導(dǎo)體 激光器 公共研發(fā)平臺”，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的有機(jī)結(jié)合，提升我國半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)核心競爭力。 我國的半導(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)、形成自主知識產(chǎn)權(quán)，應(yīng)對半導(dǎo)體 激光器 國際巨頭的專利大棒。近幾年國內(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)品在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，是國內(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)了市場需求，逐步占領(lǐng)了高端市場。 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，對于促進(jìn)我國半導(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 下發(fā)《 山東省發(fā)展和改革委員會關(guān)于組織申報(bào) 2020 年省級工程實(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、太陽能利用等領(lǐng)域 開展 省級 工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作，以發(fā)揮各方優(yōu)勢，構(gòu)建長效的產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制， 提高產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力， 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)化對山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 12國家、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)新能力和核心競爭力為宗旨，圍繞國家 半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)升級和重大戰(zhàn)略任務(wù)、重點(diǎn)工程對 半導(dǎo)體 激光器 技術(shù)進(jìn)步的迫切需求，通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的 半導(dǎo)體照明 制造技術(shù) 研究開發(fā)實(shí)體運(yùn)行，為突破我國 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。 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)新能力和核心競爭力為宗旨，強(qiáng)化國家、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： 是提升我國半導(dǎo)體 激光 產(chǎn)業(yè)核心競爭力的有效手段 通過組建 大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 ，強(qiáng)化我國半導(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)國家 對我國半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)的技術(shù)壁壘，降低對國外芯片的依賴，有效提升我國半導(dǎo)體 激光 產(chǎn)業(yè)核心競爭能力。 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。半導(dǎo)體 激光器 屬于新興行業(yè)，發(fā)展速度之快使得國家標(biāo)準(zhǔn)顯得相對滯后，我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)了百花爭鳴的現(xiàn)象，不利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過本實(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，加強(qiáng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定建設(shè)，結(jié)束技術(shù)無序競爭造成的混亂。 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、市場需求為山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 13導(dǎo)向，以提升企業(yè)核心競爭力為目標(biāo)，開展 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。 是建設(shè)半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)基地的重要支撐 目前國內(nèi) LD 市場大部分被國外產(chǎn)品占據(jù)，國內(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 外延片近萬片， LD管芯 2 億粒，器件 50 萬只，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外， LD產(chǎn)品市場占有率居國內(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。 山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 14第三章 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前景分析 國內(nèi)外技術(shù)狀況與發(fā)展趨勢預(yù)測分析 半導(dǎo)體 激光器 在技術(shù)上具有基礎(chǔ)性研究與應(yīng)用開發(fā)同步的特點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)上具有產(chǎn)業(yè)鏈長，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 有著巨大的市場和發(fā)展?jié)摿Γ壳耙呀?jīng)形成了美、日、德為先進(jìn)技術(shù)代表，韓國、中國臺灣、中國大陸奮起直追的競爭格局。 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 國外技術(shù)現(xiàn)狀 從二十世紀(jì)八十年代開始，隨著半導(dǎo)體激 光器外延生長技術(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 2020 年，單條器件輸出功率已超過 100W，功率轉(zhuǎn)換效率約為 40%60%，壽命長達(dá) 10000h。為了提高激光器的效率，美國國防高技術(shù)研究計(jì)劃署（ DARPA ）于 2020 年啟動(dòng)了超高效率半導(dǎo)體激光器光源項(xiàng)目（ super high efficiency diode source ,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 其他國家 相差逐漸縮小。 近年來以美國 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/AlGaAs 激光材料，在 805nm 激射波長下其 100um 單條器件的連續(xù)功率輸出達(dá) 。同時(shí)研制出了 無鋁寬波導(dǎo)分別限制異質(zhì)結(jié)多量子阱 (BWSCHQW) 結(jié)構(gòu)激光器，準(zhǔn)連續(xù)波（ QCW ）輸出功率達(dá)到 (條寬為 100um, 腔長為 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％。 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 60％。 山東省大功率半導(dǎo)體激光器工程實(shí)驗(yàn)室 資金申請報(bào)告 北京國際工程咨詢公司