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高端激光器芯片及封装应用产业化

技术简介

      量子阱半导体激光器具备电光转换效率高、光谱纯度好、体积小、可靠性高等优点,在激光高能武器、激光制导、激光测距、红外对抗等军事领域以及激光切割、激光涂覆、激光印刷、激光医疗、光通讯、红外安防等领域都有广泛应用。

      我单位早在上世纪80年代就开发了第一支室温工作红外半导体激光器。目前已形成包括材料生长、芯片制作、载体加工、封装测试等完整的半导体激光器设计制作技术平台,拥有多项科技成果及专利。主要技术水平达到国内领先水平,部分技术达到国际先进水平。




      材料技术:采用MOCVD(金属有机物化学汽相沉积)外延工艺及MBE(分子束外延)外延工艺生长高质量的3英寸GaAs基、InP基量子阱激光器材料。其中应变量子阱大光腔激光器材料、隧道级联量子阱激光器材料、窄发散角光通讯量子阱激光器材料技术指标达到国际先进水平。

      芯片技术:拥有一条3英寸光电芯片工艺线,具备大功率多模芯片、大功率单模芯片、通讯用单模芯片的设计加工技术。大功率激光器芯片腔面钝化镀膜技术处于国内领先水平。

      载体封装技术:大功率激光器封装工艺(含载体制作)以及光通讯器件及组件封装工艺,包括载体制作、焊料制作、高精度组装等技术。


技术指标

      针对民用方面,可提供以下技术指标、产品与生产研发技术:

      (1)大功率激光器

      波长:780nm~1060nm

      工作模式:连续、准连续、脉冲

      功率:50mW~500mW(单模)

      200mW~8W(连续单管)

      15W~300W(脉冲单管)

      20W~48000W(阵列模块)

      电光转换效率:≥50%(780nm~900nm)  ≥60%(900nm~1060nm)

      光输出方式:直接输出/整形输出/光纤输出

      工作寿命:≥20000小时(连续单管)  ≥5000小时(连续阵列)  ≥1E10脉冲(脉冲器件)

      工作环境温度:-40℃~+70℃

(2)通讯用激光器

      波长: 1310nm~1550nm

      功率:6mW、8mW、10mW

      电光转换效率:≥30%

      速率:155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps

      工作寿命:≥200000小时

      工作环境温度:-40℃~+85℃


技术特点

      我单位激光器技术为全自主技术,外延片、芯片、载体可以根据用户需求专门设计制作,可以实现激光器波长、光束质量、外部接口更适合用户需求。典型产品技术指标全面达到进口产品水平,可以实现快速替代;自主设计制作,不受进口限制,生产周期短,性价比高。

      具体技术特点包括:

      3英寸外延及圆片工艺,兼顾均匀性及量产成本控制,激光器片内波长均匀性可控制在±1nm以内,芯片成品率大于90% 。

      成熟的材料外延技术:MOCVD外延工艺、MBE外延工艺配合使用,可以实现腐蚀停止层外延、扩展波导外延、级联隧道结外延、二次外延等,满足InP基、GaAs基各种激光器材料高质量外延。

      高效率、高可靠的芯片技术:基于外延材料、封装结构的综合芯片结构设计技术,使得激光器在工作点具备最佳的电光转换效率。特有的腔面结构设计辅助专有的腔面钝化镀膜技术,可以实现各种芯片高抗烧毁特性。

      全面的封装技术:具备高精度低热阻载体热沉制作技术、各种软硬焊料制作技术、低应力封装工艺、高精度组装技术,设计积累了大量具有专利保护的专用工装夹具,能够实现各种高端器件的封装。


预期效益

      芯片及器件是光电技术链的高端,产业链的核心,成功的技术转化将显著改善我国在有源芯片及器件方面的落后情况,打破主要依赖进口的不利局面,对提高我国光电子芯片及器件的产业创新能力和国际竞争力具有重要意义。

      光通讯市场以及激光加工、激光医疗等市场总额数十亿元,且呈不断增长趋势。国产芯片及器件产业化的成功,以其显而易见的价格优势及保障优势,短期内有望实现10亿元以上的市场份额。