【正文】 資金申請報告 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，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， 同時 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、德為先進技術(shù)代表，韓國、中國臺灣、中國大陸奮起直追的競爭格局。美國、日本、德國三個國家激光產(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。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 乎被幾個大公司壟斷。 作為“下一代”顯示技術(shù)競爭的焦點， 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。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。 世界 LD 產(chǎn)業(yè)初步形成美國、亞洲、歐洲三大區(qū)域為主導(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。 2020 年我國實現(xiàn) LD 產(chǎn)值為， 2020 年應(yīng)用市場規(guī)模達到 ，預(yù)計到 2020 年國內(nèi) LD 產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過 億元。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。 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。外延和芯片產(chǎn)業(yè)是整個半導(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。 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。在研發(fā)的推動下，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品由低功率不斷向高功率邁進，適應(yīng)了市場需求，逐步占領(lǐng)了高端市場。建設(shè) 大功率半導(dǎo)體激光器工程實驗室 ， 迅速提高 LD 技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次，對于促進我國半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動我省半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)是十分必要的。 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)體激光器工程實驗室 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，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)、重點工程對 半導(dǎo)體 激光器 技術(shù)進步的迫切需求，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)實體運行，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。其項目建設(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)體激光器工程實驗室 ，強化我國半導(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。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。 是強化企業(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)體激光器工程實驗室 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)體激光器工程實驗室 資金申請報告 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，促進企業(yè)成為科技投入和技術(shù)創(chuàng)新活動的主體。 山 東華光“ 大功率半導(dǎo)體激光器工程實驗室 ”的建設(shè)將為山東 建設(shè) 半導(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)基地奠定強有力的 技術(shù) 支持。 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 10000h。在此項目推動下，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步，功率轉(zhuǎn)換效率在逐步提高，同 其他國家 相差逐漸縮小。同時研制出了 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 ）輸出功率達到 (條寬為 100um, 腔長為 2mm)。 JDSU 公司采用非對稱波導(dǎo)技術(shù)減少自由載流子吸收， 808nm 激光器效率達到 60%， 980nm 激光器的效率提高到％。 山東省大功率半導(dǎo)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 15國外多家公司有 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。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％。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。如美國的 JDSU 、 COHERENT ，德國的 OSRAM、西門子等。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，如今又將下一代顯示技術(shù)的發(fā)展方向鎖定在激光顯示技術(shù)。為了抓住顯示技術(shù)更新?lián)Q代所帶來的巨大商機，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。自 2020 年至今先后有多家公司推出激光電視概念樣機。日本、美國、韓國、德國等發(fā)達國家加強激光顯示技術(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。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、長春光機所、長春理工大學(xué)、清華大學(xué)、山東大學(xué)、中電集團 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山東省大功率半導(dǎo)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 16公司 、武漢凌云科技有限責(zé)任公司、中科院長春光機所等，其中除 山東 瑞森華光 等少數(shù)企業(yè)進行外延材料生長外其他企業(yè)都以封裝和應(yīng)用為主。其中光存儲銷售額最大，其次是檢測，第三位是激光醫(yī)療設(shè)備，第四位是激光加工設(shè)備。 在外延結(jié)構(gòu)設(shè)計方面國內(nèi)研究機構(gòu)普遍采用了應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)，同時采用無鋁有源區(qū)提高端面光學(xué)災(zāi)變損傷的功率密度。 國內(nèi)研究機構(gòu)積極申報知識產(chǎn)權(quán)，具不完全統(tǒng)計在中國注冊的激光器相關(guān)的專利有 530 多項，其中國內(nèi)企業(yè)申請和持有的專利數(shù)在 200 項左右。項目申請承擔(dān)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(xué)擁有 15 項、山東瑞森華光光電子有限公司擁有 7 項。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)計等多個方面，可實現(xiàn)產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權(quán)。 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。 山東省大功率半導(dǎo)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。 “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。 2020 年 6 月，國家 863 正式批準(zhǔn)該項目并開始研發(fā)。國內(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。 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(yīng)用的比較完整的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)體系。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。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。提高器件光學(xué)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(dǎo)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。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(yīng)力、薄膜的厚度和生長率等量。產(chǎn)生應(yīng)力的因素有封裝熱沉、焊接工藝、光學(xué)膜成膜工藝和機械化學(xué)拋光工藝。銅熱沉封裝時焊接界面的應(yīng)力會導(dǎo)致芯片變形，出現(xiàn)“ smile”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響激光器壽命。 （ 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。金錫焊料具有浸潤良好、強度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能優(yōu)良、無需助焊劑等特點。通過已 有的高功率半導(dǎo)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。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。由于溫度升高必然帶來半導(dǎo)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(yán)重影響。對于恒電流，主要采用負反饋設(shè)計，應(yīng)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。解決了在寬溫條件下半導(dǎo)體激光器輸出功率不穩(wěn)定問題，同時還抑制了波長漂移等問題。因此在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)方面的應(yīng)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。 民用方面的應(yīng)用： Ⅰ）激光指示；Ⅱ）激光玩具等。 上游外延、芯片，中游封裝，下游應(yīng)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。 隨著國內(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(dǎo)體 激光器 產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、潛力最大的地區(qū)。另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器。如果從激光波段的被擴展的角度來看，先是紅外半導(dǎo)體激光器，接著是 670nm 紅光半導(dǎo)體激光器大量進人應(yīng)用，接著，波長為 650nm,635nm 的問世，藍綠光、藍光半導(dǎo)體激光器也相繼研制成功， MW 量級的紫光乃至紫外光半導(dǎo) 體激光器，也在加緊研制中。 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波長單管產(chǎn)品輸出功率最大不過三、五瓦 , 因此 , 人們把半導(dǎo)體激光器作成列陣來增大輸出功率。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。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。對于高占空比準(zhǔn)連續(xù)和連續(xù)器件 , 微通道制冷是必須的?，F(xiàn)在出現(xiàn)了模塊化 , 即將激光晶體和列陣集成在一起。 激光電視是 21 世紀(jì)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(dǎo)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