高性能激光芯片、氮化镓基激光器，这场会把这些“高精尖”说透

10月22日至23日，“2025第四届半导体光电及激光智能制造技术暨硅基光电子技术论坛”在苏州国际博览中心召开。本届会议汇聚高校院所、头部企业及产业链代表，聚焦半导体光电技术、高功率激光应用与智能制造技术等核心议题。

在第一天会议上，论坛主要聚焦国产激光芯片、氮化镓基激光器、薄片激光器、VCSEL等前沿热点研究领域。因篇幅关系，我们将分两期呈现部分演讲嘉宾的精彩集锦。

Part 1

“四面墙”的破局之道

度亘核芯光电副董事长兼首席技术官杨国文在《高性能激光芯片与器件》报告中谈到，“高性能”激光芯片一般是指具有高功率、高亮度、高效率、高光谱特性、高速率以及高可靠性。企业在研制高性能激光芯片时要面临四大物理与工程挑战（四面墙），其中“电墙”是指载流子泄漏、串联电阻、高频下的寄生效应；“光墙”是指内部光损耗、非线性效应光束质量退化；“热墙”是指效率瓶颈、热透镜效应、波长漂移、灾难性光学损伤；“功率墙”是指腔面内和垂直功率密度极限、增益饱和、材料本身的损伤阈值。

对于氮化钾基半导体激光器，与其做大不如做窄，并不是简单地做大就能提升产品性能，还要考虑材料设计和热管理等因素。对此，需要通过能带工程和波导结构创新提升性能，从外延材料底层寻求突破。具体来说，行业企业需要从芯片设计、外延生长、工艺制备、封装测试表征和可靠性，5大环节上深入理论与实验研究，突破系列核心关键技术。

在高功率激光输出研究方面，以单管输出功率为例，度亘核芯光电通过水平与垂直集成多结巴条实现了高功率激光的稳定输出，最终通过设计、条宽提升以及散热提升，使得单管芯片输出功率从2022年的48W（915nm、230μm）逐渐提升到2025年的95W（976nm、700μm）。单结巴条芯片的输出功率实现CW 200W（940nm）和QCW 1050W（975nm、1000A）。

电光转换效率也是判定激光芯片高性能另一个主要依据，以度亘核芯光电的单管芯片（腔长4.5mm、条宽100μm、15W）为例，其电光转换效率已经突破72%。另外针对限制光谱质量的关键问题及解决方案，目前公司采取的方案是通过外延材料集成光栅设计，以获得合适的耦合强度和波长锁定，结果是DFB芯片实现了传统FP芯片相近的效率，波长漂移系数降低至~0.06nm/℃。

展望未来，杨总表示，客户的需求在不断提升，更高效率，更高功率、更高可靠性，更高亮度和更低的成本，是行业对于高性能激光芯片的主要诉求。这时候，就需要企业不断地进行技术创新、持续迭代加以提升产品的性能和可靠性。

从发展需求来看，通信的增长需求对应的是高算力；感知探测的增长需求对应的是智能化，给所有智能机器装上一双眼睛，而激光就是那双眼睛。工业制造和安全防御对高功率激光芯片的增长需求是巨大的，而这些需求能让公司能够持续的努力追求目标。

Part 2

瞄准激光显示蓝海市场

来自中科院苏州纳米所半导体显示材料与芯片重点实验室的冯美鑫研究员在《氮化镓基半导体激光器研究进展》的报告中谈到，氮化镓基激光器可用于激光显示、材料加工、激光照明、激光通信、芯片原子钟等领域，被列入国家科技创新规划2030、国家重点研发计划专项。

具体来说，氮化镓蓝绿光激光器应用最大的市场是激光显示，作为一种投影显示技术，具有色域广、光谱窄，色域保护度、色彩保护度和分辨率高的优势，也是实现超高清国际标准的唯一技术。据相关机构预测，2028年全球激光显示的市场规模将超500亿。

但另一方面，由于目前市面上的蓝绿光激光器光功率小、能效低、寿命短，无法满足未来的应用需求，并且长期被国外公司垄断，进一步阻碍了国产激光显示技术的发展。冯研究员表示，现阶段研究所对于氮化镓基激光器的研究主要采用了技术成熟度更高的（法布里-珀罗）腔激光器（FP）。

通过与日亚公司的产品对比，可以看到，输出光功率上的差距已经很小，但在电压方向还有一定的距离。目前，研究所研制的氮化镓基蓝光边发射激光器的用电密度是0.56kA/cm²，室温连续条件下可以输出5.2W（3A）。下一步的研究工作是将工作电压降下来，这也是影响器件工作效率的一个重要瓶颈。

对于氮化镓材料来说，分布式布拉格反射镜（DBR）是一个比较大的难题，尤其是对于VCSEL来说需要上下DBR都有非常高的反射率。而DBR本身又是高低折射率交替堆叠的材料形成，所以需要找到两种较大折射率差的材料。

行业的主流工艺方法是采用氮化铝铟和氮化镓组成DBR。两种材料的折射率差大概只有0.19，但不好的一点是需要很长时间的生长。对此，研究所的做法是利用电化学腐蚀技术，在氮化镓里做一个重掺层。在做电化学腐蚀的时候形成的氮化镓会被腐蚀成多孔结构，变成氮化镓跟空气的混合体。

氮化镓的折射率是2.4，空气是1，所以这层的折射率可以调通过掺杂和腐蚀的电压把这层变成多孔结构。这时候，底下的氮化镓的折射率保持不变（2.4），从而形成很高的折射率差。

研究所团队基于这项技术，制备了峰值反射率高达99.7%的纳米多孔氮化镓DBR结构。并且基于纳米多孔氮化镓DBR的氮化镓VCSEL实现了室温电注入连续激射，从而实现了低阈值机制（电流2.3mA、电流密度2.5kA/cm²）。最后，主讲人还介绍了研究所在光子晶体面发射激光器（PCSEL）方面的研究。