【導讀】山東省工程實驗室建設(shè)項目。地址：濟南市高新區(qū)天辰大街1835號。申報日期：二O一0年七月。注冊咨詢工程師（投資）。一級注冊結(jié)構(gòu)工程師。二級注冊建筑工程師。北京國際工程咨詢公司--電話:0531-82952375I. 主要技術(shù)帶頭人、管理人員概況及技術(shù)團隊情況...............65

　　

【正文】 項。項目申請承擔單位擁有總數(shù)近 70 項：其中長春光機所擁有 45 項、長春理工大學擁有 15 項、山東瑞森華光光電子有限公司擁有 7 項。同時承擔單位擁有 20 多項有關(guān)大功率激光器的科研成果，包括“無鋁量子阱大功率激光器關(guān)鍵技術(shù)及應用”、“大功率 808nm 無鋁應變量子阱激光器技術(shù)研究”、“ Zn 擴散窗口工藝制備大功率 300mW/650nm 半導體激光器”等關(guān)鍵技術(shù)。承擔單位所擁有的專利和成果覆蓋了大功率半導體激光器外延材料、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)、光學系統(tǒng)設(shè)計等多個方面，可實現(xiàn)產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權(quán)。 我國對激光顯示技術(shù)的關(guān)注也早已開始，上世紀 80 年代末，激光顯示技術(shù)就已進入我國“ 863”計劃。 2020 年， 我國在該技術(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； 2020 年，我國研制出 60 英寸背投激光顯示機； 2020 年，推出 84 英寸背投激光顯示機，最近又研制成功 140 英寸大屏幕激光顯示樣機。這些科研成果標志著我國進入國際激光彩色顯示技術(shù)開發(fā)的先進行列。 山東省大功率半導體激光器工程實驗室 資金申請報告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 17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)，總數(shù)在 50 項左右，處于國際領(lǐng)先地位。因此，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。 “中國激光電視的研發(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。 “九五”期間，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)過多次論證，認為能研發(fā)激光電視。 2020 年 6 月，國家 863 正式批準該項目并開始研發(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。國內(nèi)在大功率半導體激光器的產(chǎn)業(yè)方面相比上述發(fā)達國家有較大的差距，類似于這種單管集成的光纖耦合模塊國內(nèi)有幾家機構(gòu)處于起步階段，但是少有產(chǎn)品和相關(guān)文獻。為加快 發(fā)展我國的激光顯示產(chǎn)業(yè)，保持激光顯示的領(lǐng)先地位，急需解決大功率半導體激光器材料的產(chǎn)業(yè)化進程。 目前我國 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用的比較完整的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)體系。 技術(shù)發(fā)展趨勢 外延結(jié)構(gòu)采用無鋁量子阱技術(shù)、寬波導結(jié)構(gòu)和 Mg摻雜技術(shù) 采用無鋁有源區(qū)提高端面光學災變損傷光功率密度。端面光學災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 , 無鋁材料具 有更大的端面光學災變損傷密度和更高的可靠性。因此 , 采用無鋁有源區(qū)可以提高器件的輸出功率 , 并增加器件的使用壽命。 采用新型芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計和鍍膜技術(shù) 開展新型結(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、真空解理技術(shù)、腔面膜設(shè)計和優(yōu)化、器件封裝技術(shù)、新型焊料試驗、采用 ECR 鍍膜技術(shù)等。提高器件光學膜的損傷閾值等提高器件的可靠性、降低山東省大功率半導體激光器工程實驗室 資金申請報告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 18成本。薄膜應力是半導體薄膜的重要特性，在生長過程中應力的變化可能導致薄膜內(nèi)部連結(jié)失效、分層以及斷裂，對器件的性能和可靠性有著重要的影響。研究實時檢測裝置改善成膜質(zhì) 量，利用 Stoney 方程、光的干涉理論分析光點圖像位移信息和光強振蕩數(shù)據(jù)，得到薄膜表面多個點的應力、薄膜的厚度和生長率等量。 器件封裝、集成結(jié)構(gòu)設(shè)計和可靠性 激光器制備、封裝中會引入應力，應力的存在引起激光器退化和失效。產(chǎn)生應力的因素有封裝熱沉、焊接工藝、光學膜成膜工藝和機械化學拋光工藝。 （ 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，會使芯片承受較大的應力，從而降低芯片壽命。銅熱沉封裝時焊接界面的應力會導致芯片變形，出現(xiàn)“ smile”現(xiàn)象，嚴重影響激光器壽命。研究無失配材 料 AlN 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，在焊接過程中管芯移位小，產(chǎn)生很小的應力，能夠承受隨后在相對低的溫度下的后續(xù)組裝工藝。金錫焊料具有浸潤良好、強度高、導熱和導電性能優(yōu)良、無需助焊劑等特點。 （ 3） 選擇閾值、壽命、波長、發(fā)散角、功率一致的激光器進行封裝和集成 采用自動焊接設(shè)備進行封裝，提高成品率和一致性。通過已 有的高功率半導體激光器的測試技術(shù)平臺，完成關(guān)鍵工藝的過程檢測和最終檢測，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)及整個面陣的可靠性。 （ 4） 紅移效應抑制方法 山東省大功率半導體激光器工程實驗室 資金申請報告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 19熱特性是半導體激光器的關(guān)鍵特性。由于溫度升高必然帶來半導體激光器閾值電流增加、發(fā)射波長紅移，造成模式的不穩(wěn)定，同時還增加了內(nèi)部缺陷，對器件的壽命有嚴重影響。在電路設(shè)計上，將恒電流和恒功率有機的集成于一體，通過相應的開關(guān)調(diào)節(jié)，改變控制功能。對于恒電流，主要采用負反饋設(shè)計，應用電流 串聯(lián)負反饋原理取得恒流效果；對于恒功率的設(shè)計主要利用 PD（光檢測器）能夠檢測發(fā)光功率，并將其轉(zhuǎn)換成電信號的特性。對于恒溫控制系統(tǒng)也利用負反饋設(shè)計。解決了在寬溫條件下半導體激光器輸出功率不穩(wěn)定問題，同時還抑制了波長漂移等問題。 應用領(lǐng)域發(fā)展趨勢 半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應用范圍廣，目前已超過 300 種。因此在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。 軍事方面的應用：Ⅰ）激光引信；Ⅱ） 激光制導；Ⅲ）激光測距；Ⅳ）激光雷達，高功率半導體激光器已用于激光雷達系統(tǒng)；Ⅴ）激光模擬；Ⅵ）深海光通等。 在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)方面的應用： Ⅰ）光纖通信； Ⅱ）光盤存?。? Ⅲ）光譜分析； Ⅳ）光信息處理；Ⅴ）激光微細加工；Ⅵ）激光報警器；Ⅶ）激光機打印機；Ⅷ）激光條碼掃描器；Ⅸ）抽運固體激光器；Ⅹ）高清晰度激光電視等。 在醫(yī)療和生命科學研究方面的應用： Ⅰ）激光手術(shù)治療；Ⅱ）激光動力學治療；Ⅲ）生命科學研究等。 民用方面的應用： Ⅰ）激光指示；Ⅱ）激光玩具等。 目前我國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 1000 家。 上游外延、芯片，中游封裝，下游應用各環(huán)節(jié)均已進入量產(chǎn)階段， 中國擁有巨大的激光器工業(yè)和激光器市場。 2020 年我國實現(xiàn) LD產(chǎn)值為 100 億元， 2020 年應用市場規(guī)模達到 340 億元，預計到 2020 年國內(nèi)山東省大功率半導體激光器工程實驗室 資金申請報告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 20LD產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過 800 億元 ， 成為全球重要的 激光器 生產(chǎn)基地 。 隨著國內(nèi)半導體 激光器 技術(shù)日漸成熟和產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大，我國臺灣地區(qū)及國外企業(yè)開始大量向我國大陸轉(zhuǎn)移，我國大陸地區(qū)已經(jīng)成為半導體 激光器 產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、潛力最大的地區(qū)。 從 20 世紀 70 年代末開始，半導體激光器明顯向著兩個 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用的推動下，高功率半導體激光器在 20 世紀 90 年代取得了突破性進展，其標志是半導體激光器的輸出功率顯著增加，國外千瓦級的高功率半導體激光器已經(jīng)商品化，國內(nèi)樣品器件輸出已達到 600W。如果從激光波段的被擴展的角度來看，先是紅外半導體激光器，接著是 670nm 紅光半導體激光器大量進人應用，接著，波長為 650nm,635nm 的問世，藍綠光、藍光半導體激光器也相繼研制成功， MW 量級的紫光乃至紫外光半導 體激光器，也在加緊研制中。另外，還有高功率無鋁激光器 (從半導體激光器中除去鋁，以獲得更高輸出功率，更長壽命和更低造價的管子 )、中紅外半導體激光器和量子級聯(lián)激光器等等。 單管的大功率半導體激光器輸出功率有限 , 現(xiàn)在較為成熟的 808nm波長單管產(chǎn)品輸出功率最大不過三、五瓦 , 因此 , 人們把半導體激光器作成列陣來增大輸出功率。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)點是高亮度 , 但是很難實現(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 兩個量是互相矛盾的。所以在封裝研究過程中 , 提高封裝密度的同時 , 也要減少器件熱阻。降低熱阻的方法是使用微通道制冷。對于高占空比準連續(xù)和連續(xù)器件 , 微通道制冷是必須的。就比較成熟的 808nm 大功率半導體激光器列陣而言 , 產(chǎn)品功率已經(jīng)達到上千瓦 , 由數(shù)十個 bar 構(gòu)成 , 每個 bar 由數(shù)十個單管構(gòu)成?，F(xiàn)在出現(xiàn)了模塊化 , 即將激光晶體和列陣集成在一起。國內(nèi)中科院半導體研究所研制的 808nm 大功率列陣已經(jīng)形成產(chǎn)品。 激光電視是 21 世紀的電視機市場中最強的競爭者，目前國際上有德國山東省大功率半導體激光器工程實驗室 資金申請報告 北京國際工程咨詢公司 電話 :053182952375 21LDT 公司、韓國三星公司、日本索尼公 司和日本三菱公司開展了激光電視的研究，日本索尼公司開發(fā)的激光電視主要采用“直掃描”和“線掃描”方式，