半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料為增益介質(zhì)的激光器，依靠半導(dǎo)體能帶間的躍遷發(fā)光，通常以天然解理面為諧振腔。因此其具有波長(zhǎng)覆蓋面廣、體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)、泵浦方式多樣、成品率高、可靠性好、易高速調(diào)制等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有輸出光束質(zhì)量差，光束發(fā)散角大，光斑不對(duì)稱(chēng)，受到帶間輻射的影響導(dǎo)致光譜純度差、工藝制備難度高的特點(diǎn)。

本文針對(duì)半導(dǎo)體激光器光譜純度差、光束質(zhì)量差、大功率工作困難、難于實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)調(diào)控等缺點(diǎn)，以光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器、微納激光器和拓?fù)浣^緣體激光器的研究發(fā)展路線(xiàn)為載體，簡(jiǎn)要回顧新體制激光器的發(fā)展歷程，并通過(guò)研究總結(jié)相關(guān)器件的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)，總結(jié)了在多學(xué)科交叉的技術(shù)背景下，實(shí)現(xiàn)新物理、新概念以及新技術(shù)融合的方法，為我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出相關(guān)建議，以供參考。

幾種新體制半導(dǎo)體激光器簡(jiǎn)介

新物理、新概念以及新技術(shù)與半導(dǎo)體激光器的融合，為其發(fā)展注入了新鮮的血液，通過(guò)與光學(xué)、電磁學(xué)、微電子學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)以及量子力學(xué)的交叉滲透，催生出了許多新體制激光器，它們或者有大規(guī)模的集成應(yīng)用前景，或者有優(yōu)秀的光束和光譜質(zhì)量，或者有更高更穩(wěn)定的輸出功率，或者有更小的體積和突破衍射極限的光斑，或者便于調(diào)制和倍頻，或者具有讓人興奮的微小功耗。這些新體制激光器的發(fā)展，代表了半導(dǎo)體激光器技術(shù)的先進(jìn)水平，同時(shí)也反映著物理理論、工程技術(shù)以及制備工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，值得進(jìn)行深入的研究。其中，光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器、微納激光器和拓?fù)浣^緣體激光器（見(jiàn)圖1）分別代表了激光學(xué)科內(nèi)部的交叉應(yīng)用、激光器與光學(xué)的交叉應(yīng)用以及激光器與新興物理領(lǐng)域交叉應(yīng)用所催生出的新型半導(dǎo)體激光器，具有豐富的物理內(nèi)涵和應(yīng)用價(jià)值，本文將進(jìn)行較詳細(xì)的討論。

1、光泵浦垂直腔面發(fā)射激光器

光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器（OP-VECSEL），又稱(chēng)光泵浦半導(dǎo)體激光器（OPSLs），或半導(dǎo)體碟片激光器（SDL），是半導(dǎo)體激光與固體激光結(jié)合的產(chǎn)物。它的增益芯片采用半導(dǎo)體材料，與垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）非常相似；諧振腔結(jié)構(gòu)則采用固體激光器構(gòu)型，通常由半導(dǎo)體芯片上的分布布拉格反射鏡（DBR）和外腔鏡共同構(gòu)成；泵浦方式通常使用光泵浦，可以提供更靈活的工作方式和更優(yōu)良的器件性能。VECSEL 使用半導(dǎo)體芯片作為增益物質(zhì)，可以提供多種波長(zhǎng)選擇和寬譜的調(diào)諧范圍?；诠腆w激光器的光學(xué)腔使其可以方便進(jìn)行腔內(nèi)光學(xué)元件插入，易于進(jìn)行脈沖壓縮、和頻、差頻及光束整形，可以產(chǎn)生如超短脈沖激光、特殊波長(zhǎng)激光、太赫茲激光、多色激光等，滿(mǎn)足多種特殊應(yīng)用需求。

由于 OP-VECSEL 的上述特點(diǎn)，目前該領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容集中在提高輸出功率、波長(zhǎng)可調(diào)諧性，激光超短脈沖或超強(qiáng)脈沖產(chǎn)生以及特殊波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)設(shè)計(jì)等方面。就波長(zhǎng)覆蓋范圍來(lái)講，VECSEL 激光器目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了紫外波段到可見(jiàn)光波段再到紅外波段甚至太赫茲波段的全波段覆蓋。表 1 給出了不同波段 VECSEL 激光器的一些典型參數(shù)。通過(guò)腔內(nèi)倍頻 VECSEL 實(shí)現(xiàn)的最短激射波長(zhǎng)可以達(dá)到244 nm，使用雙波長(zhǎng)腔內(nèi)差頻實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)也可以達(dá)到 1.9 THz。目前，VECSEL 激光器的最高單片輸出功率紀(jì)錄為 106 W，最高重復(fù)頻率為 175 GHz，最小脈沖寬度為 60 fs 。

VECSEL 非常適合需要高性能光源的定制化應(yīng)用，正處于面向應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)階段，如特殊環(huán)境通信或特殊波長(zhǎng)傳感等。大量固體激光和半導(dǎo)體激光領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)被用來(lái)改善激光器的輸出特性。諧振腔設(shè)計(jì)、光譜控制、腔內(nèi)倍頻、鎖模、多程泵浦、碟片等固體激光技術(shù)，以及芯片制備和熱管理等半導(dǎo)體相關(guān)工藝技術(shù)都為 VECSEL 的發(fā)展提供了有力的基礎(chǔ)支撐。

垂直外腔激光器（見(jiàn)圖2）的高性能和靈活性特點(diǎn)使其非常適合定制化應(yīng)用，其發(fā)展應(yīng)該緊密結(jié)合應(yīng)用，以平臺(tái)建設(shè)為主，兼顧多波長(zhǎng)、多輸出特點(diǎn)的實(shí)用技術(shù)開(kāi)發(fā)。一方面需要針對(duì) VECSEL 本身的平臺(tái)化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)；另一方面，迫切需要進(jìn)行面向具體應(yīng)用的特定技術(shù)開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展，如開(kāi)發(fā)適用于特殊波長(zhǎng)、高光束質(zhì)量、窄線(xiàn)寬、寬調(diào)諧范圍等應(yīng)用的高性能激光系統(tǒng)等。

2、微納激光器

微納激光器通常指尺寸或模式尺寸接近或小于發(fā)射光波長(zhǎng)的激光器。其結(jié)構(gòu)小巧、閾值低、功耗低，在高速調(diào)制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是未來(lái)集成光路、光存儲(chǔ)芯片和光子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要組成部分，同時(shí)被廣泛應(yīng)用于生物芯片、激光醫(yī)療領(lǐng)域，并在可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域內(nèi)有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

最早的結(jié)構(gòu)微小化半導(dǎo)體激光器是垂直腔面發(fā)射激光器，將激光器的尺寸降低到了幾十微米量級(jí)，并在通信、電子消費(fèi)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。由于尺寸的降低往往代表著閾值和功耗的降低，在過(guò)去的50年中，半導(dǎo)體激光器的體積已經(jīng)減少了大約5個(gè)數(shù)量級(jí)。為了進(jìn)一步減小體積獲得更高的性能，人們嘗試了各種方法來(lái)進(jìn)行腔長(zhǎng)的壓縮和諧振腔的設(shè)計(jì)，如使用回音壁模式的微盤(pán)激光器、使用金屬核殼結(jié)構(gòu)的等離子激元激光器、基于法布里 –波羅腔的異質(zhì)結(jié)二維材料激光器等。表 2 介紹了幾種不同類(lèi)型的微納激光器特性比較。通過(guò)光學(xué)、表面等離子、二維材料等新興科學(xué)技術(shù)的引入，微納激光器目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三維尺寸衍射極限的突破?；诒砻娴入x子激元介電模式的 SPASER 激光器，橫向尺度可以做到 260 nm 以下，并可以實(shí)現(xiàn)電學(xué)泵浦?；谶^(guò)渡金屬二鹵化物（TMDC）的二維材料增益介質(zhì)，可以保證在激光器體積小型化的前提下，提供比一般半導(dǎo)體量子阱材料高幾個(gè)量級(jí)的材料增益，并可以實(shí)現(xiàn)三維尺寸上的突破衍射極限。此外，量子點(diǎn)材料的引入，也為激光器增益性能的提高提供了新的思路。

就各種微納激光器的發(fā)展程度來(lái)講，除 VCSEL已經(jīng)成功商用以外，其余類(lèi)型的激光器在實(shí)際應(yīng)用方面的道路依舊曲折，但微盤(pán)激光器的小尺寸，光子晶體激光器的低閾值和高速率，納米線(xiàn)激光器的靈活調(diào)控波長(zhǎng)以及等離子激元激光器的均衡性能使其在各自的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的發(fā)展前景。

微納激光器在不同場(chǎng)合的應(yīng)用，對(duì)于其性能要求有所不同，所適合的技術(shù)方案可能有很大差別。如在其最大的目標(biāo)市場(chǎng)光通信和光信息處理領(lǐng)域，成品率、可靠性與壽命方面的要求使得電泵浦的基于微納加工的解決方案更為適合；而在生物醫(yī)療領(lǐng)域，在生物兼容性和尺寸方面的嚴(yán)格要求下，光泵浦和自組織的方案會(huì)更有競(jìng)爭(zhēng)力。

微納激光器的發(fā)展需要強(qiáng)大的技術(shù)能力保證。除了微納加工技術(shù)以外，與之匹配的材料生長(zhǎng)技術(shù)、器件制備工藝，甚至檢測(cè)封裝技術(shù)均需要進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)，避免出現(xiàn)某項(xiàng)技術(shù)的缺位與短板，從而限制整個(gè)器件的性能水平。

3、拓?fù)浣^緣體激光器

拓?fù)浣^緣體激光器是半導(dǎo)體激光技術(shù)與凝聚態(tài)物理中“拓?fù)浣^緣體”概念的結(jié)合。利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的邊緣態(tài)概念，這種激光器對(duì)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)和缺陷不敏感，易于實(shí)現(xiàn)高輸出功率、高魯棒性、模式穩(wěn)定的激光。尤其在大功率激光器以及新興的納米光子激光器中，這種激光器對(duì)散射損耗和隨機(jī)制造缺陷不敏感的特點(diǎn)使其非常適用于高功率鎖模激光陣列和量子信息產(chǎn)生及傳輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用。

盡管距離首次提出基于半導(dǎo)體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拓?fù)浣^緣體激光器概念僅有兩年（2018 年首次提出），此類(lèi)激光器優(yōu)異的輸出穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)缺陷不敏感性已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外很多研究人員的關(guān)注，并逐漸成為了相關(guān)學(xué)科的研究熱點(diǎn)。目前此類(lèi)激光器大多以半導(dǎo)體微納拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成的光場(chǎng)或電子限制來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光器的定向單模激射。表 3 給出了幾種不同類(lèi)型的拓?fù)浣^緣體激光器。以2020年北京大學(xué)實(shí)現(xiàn)的納米腔拓?fù)浼す馄鳛槔@種激光器可以實(shí)現(xiàn)垂直發(fā)射的單模激光，出射方向可以通過(guò)器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，方向性高、體積小、閾值低、線(xiàn)寬窄，橫向和縱向模式都有很高的邊模抑制比。此外，利用拓?fù)鋵?duì)稱(chēng)的概念和其他新型激光器的結(jié)合，國(guó)際上已經(jīng)在理論上獲得了蜂窩對(duì)稱(chēng)的等離子 – 光子（衍射）拓?fù)?SPASER，六邊形等離激元金屬納米殼核陣列 SPASER以及太赫茲緊湊型量子級(jí)聯(lián)拓?fù)浼す馄鞯?。拓?fù)浣^緣體激光器方面的發(fā)展仍處于物理概念提出和驗(yàn)證階段。加強(qiáng)學(xué)科交叉，促進(jìn)多學(xué)科、多領(lǐng)域合作，結(jié)合半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)，創(chuàng)新的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是當(dāng)前的重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為整個(gè)激光產(chǎn)業(yè)的基石，而激光產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)生活不可分割的一部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年全球激光器的銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將維持 6% 的增長(zhǎng)速度，達(dá)到 146 億美元。其中半導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)規(guī)模（包括直接的半導(dǎo)體激光器，也包括固體激光器與光纖激光器的泵浦源）約為 68.8 億美元，占激光器整體市場(chǎng)的 50% 左右，年增長(zhǎng)率約為 15%。

以現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)看，整個(gè)行業(yè)主要包括材料、芯片、器件、模塊、系統(tǒng)等幾個(gè)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，但無(wú)論是上游的材料和芯片產(chǎn)業(yè)還是中下游的器件、模塊、系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)無(wú)疑都是技術(shù)密集和資金密集型產(chǎn)業(yè)，需要大量的技術(shù)沉淀積累和巨額的資金投入。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，國(guó)外市場(chǎng)客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的成本控制、器件性能的要求越來(lái)越全面，對(duì)產(chǎn)品的篩選也越來(lái)越嚴(yán)格，近年來(lái)，受到這些因素的影響，行業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了一些新的趨勢(shì)。

從應(yīng)用角度來(lái)講，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品正在從工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域向消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，其市場(chǎng)規(guī)?？赡苡瓉?lái)爆發(fā)性的增長(zhǎng)，但競(jìng)爭(zhēng)也將進(jìn)一步加劇。2018 年蘋(píng)果手機(jī)中采用 Lumentum 公司的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）作為傳感光源是這一趨勢(shì)的標(biāo)志性事件。后者通過(guò)在消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的深耕，帶動(dòng)和引導(dǎo)了市場(chǎng)的發(fā)展方向，利用創(chuàng)新的應(yīng)用，在技術(shù)先進(jìn)性不占優(yōu)勢(shì)的情況下，改變了與 II-VI、Finisar 等公司的競(jìng)爭(zhēng)格局。

從半導(dǎo)體激光器從業(yè)企業(yè)的角度看，其競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)與20世紀(jì)90年代的微電子行業(yè)有一定的類(lèi)似之處。都經(jīng)歷了從中小型企業(yè)自由競(jìng)爭(zhēng)，到通過(guò)合并重組產(chǎn)生的“巨無(wú)霸”型公司分割市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)路線(xiàn)。如本來(lái)在產(chǎn)業(yè)界就占優(yōu)勢(shì)地位的 Lumentum 與Oclaro 公司的合并以及 II-VI 與 Finisar 公司的重組，勢(shì)必對(duì)產(chǎn)業(yè)內(nèi)其他中小型企業(yè)的生存現(xiàn)狀產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

近年來(lái)新形式的半導(dǎo)體激光器公司也獲得了巨大發(fā)展，包括大型集成設(shè)計(jì)制造（IDM）公司，代工（Foundry）企業(yè)，無(wú)生產(chǎn)線(xiàn)（Fabless）公司等。

IDM 模式（垂直集成）公司，實(shí)際上是進(jìn)行半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)公司，以半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品為其核心競(jìng)爭(zhēng)力，但并不以它為最終產(chǎn)品形態(tài)。以 IPG 光電子公司、相干激光公司（Coherent）等固體激光、光纖激光和激光加工企業(yè)為代表。他們大多通過(guò)并購(gòu)或自行發(fā)展，在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了從材料、芯片、器件、模塊、系統(tǒng)的完整集成。最早實(shí)現(xiàn)“垂直集成”的 IPG 公司據(jù)此奠定了在光纖激光器領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，盡管有多余的生產(chǎn)能力，但半導(dǎo)體激光器甚至不作為產(chǎn)品出售。

Foundry企業(yè)主要從事外延和芯片工藝方面的工作。外延方面包括英國(guó) IQE、美國(guó)英特磊科技有限公司（IntelliEpi）、臺(tái)灣省全新光電、日本的住友化學(xué)。其中 IQE 所占據(jù)的整個(gè)外延芯片市場(chǎng)份額已達(dá)到 60%，與 VCSEL 應(yīng)用相對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)份額已達(dá)到 80%。芯片工藝方面，臺(tái)灣省的穩(wěn)懋、宏捷科、GCS 環(huán)宇占整個(gè)芯片代工市場(chǎng) 90% 的市場(chǎng)份額。這類(lèi)公司具備強(qiáng)大的專(zhuān)項(xiàng)能力和成本控制水平，可以助力客戶(hù)實(shí)現(xiàn)良好的成本和性能控制。

Fabless企業(yè)本身只從事半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試等工作，而委托 Foundry 進(jìn)行生產(chǎn)。這類(lèi)企業(yè)以中小型為主，但有些大型企業(yè)也會(huì)以類(lèi)似的方式將生產(chǎn)進(jìn)行外包，甚至向 Fabless 企業(yè)轉(zhuǎn)換，從而降低整體運(yùn)營(yíng)成本。如Lumentum 盡管本身具有垂直整合能力，但其 VCSEL 的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)主要由IQE 和穩(wěn)懋（WIN）代工完成；而 Avago 則將芯片工藝部分進(jìn)行了剝離，將其位于科羅拉多的工廠(chǎng)出售給了臺(tái)灣地區(qū)的穩(wěn)懋，而入股該公司，成為了該公司的第三大股東，生產(chǎn)也委托給穩(wěn)懋進(jìn)行。

通常來(lái)講，IDM 公司的半導(dǎo)體激光器在性能和可塑性上更具優(yōu)勢(shì)；而通過(guò) Foundry 與 Fabless 企業(yè)的組合可以將產(chǎn)品成本控制得更低。

從半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)與上下游產(chǎn)業(yè)的關(guān)系來(lái)看，其產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力強(qiáng)、先發(fā)效應(yīng)明顯，在產(chǎn)品中的性能比重遠(yuǎn)大于其價(jià)格比重。半導(dǎo)體激光器是系統(tǒng)應(yīng)用的核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)器件的功能和可靠性的系統(tǒng)驗(yàn)證又需要長(zhǎng)時(shí)間、大樣本量的閉環(huán)優(yōu)化，試錯(cuò)成本高，形成了較高的“門(mén)檻”。在半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)成熟的這一過(guò)程中，領(lǐng)先者與追趕者的差距被進(jìn)一步拉大。這是我國(guó)相關(guān)行業(yè)發(fā)展初期所面臨的主要問(wèn)題，尤其在中美貿(mào)易戰(zhàn)爆發(fā)以后，這一問(wèn)題得到了更充分的暴露。

近年來(lái)國(guó)家有針對(duì)性地對(duì)核心芯片進(jìn)行了大力扶持，在人才和技術(shù)儲(chǔ)備方面獲得了一定的基礎(chǔ)，先發(fā)效應(yīng)的影響得到了一定程度的緩解，但各種措施的真正見(jiàn)效，仍然需要一個(gè)過(guò)程。

我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，前弱后強(qiáng)的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。在下游系統(tǒng)行業(yè)，已經(jīng)涌現(xiàn)出如華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，光模塊企業(yè)也有蘇州旭創(chuàng)科技有限公司等先進(jìn)企業(yè)可以在國(guó)際上與同行進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。然而，在上游的光芯片環(huán)節(jié)，我國(guó)相關(guān)企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)能力極為不足，材料方面則更甚，相關(guān)企業(yè)規(guī)模均以中小型為主，從實(shí)力上難以與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。盡管政府的管理和支持熱情很高，但由于非業(yè)內(nèi)人員對(duì)芯片行業(yè)的認(rèn)識(shí)不足，同質(zhì)化嚴(yán)重，缺乏耐心和頂層設(shè)計(jì)，難以形成良好的產(chǎn)業(yè)鏈。整個(gè)產(chǎn)業(yè)處于有前景的產(chǎn)品無(wú)法獲得市場(chǎng)，市場(chǎng)資金不愿支持技術(shù)開(kāi)發(fā)的惡性循環(huán)中。某些成功的系統(tǒng)企業(yè)認(rèn)識(shí)到了這一問(wèn)題，進(jìn)行了垂直產(chǎn)業(yè)整合努力，但遇到了較大的困難，進(jìn)展緩慢。

我國(guó)在半導(dǎo)體激光行業(yè)的發(fā)展需求

我國(guó)在半導(dǎo)體激光行業(yè)發(fā)展的首要需求是保障國(guó)家戰(zhàn)略安全。半導(dǎo)體激光器是光通信、激光傳感、激光加工、激光泵浦的核心元器件，還可以直接應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光測(cè)距、激光武器、導(dǎo)彈制導(dǎo)、光電對(duì)抗等領(lǐng)域。

建設(shè)完整的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈條，形成正反饋，通過(guò)市場(chǎng)應(yīng)用，促進(jìn)前端核心芯片的加速成熟，利用成熟的芯片技術(shù)，帶動(dòng)新成果和新應(yīng)用的落地是我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)該選擇的最佳路徑。

我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期處于追趕階段，在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。從實(shí)際出發(fā)，針對(duì)新應(yīng)用，開(kāi)發(fā)新器件，占據(jù)“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”，是實(shí)現(xiàn)超越的有效途徑。

基于以上考慮，距市場(chǎng)真正成熟仍有一定發(fā)展距離的新體制激光器產(chǎn)業(yè)，無(wú)疑是解決這一矛盾的重要突破口。

首先，我國(guó)在新體制激光器的研發(fā)方面與國(guó)外的差距相對(duì)較小。受到近年來(lái)政策偏向的支持，我國(guó)在交叉學(xué)科融合以及新興半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域已經(jīng)有了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。尤其在微納光學(xué)和微納激光領(lǐng)域，我國(guó)的科研人員通過(guò)國(guó)際合作參與或主持了許多世界頂尖的研究成果，如果能夠?qū)⑦@些成果進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移，必定會(huì)為我國(guó)新體制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。其次，新體制激光器涉及基礎(chǔ)物理領(lǐng)域。我國(guó)近年來(lái)重視基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，為新體制激光器的發(fā)展提供了人才基礎(chǔ)和發(fā)展后勁。最后，在新體制激光器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，國(guó)外的發(fā)展與我們一樣處于起步階段，通過(guò)國(guó)家的資金和政策支持，我國(guó)的新體制激光器發(fā)展將有能力在世界新體制激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中占有一席之地。

技術(shù)的積累和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不能一蹴而就，在看到希望的同時(shí)也要正視所遇到的困難。我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然處于相對(duì)落后的狀態(tài)，無(wú)論是技術(shù)理論、人才儲(chǔ)備還是工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外的先進(jìn)企業(yè)。企業(yè)規(guī)模仍然以中小型民營(yíng)企業(yè)為主，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也主要面對(duì)中低端應(yīng)用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的產(chǎn)業(yè)變革。技術(shù)輸出仍然以單一技術(shù)或單一專(zhuān)利為基礎(chǔ)，無(wú)法形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，更無(wú)法建立完善的“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合體系。制造設(shè)備仍然以進(jìn)口設(shè)備為主，強(qiáng)烈依賴(lài)于國(guó)外的技術(shù)輸出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。所以，相關(guān)方向的政策扶植迫在眉睫。

對(duì)策建議

半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)在現(xiàn)代信息化社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)具有重要意義。充分發(fā)揮我國(guó)在市場(chǎng)方面的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)新應(yīng)用，堅(jiān)持自主的原則發(fā)展新技術(shù)，鼓勵(lì)新概念和學(xué)科交叉發(fā)展新理論，實(shí)現(xiàn)新體制的半導(dǎo)體激光器發(fā)展。新體制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域在國(guó)際范圍內(nèi)仍有廣闊的疆土。結(jié)合我國(guó)的政策優(yōu)勢(shì)、科技發(fā)展水平和人才儲(chǔ)備，在未來(lái)的 10~20年我們有希望在新體制半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域內(nèi)培育出可以與世界領(lǐng)先激光產(chǎn)業(yè)巨頭相抗衡的優(yōu)秀企業(yè)，為搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，為半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供源動(dòng)力。

首先，鑒于當(dāng)前半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的困難和挑戰(zhàn)，我國(guó)在近期的首要任務(wù)是有選擇、有針對(duì)性地扶植適用于特種應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器的研制和生產(chǎn)，如針對(duì)高功率、窄線(xiàn)寬、特殊波長(zhǎng)等應(yīng)用，進(jìn)行相關(guān)科研和技術(shù)攻關(guān)及企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移。充分評(píng)估國(guó)產(chǎn)器件性能，正視差距，努力提升，保證國(guó)家裝備安全。

其次，在民用領(lǐng)域，推動(dòng)成本敏感的半導(dǎo)體激光器國(guó)產(chǎn)化替代，充分利用市場(chǎng)導(dǎo)向和企業(yè)自身動(dòng)力，輔以地方政策引導(dǎo)扶植，注重相關(guān)產(chǎn)品的差異化，避免一窩蜂式發(fā)展是當(dāng)前的重要目標(biāo)。例如，相比電信應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中光器件和模塊生命周期短、維護(hù)較方便，進(jìn)入門(mén)檻相對(duì)較低；在激光加工系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器成本占比高，中低功率材料加工企業(yè)具有較高的替代意愿，也是國(guó)產(chǎn)器件的突破口。在這一過(guò)程中，還可以進(jìn)一步培育企業(yè)，培養(yǎng)人才。

最后，挖掘已有技術(shù)的應(yīng)用潛力。對(duì)于成熟的或者將近成熟的一些半導(dǎo)體激光器，如新體制的垂直外腔面發(fā)射激光器等，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行開(kāi)發(fā)或二次開(kāi)發(fā)，推進(jìn)技術(shù)的橫向拓展和領(lǐng)域交叉，針對(duì)新應(yīng)用進(jìn)行有針對(duì)性的技術(shù)提升，利用與系統(tǒng)和應(yīng)用廠(chǎng)商的緊密聯(lián)系占據(jù)“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”。

在中長(zhǎng)期，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高端半導(dǎo)體激光器的國(guó)產(chǎn)化和自主發(fā)展，需要國(guó)家層面更多的參與甚至主導(dǎo)，必要時(shí)可以采用政策扶植，資金和專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)傾斜等手段。

（1）充分利用我國(guó)在應(yīng)用端的巨大優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)I(lǐng)DM 模式公司或者公司群的建立。可以采用引導(dǎo)成立多個(gè)具有穩(wěn)定合作關(guān)系的縱向企業(yè)集團(tuán)的方式，實(shí)現(xiàn)器件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的反饋閉環(huán)，促進(jìn)前端核心材料和器件的成熟。

（2）下大力氣鼓勵(lì)和引導(dǎo)國(guó)產(chǎn)器件的應(yīng)用。采用國(guó)家投資或補(bǔ)貼的方式，建立完整的國(guó)產(chǎn)化替代示范平臺(tái)，在實(shí)際應(yīng)用條件下實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化核心器件評(píng)估；在此基礎(chǔ)上以政策傾斜、財(cái)政補(bǔ)貼等方式鼓勵(lì)國(guó)產(chǎn)器件應(yīng)用。

（3）建立具有芯片代工廠(chǎng)功能的全自主的、完整的新技術(shù)開(kāi)發(fā)通用平臺(tái)，以對(duì)技術(shù)水平要求高的新體制微納激光器為牽引，同時(shí)滿(mǎn)足無(wú)生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè)的激光器制備需求，提升綜合能力。尤其要彌補(bǔ)短板，掌握核心技術(shù)和關(guān)鍵工藝，避免“卡脖子”問(wèn)題，為新型半導(dǎo)體激光器的發(fā)展提供技術(shù)保障。

（4）鼓勵(lì)新概念、新器件，提前布局，掌握先發(fā)優(yōu)勢(shì)。開(kāi)展包括拓?fù)浣^緣體激光器等新體制半導(dǎo)體激光器及其相應(yīng)工藝的研究；鼓勵(lì)跨行業(yè)和前后端交流，在適當(dāng)階段由新概念開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)入針對(duì)具體應(yīng)用的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：（略）

文章來(lái)源：中國(guó)工程科學(xué)，作者韋欣 1, 2，李明 1，李健 1，汪超 1，李川川 1, 2，（1.中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)材料科學(xué)與光電技術(shù)學(xué)院）。