一、興業(yè)機械首席研究員:背景介紹。

 

　　2014 年10 月3 日,奧巴馬宣布將啟動“光量子集成制造技術(shù)(IntegratedPhotonics Manufacturing)創(chuàng)新中心”競標(biāo),——這也是奧巴馬15 個制造業(yè)創(chuàng)新中心計劃的第6 個實驗室,國防部將提供1 億美元資金支持,同時私人部門投資1 億美元,此次競標(biāo)是“美國制造業(yè)創(chuàng)新中心計劃”2014 年啟動的第2個項目,奧巴馬早前宣布將在年內(nèi)啟動4 個新項目。

 

　　該創(chuàng)新中心將關(guān)注在美國發(fā)展“端到端的(end-to-end)光量子集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈”,包括代工,集成設(shè)計工具,自動封裝,組裝和測試,以及人員培訓(xùn)。

 

　　光量子集成技術(shù),將像傳統(tǒng)的激光器、電子通信技術(shù)一樣在通信領(lǐng)域具有廣泛而多樣的應(yīng)用前景。它將帶來互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力的革命,一方面帶來更高的帶寬容量,另一方面成本更低。

 

　　同時,光量子集成技術(shù)將推動醫(yī)學(xué)技術(shù)革命,依托該技術(shù)可以生產(chǎn)比藥片更小,可以在血管中穿梭的微型相機,從而可以無創(chuàng)(不需要取血)檢測糖尿病患者的血糖水平。此外,光量子集成技術(shù)還有望將個人基因測序的成本從目前的5000 美元降低到1000 美元。

 

　　在國防領(lǐng)域,光量子集成技術(shù)將會在顯著提升戰(zhàn)場成像質(zhì)量、雷達(dá)(全光子雷達(dá))性能等方面有廣闊應(yīng)用前景。

 

　　2011 年10 月,國際知名納米科學(xué)專家王肇中博士后加盟華工科技成為華工首席科學(xué)家,負(fù)責(zé)量子點激光器的研發(fā)和推廣。量子點激光器是最新一代量子工程研究的成果,在國際上處于技術(shù)前瞻性研究,公司已經(jīng)開始工程實踐性研究,主要集中精力解決了項目最前端的外延材料生長環(huán)節(jié),包括MOCVD 外延設(shè)備的引進(jìn),外延技術(shù)團(tuán)隊的建設(shè)和外延技術(shù)的開發(fā),公司主要著重材料和設(shè)備的研發(fā)。

 

　　二、華工科技子公司華工正源總工程師:公司及行業(yè)介紹。

 

　　1. 公司基本情況。

 

　　華工正源光子技術(shù)有限公司成立于2001 年3 月,注冊資本4.41 億元,是華工科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司的核心子公司?，F(xiàn)有員工2000 余人,包括多名業(yè)界資深及海外歸國的高級技術(shù)專家,廠房面積21000 平方米,其中超凈化面積10600 平方米,包括2200 平方米千級以及250 平方米百級超凈化車間。正源光子致力于為客戶提供高性價比產(chǎn)品的主流光器件制造商,具備從管芯-TO-器件-模塊垂直整合能力,擁有管芯-TO-器件-模塊大規(guī)模生產(chǎn)線,特別是在核心的激光器芯片產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面,公司擁有一條自主半導(dǎo)體量子點激光器芯片生產(chǎn)線,相關(guān)的MOCVD、光刻機、PECVD 等相關(guān)測試檢測設(shè)備具備每月120 萬片的生產(chǎn)能力,在MO 生產(chǎn)技術(shù)方面擁有多項發(fā)明專利。雖然目前公司芯片加工平臺停留在3-5 微米級水平,距離實現(xiàn)量子點激光器大規(guī)模生產(chǎn)仍有差距,但我們有多年從事量子點激光器生產(chǎn)的工程技術(shù)人員,以及他們所積累的在微納加工方面的工藝技術(shù)、激光器測試經(jīng)驗,為我們早日實現(xiàn)高端量子點激光器大規(guī)模研發(fā)和生產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)。公司有覆蓋國內(nèi)外的銷售服務(wù)網(wǎng)絡(luò),主要客戶包括華為,中興,谷歌、Cisco、諾西等國內(nèi)外頂尖系統(tǒng)設(shè)備制造商。

 

　　2. 量子點技術(shù)。

 

　　21 世紀(jì),量子力學(xué)從理論研究走向了實際應(yīng)用,在量子力學(xué)的框架下,當(dāng)前蓬勃發(fā)展的光電子工業(yè)可以簡單地看成微電子技術(shù)和光子技術(shù)的結(jié)合體。從電動力學(xué)到量子力學(xué)的發(fā)展,半導(dǎo)體量子激光器是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的元器件,是電子技術(shù)和光子技術(shù)結(jié)合必不可缺的光源,在光電子工業(yè)中,激光器的芯片技術(shù)是整個工業(yè)的核心基礎(chǔ)。近25 年來,物理激光器的研發(fā)經(jīng)歷了從經(jīng)典到量子的演變:從三維(晶體激光器、半導(dǎo)體二極管激光器等傳統(tǒng)激光器)到二維(量子型激光器FCDIB),從一維(量子線激光器)到零維(準(zhǔn)量子激光器)。激光器的體積越來越小,光電轉(zhuǎn)換效率越來越高。量子點激光器是在量子阱與量子線激光器基礎(chǔ)之上,對注入的載流子進(jìn)行三維量子限制,是目前國際上半導(dǎo)體激光器研發(fā)的前沿領(lǐng)域。量子點激光器具有獨特的物質(zhì)性能,比如:比較窄的尖峰式強度分布、量子的共振隧深、非線性光學(xué),因而具有更強的干涉性、更低的閾值電流以及更高的特性溫度,可以極大的改善器件的光電轉(zhuǎn)換性能。在半導(dǎo)體光電器件中,光電的轉(zhuǎn)化是半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)外延片,是由若干個對布拉格反射鏡子構(gòu)成的圍槍眼產(chǎn)生激光,與硅晶圓片在電子工業(yè)中的作用類似。因此半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的外延片是整個光電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料,對后期方案的工業(yè)水平起到了決定性的作用。因此,外延片的水平?jīng)Q定了整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展水平。量子點激光器的技術(shù)難點有2 個:一是制造激光器的材料是外延片,另一個是激光器制作工藝是微納米技術(shù)。量子點材料制備有2 種方法:一是在半導(dǎo)體的襯底上用光刻腐蝕等微加工技術(shù)制造出一定圖形,再在此圖形上生長出量子點,這是行業(yè)常用方法。另一種是在晶格償付片的體系中用S-K 模式生產(chǎn)出量子點的整粒。國內(nèi)在實現(xiàn)量子點激光器量產(chǎn)所需要的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)包括外延片的生產(chǎn)工藝以及微納加工工藝。稍后會介紹目前 這2 個技術(shù)工藝在國內(nèi)外發(fā)展水平。

 

　　3. 量子點激光器的應(yīng)用前景。

 

　　半導(dǎo)體激光器在民用軍用方面均有極大運用途徑。民用方面涉及:光纖通信、平面顯示、新一代光伏器件、單光源器件、激光打標(biāo)以及光存儲。軍用方面涉及:各類激光武器、激光雷達(dá)、激光測速器等。隨著信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展,下一代網(wǎng)絡(luò)和云計算功能以及高速光通訊等發(fā)展要求整個傳輸容量越來越大,帶寬越來越高,光電轉(zhuǎn)化效率要求越來越高、對能耗功耗要求越來越嚴(yán)格,對信息傳輸保密性的要求越來越強,從而對核心光器件的要求越來越高。這個核心量子點激光器具備低閾值電流、高通訊保密性,高光轉(zhuǎn)換效率、更強的干涉性,這些特點使其能取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器。量子點激光器這些特點可以極大地改善性能,能在高速光通訊、量子通訊、圖像顯示、精密制造、導(dǎo)航、高功率激光武器等方面得到巨大的應(yīng)用,是國際上極受關(guān)注的前沿研究領(lǐng)域。此外,因其極低的閾值電流、良好的溫度穩(wěn)定性,在光纖入網(wǎng)具有大規(guī)模應(yīng)用前景,可以極大降低能耗,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。量子點激光器技術(shù)將應(yīng)用在下一代網(wǎng)絡(luò)、云計算工程集成的線路。

 

　　4. 國內(nèi)外量子點激光器發(fā)展現(xiàn)狀。

 

　　準(zhǔn)量子點激光器芯片在國內(nèi)外光電行業(yè)有大規(guī)模應(yīng)用,比如PDSU 等公司掌握了這些核心技術(shù)。目前國內(nèi)沒有廠家能夠大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)量子點激光器。比如:日本公司,他們生產(chǎn)的量子點激光器能在220 度的溫度下運作,功率達(dá)到30 毫瓦;英國808 納米級量子點激光器工作溫度可達(dá)180 度,在該溫度下,軍事衛(wèi)星、彈體有廣闊應(yīng)用空間。目前量子點激光器整個極限工作溫度為95 度,激光器單個晶體輸出功率達(dá)幾百甚至一千毫瓦,可以輸出更大功率;加拿大溫哥華計劃利用量子點激光技術(shù)來打造數(shù)據(jù)中心,應(yīng)用低成本光接收器,用于500 到1000G 的高速通訊,他們宣稱這種技術(shù)能大幅度降低光電子器件成本。目前,國內(nèi)量子點激光器基礎(chǔ)研究水平已達(dá)國際前沿。比如,中國半導(dǎo)體所、上海技術(shù)物理所、中國科技大學(xué)和南京大學(xué)科研單位整個基礎(chǔ)研究水平取得了不錯的成果,并在國內(nèi)獲得一些獎項,也在國際著名期刊發(fā)表了不少文章。量子點激光器經(jīng)過二十多年的研究與發(fā)展,已形成比較系統(tǒng)的理論和加工基礎(chǔ)。一些發(fā)達(dá)國家,比如日本、美國、加拿大、俄羅斯,投入大量資源用于研究開發(fā),他們的大規(guī)模應(yīng)用指日可待。我們公司基于這樣的應(yīng)用前景,結(jié)合目前基礎(chǔ)、資源,策劃這樣一個項目。

 

　　5.項目團(tuán)隊組成。

 

　　正源公司量子點激光器研發(fā)團(tuán)隊組成,以正源自身半導(dǎo)體激光器研發(fā)團(tuán)隊為核心實施研發(fā),在王肇中博士的指導(dǎo)下進(jìn)行預(yù)研和工藝設(shè)備選型,同時需要再引進(jìn)3-4名業(yè)內(nèi)專業(yè)量子點技術(shù)人員,在正源已有的工藝平臺和量子點工藝平臺建設(shè)的基礎(chǔ)上實施量子點激光器的預(yù)研和研發(fā)工作。

 

　　6.項目進(jìn)展情況。

 

　　量子點激光器是新一代量子工程研究成果,目前工程實質(zhì)性研究處于剛剛起步階段,離商用和批量化生產(chǎn)仍有一段時間。整個研發(fā)投入巨大,預(yù)期前期(包括廠房)3 個億左右,后期隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)可能會繼續(xù)加大投入。整個研發(fā)團(tuán)隊人員要求比較高,特別對于涉及材料、半導(dǎo)體、微納加工、光電、熱學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的人員,需要一批高素質(zhì)研發(fā)團(tuán)隊。目前計劃隨著進(jìn)程推進(jìn),在現(xiàn)有團(tuán)隊基礎(chǔ)上,從國內(nèi)外引進(jìn)3 名在相關(guān)領(lǐng)域有豐富工作經(jīng)驗的專家。項目從量子工程延續(xù)到性能測試評估,涉及整條供應(yīng)鏈,因而預(yù)期整個研發(fā)周期為5 年左右。預(yù)計外延片的研發(fā)需要2-3 年,包括后面封裝測試等等。目前項目正在認(rèn)證,希望通過充分認(rèn)證,能更清楚地評估投入、收益、效率。