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根據(jù)功率大小需求加入不同的熱沉材料，在反應(yīng)爐生長(zhǎng)的外延材料成為薄薄的外延片，再經(jīng)過(guò)光刻、解理等工藝變成激光芯片，在自動(dòng)化車(chē)間進(jìn)行集成封裝，變成毫瓦、瓦、千瓦、萬(wàn)瓦、十萬(wàn)瓦級(jí)別的激光器，再被應(yīng)用于掃地機(jī)、無(wú)人駕駛的激光雷達(dá)，激光切割、雕刻、焊接等加工設(shè)備，以及激光顯示、醫(yī)療、道路監(jiān)控等各種應(yīng)用場(chǎng)景——在山東華光光電子股份有限公司，記者看到了一條激光產(chǎn)業(yè)上游鏈條。
“燒水壺的功率可以達(dá)到2000瓦，10萬(wàn)瓦相當(dāng)于燒水壺功率的50倍。但這個(gè)10萬(wàn)瓦激光器還能保持很小的體積，這里面聚集了很多核心技術(shù)。比如怎么讓光子更集中，怎么在保證10萬(wàn)瓦功率的同時(shí)，在如此小的范圍內(nèi)處理將近10萬(wàn)瓦的熱量。”山東華光光電子股份有限公司戰(zhàn)略產(chǎn)品部總經(jīng)理李沛旭向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示。
激光器是激光的發(fā)生裝置，而激光芯片是激光器中將電能高效轉(zhuǎn)換為光能的核心元器件，激光芯片的制造又以外延材料生長(zhǎng)為難點(diǎn)。而華光光電已經(jīng)跑通了從激光器外延材料、芯片、器件、模組再到系統(tǒng)的鏈條，并不斷向更高功率、更高效率的激光器產(chǎn)品進(jìn)發(fā)。
做好激光產(chǎn)業(yè)鏈的“大心臟”
激光芯片是半導(dǎo)體激光器的心臟，其功率、效率及可靠性等指標(biāo)，直接影響著激光器的性能和下游激光設(shè)備輸出光束的質(zhì)量和功率。作為激光產(chǎn)業(yè)上游的核心部件，激光芯片具有較高的技術(shù)門(mén)檻。
李沛旭向《中國(guó)電子報(bào)》記者指出，激光芯片的技術(shù)門(mén)檻主要分兩類(lèi)：一是高質(zhì)量外延材料的生長(zhǎng)門(mén)檻，這是最為核心關(guān)鍵的基礎(chǔ)能力。二是高功率芯片工藝技術(shù)，決定了高功率激光器芯片的功率和可靠性。
從上世紀(jì)90年代起，激光技術(shù)被廣泛應(yīng)用到微電子、汽車(chē)工業(yè)、船舶制造業(yè)等領(lǐng)域，成為全球各國(guó)提高制造業(yè)裝備水平的著力點(diǎn)。但在當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)使用的激光器芯片主要依賴(lài)進(jìn)口。據(jù)李沛旭回憶，當(dāng)時(shí)一只1瓦的激光器，市面上能賣(mài)到一兩千塊錢(qián)。1999年，華光光電肩負(fù)核心元器件研發(fā)的使命在濟(jì)南應(yīng)運(yùn)而生。2001年，國(guó)內(nèi)第一只具備商品化能力的650nm、808nm激光器在華光光電下線。2003年，華光光電650nm半導(dǎo)體激光芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，降低了國(guó)內(nèi)650nm半導(dǎo)體激光芯片對(duì)進(jìn)口的依賴(lài)。在此基礎(chǔ)上，華光光電不斷擴(kuò)充產(chǎn)品的功率和波長(zhǎng)覆蓋范圍。
截至目前，華光光電的半導(dǎo)體激光器芯片及巴條已經(jīng)覆蓋了5mW~700W的功率范圍和635nm~1064nm的波長(zhǎng)范圍?！?007年，我們?cè)谕呒?jí)激光器取得突破，為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)提供了更具性?xún)r(jià)比的選擇。如今，瓦級(jí)激光器只需十幾塊錢(qián)就能買(mǎi)到。”李沛旭告訴記者。
除了為市場(chǎng)輸送更加多樣的激光產(chǎn)品，華光光電還進(jìn)一步補(bǔ)全了自身的激光產(chǎn)業(yè)鏈，在掌握了半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生長(zhǎng)、芯片設(shè)計(jì)與制備的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，建立了半導(dǎo)體激光器外延片、芯片、器件、模組垂直一體化生產(chǎn)體系?！拔覀兺ㄟ^(guò)半導(dǎo)體激光器外延材料、芯片、器件、模組、系統(tǒng)全鏈條創(chuàng)新，建立了高性能激光器的設(shè)計(jì)、技術(shù)、工藝和工程體系，實(shí)現(xiàn)了高性能半導(dǎo)體激光器泵浦源的批量化生產(chǎn)，并得到了廣泛應(yīng)用。”李沛旭說(shuō)道。
揭榜立項(xiàng)勇攀技術(shù)高峰
在半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，更高功率、更高效率、高可靠性、低成本是永不過(guò)時(shí)的挑戰(zhàn)。2019年，華光光電啟動(dòng)對(duì)高功率915nm激光芯片的研發(fā)，挑戰(zhàn)也接踵而至。比如該類(lèi)芯片主要使用AlGaAs材料，外延生長(zhǎng)條件與華光650nm、808nm激光器采用的AlGaInP材料差別較大。
華光光電研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)摸索和測(cè)試，確定了每層材料生長(zhǎng)的基本條件。然而，第一款915nm芯片在功率和轉(zhuǎn)換效率上未能達(dá)到標(biāo)桿要求。通過(guò)改善芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在第四代產(chǎn)品解決了這一問(wèn)題。隨后，芯片在客戶驗(yàn)證中又出現(xiàn)了隨機(jī)失效現(xiàn)象。
最終研發(fā)團(tuán)隊(duì)用時(shí)一年多進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)并修改設(shè)計(jì)，最終解決了這一關(guān)鍵的可靠性問(wèn)題。經(jīng)歷幾十次的試驗(yàn)和失敗，研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年在915nm高功率芯片的可靠性和壽命上取得突破，目前華光光電的35W和45W芯片已經(jīng)批量用于國(guó)內(nèi)工業(yè)激光器客戶?！凹夹g(shù)創(chuàng)新是核心，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新是技術(shù)創(chuàng)新的具體轉(zhuǎn)化。
作為技術(shù)驅(qū)動(dòng)型企業(yè)，我們對(duì)于科技創(chuàng)新帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的感受非常明顯，在這一理念的支持下，我們實(shí)施了研發(fā)項(xiàng)目揭榜立項(xiàng)等激勵(lì)措施，鼓勵(lì)研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和成果轉(zhuǎn)化?！崩钆嫘裾f(shuō)道。華光光電成立25年來(lái)，一直將技術(shù)研發(fā)放在公司核心位置，持續(xù)加大研發(fā)投入，提升自主創(chuàng)新能力。在研發(fā)中實(shí)行項(xiàng)目“揭榜立項(xiàng)”制，圍繞亟待攻克的技術(shù)和研發(fā)項(xiàng)目簽訂項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，配套相關(guān)激勵(lì)政策，進(jìn)一步提升了研發(fā)人員在研發(fā)過(guò)程中的主人翁意識(shí)，有效增強(qiáng)研發(fā)積極性。
此外，華光光電高度重視人才引育，以人才“引得來(lái)，留得住”為目標(biāo)，引進(jìn)和培育兩手抓，為企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了豐富的人才保障。李沛旭表示，華光光電未來(lái)將繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)配套為抓手，打通激光產(chǎn)業(yè)鏈中的痛點(diǎn)和堵點(diǎn)，不斷延伸技術(shù)覆蓋范圍，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，將企業(yè)的研發(fā)成果推向更廣闊的應(yīng)用和更高端的平臺(tái)，為山東激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
作者丨張心怡編輯丨諸玲珍美編丨馬利亞監(jiān)制丨連曉東
