华光光电：25年聚光而行，向更高功率进发
科技
2024-11-03 11:33
北京
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根据功率大小需求加入不同的热沉材料，在反应炉生长的外延材料成为薄薄的外延片，再经过光刻、解理等工艺变成激光芯片，在自动化车间进行集成封装，变成毫瓦、瓦、千瓦、万瓦、十万瓦级别的激光器，再被应用于扫地机、无人驾驶的激光雷达，激光切割、雕刻、焊接等加工设备，以及激光显示、医疗、道路监控等各种应用场景——在山东华光光电子股份有限公司，记者看到了一条激光产业上游链条。“烧水壶的功率可以达到2000瓦，10万瓦相当于烧水壶功率的50倍。但这个10万瓦激光器还能保持很小的体积，这里面聚集了很多核心技术。比如怎么让光子更集中，怎么在保证10万瓦功率的同时，在如此小的范围内处理将近10万瓦的热量。”山东华光光电子股份有限公司战略产品部总经理李沛旭向《中国电子报》记者表示。激光器是激光的发生装置，而激光芯片是激光器中将电能高效转换为光能的核心元器件，激光芯片的制造又以外延材料生长为难点。而华光光电已经跑通了从激光器外延材料、芯片、器件、模组再到系统的链条，并不断向更高功率、更高效率的激光器产品进发。激光芯片是半导体激光器的心脏，其功率、效率及可靠性等指标，直接影响着激光器的性能和下游激光设备输出光束的质量和功率。作为激光产业上游的核心部件，激光芯片具有较高的技术门槛。李沛旭向《中国电子报》记者指出，激光芯片的技术门槛主要分两类：一是高质量外延材料的生长门槛，这是最为核心关键的基础能力。二是高功率芯片工艺技术，决定了高功率激光器芯片的功率和可靠性。从上世纪90年代起，激光技术被广泛应用到微电子、汽车工业、船舶制造业等领域，成为全球各国提高制造业装备水平的着力点。但在当时，国内企业使用的激光器芯片主要依赖进口。据李沛旭回忆，当时一只1瓦的激光器，市面上能卖到一两千块钱。1999年，华光光电肩负核心元器件研发的使命在济南应运而生。2001年，国内第一只具备商品化能力的650nm、808nm激光器在华光光电下线。2003年，华光光电650nm半导体激光芯片实现量产，降低了国内650nm半导体激光芯片对进口的依赖。在此基础上，华光光电不断扩充产品的功率和波长覆盖范围。截至目前，华光光电的半导体激光器芯片及巴条已经覆盖了5mW~700W的功率范围和635nm~1064nm的波长范围。“2007年，我们在瓦级激光器取得突破，为国内市场提供了更具性价比的选择。如今，瓦级激光器只需十几块钱就能买到。”李沛旭告诉记者。除了为市场输送更加多样的激光产品，华光光电还进一步补全了自身的激光产业链，在掌握了半导体激光器外延结构设计与生长、芯片设计与制备的自主知识产权并实现商业化生产的基础上，建立了半导体激光器外延片、芯片、器件、模组垂直一体化生产体系。“我们通过半导体激光器外延材料、芯片、器件、模组、系统全链条创新，建立了高性能激光器的设计、技术、工艺和工程体系，实现了高性能半导体激光器泵浦源的批量化生产，并得到了广泛应用。”李沛旭说道。在半导体激光器领域，更高功率、更高效率、高可靠性、低成本是永不过时的挑战。2019年，华光光电启动对高功率915nm激光芯片的研发，挑战也接踵而至。比如该类芯片主要使用AlGaAs材料，外延生长条件与华光650nm、808nm激光器采用的AlGaInP材料差别较大。华光光电研发团队通过摸索和测试，确定了每层材料生长的基本条件。然而，第一款915nm芯片在功率和转换效率上未能达到标杆要求。通过改善芯片结构设计，研发团队在第四代产品解决了这一问题。随后，芯片在客户验证中又出现了随机失效现象。最终研发团队用时一年多进行反复试验并修改设计，最终解决了这一关键的可靠性问题。经历几十次的试验和失败，研发团队历时3年在915nm高功率芯片的可靠性和寿命上取得突破，目前华光光电的35W和45W芯片已经批量用于国内工业激光器客户。“技术创新是核心，产业创新是技术创新的具体转化。作为技术驱动型企业，我们对于科技创新带动产业创新的感受非常明显，在这一理念的支持下，我们实施了研发项目揭榜立项等激励措施，鼓励研发人员实现技术突破和成果转化。”李沛旭说道。华光光电成立25年来，一直将技术研发放在公司核心位置，持续加大研发投入，提升自主创新能力。在研发中实行项目“揭榜立项”制，围绕亟待攻克的技术和研发项目签订项目任务书，配套相关激励政策，进一步提升了研发人员在研发过程中的主人翁意识，有效增强研发积极性。此外，华光光电高度重视人才引育，以人才“引得来，留得住”为目标，引进和培育两手抓，为企业的创新发展提供了丰富的人才保障。李沛旭表示，华光光电未来将继续以技术创新应用和产业环节配套为抓手，打通激光产业链中的痛点和堵点，不断延伸技术覆盖范围，加强产业生态建设，将企业的研发成果推向更广阔的应用和更高端的平台，为山东激光产业发展贡献力量。
