【正文】 半導體激光二極管具有體積小、效率高、功耗低、固體化、易于調(diào)制等優(yōu)點，廣泛用于通信、光儲存、 DVD、VCD、目標指示、醫(yī)療、軍事等領域。（二）發(fā)展半導體激光器意義1960 年，世界上第一臺激光器誕生。激光技術的發(fā)展，極大地帶動了相關科學研究的蓬勃發(fā)展，帶來了遍及社會和經(jīng)濟生活各個領域的廣泛用途。像蒸汽機、機械工具、電氣、晶體管、 計算機這些根本性的創(chuàng)新一樣，激光是一項通用技術，它提供了可以在大量實際領域應用的技術能力，對科學技 術和經(jīng)濟社會的發(fā)展都具有極其深遠的影響。 激光是 100％單色光，激光顯示采用紅、綠、藍三色光分別調(diào)制，彩色效果非常理想。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，而且價格便宜，比起現(xiàn)在的電視機特別是大屏幕顯示擁有巨大的優(yōu)勢。其中大功率激光器是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心。據(jù)國際權威機構預測，二十一世紀將進入以 LD 為代表的新型激光顯示時代。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)字顯示技術后的第四代核心顯示技術。日本、韓國在液晶顯示和等離子顯示領域已經(jīng)取得領先的技術和市場地位，如今又將發(fā)展方向鎖定在激光顯示技術。為了抓住顯示技術更新?lián)Q代所帶來的巨大商機，各國都在加大對激光顯示技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度。有專家表示，我國可以自主發(fā)展大色域激光顯示技術而不受制于國外專利。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:05318295237510（三）世界產(chǎn)業(yè)格局半導體激光器在技術上具有基礎性研究與應用開發(fā)同步的特點，在產(chǎn)業(yè)上具有產(chǎn)業(yè)鏈長，多學科、多領域交叉融合的特點，同時半導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、德為先進技術代表，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域的研發(fā)力度。在 2022 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。2022 年我國實現(xiàn) LD 產(chǎn)值為 億元， 2022 年應用市場規(guī)模達到 億元，預計到 2022 年國內(nèi) LD 產(chǎn)業(yè)的規(guī)模將超過 億元。發(fā)展半導體激光器產(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。我國的半導體激光器產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構還不是很合理。外延和芯片產(chǎn)業(yè)是整個半導體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最終支持力量，也是技術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，突破核心技術的研發(fā)、形成自主知識產(chǎn)權，應對半導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，適應了市場需求，逐步占領了高端市場。建設大功率半導體激光器工程實驗室，迅速提高 LD 技 術水平和產(chǎn)品檔次，對于促進我國半 導體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動我省半導體激光器產(chǎn)業(yè)基地建設是十分必要的。山東華光光電子有限公司依托現(xiàn)有的基礎，開展山東省大功率半導體激光器工程實驗室建設，以國際半導體激光器產(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，圍繞國家半導體激光器產(chǎn)業(yè)升級和重大戰(zhàn)略任務、重點工程對半導體激光器技術進步的迫切需求，通過產(chǎn)學研相結合的半導體照明制造技術研究開發(fā)實體運行，為突破我國半導體激光器及相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的工程化關鍵技術及裝備制約發(fā)揮至關重要的作用。其項目建設的意義如下： 是提升我國半導體激光產(chǎn)業(yè)核心競爭力的有效手段 通過組建大功率半導體激光器工程實驗室，強化我國半導體激光器產(chǎn)業(yè)技術原始創(chuàng)新能力，突破激光二極管外延材料、芯片關鍵工藝技術，有利于打破日、美、德等發(fā)達國家對我國半導體激光器產(chǎn)業(yè)的技術壁壘，降低對國外芯片的依賴，有效提升我國半導體激光產(chǎn)業(yè)核心競爭能力。半導體激光器屬于新興行業(yè)，發(fā)展速度之快使得國家標準顯得相對滯后，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)技術創(chuàng)新主體地位的重要途經(jīng) 建設大功率半導體激光器工程實驗室有利于引導企業(yè)加大研究開發(fā)設施建設和研發(fā)活動的投入，有效整合產(chǎn)學研資源，以企業(yè)發(fā)展、市場需求為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:05318295237513導向，以提升企業(yè)核心競爭力為目標，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創(chuàng)新活動的主體。山東華光“大功率半 導體激光器工程實驗室” 的建設將為山東建設半導體激光器產(chǎn)業(yè)基地奠定強有力的技術支持。 國內(nèi)外技術現(xiàn)狀 國外技術現(xiàn)狀從二十世紀八十年代開始，隨著半導體激光器外延生長技術和量子阱結構半導體激光器技術的迅速發(fā)展，大功率半導體激光器在輸出功率和可靠性方面都取得了巨大進步，到 2022 年，單條器件輸出功率已超過 100W，功率轉換效率約為 40%60%，壽命 長達 10000h。在此項目推 動下，最近幾年大功率半導體激光器的研究工作獲得了顯著的進步，功率轉換效率在逐步提高，同其他國家相差逐漸縮小。同時研制出了 無鋁寬波導分 別限制異質(zhì)結多量子阱 (BWSCHQW) 結構激光器，準連續(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技術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:05318295237515國外多家公司有 808nm 單管激光器產(chǎn)品，有 CS 封裝結構、快軸壓縮結構、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域已經(jīng)取得領先的技術和市場地位，如今又將下一代顯示技術的發(fā)展方向鎖定在激光顯示技術。為了抓住顯示技術更新?lián)Q代所帶來的巨大商機，各國都在加大對激光顯示技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度。自 2022 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，主要有中科院半導體所、長春光機所、長春理工大學、清華大學、山東大學、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公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:05318295237516司、武漢凌云科技有限責任公司、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)療設備，第四位是激光加工設備。在外延結構設計方面國內(nèi)研究機構普遍采用了應變量子阱結構，同時采用無鋁有源區(qū)提高端面光學災變損傷的功率密度。國內(nèi)研究機構積極申報知識產(chǎn)權，具不完全統(tǒng)計在中國注冊的激光器相關的專利有 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。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、光束整形和光纖耦合技術、光學系統(tǒng)設計等多個方面，可實現(xiàn)產(chǎn) 品的自主知識產(chǎn)權。 2022 年，我國在該技術領域實現(xiàn)重大突破，推出全固態(tài)激光顯示原理樣機；2022 年，我國研制出 60 英寸背投激光顯示機；2022 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:05318295237517激光顯示專利涉及到激光器外延材料激光顯示系統(tǒng)的主要關鍵環(huán)節(jié)和核心技術，特 別在共性核心技術領域——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，總數(shù)在 50 項左右，處于國際領先地位?！爸袊す怆娨?的研發(fā) 是與世界同步的，在一些領域甚至是領先世界” ，邢廷文告訴記者。2022 年 6 月，國家 863 正式批準該項目并開始研發(fā)。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)有幾家機構處于起步階段，但是少有產(chǎn)品和相關文獻。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)權的單元技術，且部分核心技術具有原創(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。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。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。提高器件光學膜的損傷閾值等提高器件的可靠性、降低成本。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力、薄膜的厚度和生長率等量。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。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。（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。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。通過已有的高功率半導體激光器的測試技術平臺，完成關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:05318295237519陷，對器件的壽命有嚴重影響。對于恒電流，主要采用負反饋設計，應用電流串聯(lián)負反饋原理取得恒流效果；對于恒功率的設計主要利用 PD（光檢測 器）能夠檢測發(fā)光功率，并將其轉換成電信號的特性。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。因此在各個領域得到了廣泛的應用。在產(chǎn)業(yè)和技術方面的應用：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。民用方面的應用：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)半導體激光器技術日漸成熟和產(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、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:05318295237520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