半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。

半导体激光(Semiconductor laser)在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良，开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管(Laser diode)等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器(激光笔)，是目前生产量最大的激光器。

激光二极体的优点有：效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也达到数%~25%，总而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达50W(脉宽100ns)等级的产品也已商业化，作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的例子

目前，国内激光产业整体水平已经有了很大程度提升，在器件及设备方面基本和国外处于同一水平。然而在上游材料及芯片方面，还有一定的差距。我国已经成为全球最主要的激光应用市场，上游材料及器件的国产化亟待解决。　　华光光电作为国内光电子领域老牌企业，请您简单回顾下公司的发展历程?有哪些代表性的事件或进展?

汤庆敏：山东华光光电子股份有限公司成立于1999年，是国内率先引进生产型MOCVD设备进行LD产品研发和生产企业，拥有国内生产规模最大的半导体激光器外延片、管芯和器件一条龙生产线，是中国大陆地区少数拥有外延材料和芯片研制、开发和生产能力企业。公司现在产品主要用于医疗美容、仪器传感、激光印刷、激光夜视照明等领域。

公司成立基于国家计委重大项目，从1999年筹建起，就一直致力于半导体发光材料的研发和生产，成功推出LED和LD产品，2002年完成国家项目，接着进行产业化运作，2007年浪潮集团注资成为大股东，给企业注入发展后劲，形成的浪潮华光成为国内知名的光电子企业;半导体激光作为未来有潜力的发展方向，2015年作为全资子公司的华光光电从浪潮华光剥离出来独立运营，目的就是集中优势精力，把具有更大潜力的半导体激光业务做大做强。主要的发展历程如下：

2002年，国家产业化前期重大关键技术项目——半导体发光器件外延工艺及管芯技术四项子课题通过国家技术鉴定和项目验收

2003年，获得山东省科技进步一等奖

2005年， LD芯片产销量位居国内第一，通过了ISO9001和ISO14001认证

2006年，获批山东省光电子工程技术研究中心

2007年，获批高新技术企业，半导体激光器技术实现重大突破，公司开始进入大功率红光激光器市场

2008年，获批山东省企业技术中心

2009年，获批山东省半导体激光器技术重点实验室，科技部863“高可靠性、低成本半导体激光器材料与器件工程化开发”项目实施

2010年，获批山东省大功率半导体激光器工程实验室

2011年，获批半导体发光材料与器件国家地方联合工程实验室

半导体激光器获山东省技术发明二等奖

2015年，完成公司股份制改造

2016年，成功登陆新三板

本次展会中，华光光电主要展示的产品有哪些?主要的优势和特色是什么?

汤庆敏：本次展会中，华光光电主要展出的产品有大中小功率各种波长的半导体激光器及应用产品，封装形式多种多样。自主知识产权的外延材料和芯片是公司的核心竞争力，可以很好地控制产品成本，从而使公司在消费类激光产品市场久负盛誉。

目前，华光光电拥有MOCVD、真空蒸发设备、器件制造设备、测试设备1000余台(套)，实现了半导体激光器稳定批量生产。此外，外延生产线、芯片生产线和器件封装生产线上实现了24小时不间断运转，有效避免了工艺参数的不连续性和波动性，保证材料及器件制作的高稳定性和一致性，使产品具有低阈值电流、高转换效率、长寿命等特点，可以替代国外进口产品，赢得了客户的一致好评。LD管芯及激光器件产量和市场占有率居国内第一位。产品广泛应用于激光显示、医疗、检测、指示及照明等领域。

由于公司自主生产外延片、管芯，并具有强大的后道封装能力，可以满足客户定制化需求，最大特色能够迅速形成大规模化生产。

据了解，华光光电之前在半导体照明领域也有所涉猎，之后专注于半导体激光器(LD)产品，这种调整基于什么样的考虑?华光光电在半导体激光器领域有哪些技术积累及创新?

汤庆敏：华光光电基于国家重点项目，其项目包括LED和LD两项内容，所以在以后的几年中，两项产品并行发展，由于LD在制作工艺和应用领域与LED有较大差异，作为半导体激光产品最近几年发展迅速，应用领域拓宽，华光光电将半导体激光业务独立出来，是为了使其业务更好的拓展，利于该业务迅速成长。

在半导体激光方面，华光光电拥有17年的GaAs材料生长及激光芯片、器件生产经验，具有从材料外延、芯片制作到器件封装完整的产业链。与股东单位山东大学的国家晶体材料重点实验室合作密切，对波导层设计、量子阱结构和量子效率模拟方面进行研究，使山东华光具备了外延材料、芯片、激光器件的设计与生产技术。此外，公司拥有10多年的激光装备及器件的生产经验，对生产稳定性控制有很深入的研究，具有多条激光器产品的外延片、管芯及封装生产线。高质量的外延材料、芯片和器件生产技术以及完整的集成生产线使华光光电成为目前国内唯一的具有激光器外延生产、管芯工艺生产、器件封装生产、激光应用产品开发和激光器产品评测一条龙配套能力的企业。

其中，激光显示用TM偏振大功率808nm激光器、高功率808nm非对称无铝应变量子阱激光器、650nm应变量子阱激光器外延材料、808无铝应变量子阱激光器外延材料等成果经省科技厅鉴定，技术水平达到国际先进水平。此外，公司完成了光纤耦合输出激光器的研发，该产品已经应用于红外监控、激光医疗等领域。近期我公司在大功率红激光、单芯12瓦封装、千瓦级叠阵封装取得重大技术进步，为企业发展注入后劲。

近几年，光纤激光器材料加工应用发展迅速，工业激光器成长较快。对此，华光光电有没有相应的布局?公司产品未来的发展方向是什么?

汤庆敏：随着智能制造的兴起，半导体激光加工得到很好的发展机会，与之配套的光纤激光器有他独特的优点得到生产厂家的倾慕，国内外外应用广泛。

我国光纤激光器产业化起步比较晚，早期国内光纤激光器几乎全部从海外进口，目前国内做工业光纤激光器的公司大约有十几家，大多数是自2010年以后由海外回国的学子创建。一半以上还有国内顶尖研究所的背景。但是由于海归人士各自为战的创业模式，他们均只带回了某一项或几项技术和工艺，而无法独自将整个光纤激光器制造的产业链带回，因此在创业初期几乎所有的公司都不同程度地依赖进口的关键零部件，有的干脆以组装进口为切入口，先占领应用市场。

华光光电作为具有自主知识产权的外延芯片和封装能的规模厂家，可以在做好消费类激光应用的同时，逐步介入该核心光源的研发和生产，实现核心部件国产化，为智能制造做出应有的贡献。目前核心光源的研发已取得阶段性成果。

在半导体激光器领域，国内企业在上游材料及芯片方面长期受制于人。据您了解，这种现象是否出现改观?您认为半导体激光器未来发展前景如何?

汤庆敏：半导体激光器基础材料和芯片在国内最早起于研究所和高校，主要从事理论研究和试验，基础材料和设备工艺受制于国外控制，产业化进步较慢，近几年得到很大改观，但与国外还有很大差距，国内通过对基础技术开始攻关，并取得不少业绩，相信不久材料和芯片国产化就会变成现实。

目前，半导体激光器的应用才刚刚开始，半导体激光广泛应用于娱乐显示、仪器仪表、医疗美容、激光加工，在照明领域也将取代传统照明，可以说，半导体激光是继硅器件、LED之后又一影响世界性的技术应用，必将渗透到我们生活的各个方面，未来发展前景无量。

在企业运营方面，华光光电积极引入资本资源，实现企业发展和布局，并于2016年成功登陆新三板。2017年公司发展有哪些新的规划?

汤庆敏：华光光电正在进行产业规模和技术升级，2016年成功登陆新三板，并开始接受IPO相关机构的辅导，走产业、资本双轮驱动道路，加大技术投入，同时有效地引进高端技术及人才，加快企业进步，实现大规模生产，扩大产品的品种，半导体激光器拓展到大功率激光器制造，建成国内最大的半导体激光器外延材料、管芯和器件的产业化基地。为中国半导体激光产业的大发展共同贡献力量。将华光光电打造成半导体激光行业的领军企业，成为世界光电产业的重要组成部分。

激光器，像激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备都离不开他。以前我们探讨过：半导体激光器各方面发展，并多次提到半导体激光器的应用：半导体激光器在太阳能电池领域的应用，今天我们就来看一下近年来大功率半导体激光器的发展现状：

高功率和高光束质量是材料加工用激光器的两个基本要求。为了提高大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。

大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。

(1) 半导体激光芯片外延生长技术

大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来，美、德等国家在此方面投入巨大，并取得了重大进展，处于世界领先地位。首先，应变量子阱结构的采用，提高了大功率半导体激光器的光电性能，降低了器件的阈值电流密度，并扩展了GaAs基材料系的发射波长覆盖范围。其次，采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度，从而提高了器件的输出功率，并增加了器件的使用寿命。再者，采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸，减小了输出光功率密度，从而增加了输出功率，并延长了器件寿命。目前，商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%，实验室中的电光转换效率已超过70%，预计在不久的将来，半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。

(2)半导体激光芯片的封装和光学准直

激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节，由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小，其工作时产生的热量密度很高，这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前，国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装，根据封装结构的不同，又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。

半导体激光器的特殊结构导致其光束的快轴方向发散角非常大，接近40°，而慢轴方向的发散角只有10°左右。为了使激光长距离传输以便于后续光学处理，需要对光束进行准直。由于半导体激光器发光单元尺寸较小，目前，国际上常用的准直方法是微透镜准直。其中，快轴准直镜通常为数值孔径较大的微柱非球面镜，慢轴准直镜则是对应于各个发光单元的微柱透镜。经过快慢轴准直后，快轴方向的发散角可以达到8mrad，慢轴方向的发散角可以达到30mrad。