新型半导体激光器有哪些技术特点

半导体激光器激光器优点是体积小，重量轻，运转可靠，耗电少，效率高等特点

封装技术

技术介绍

半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而半导体激光器封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于半导体激光器。

发光部分

半导体激光器的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高半导体激光器的内、外部量子效率。常规Φ5mm型半导体激光器封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。

反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到半导体激光器的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。

驱动电流

一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0．2-0．3nm／℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1％左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的半导体激光器封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。

半导体激光器工作原理是激励方式。利用半导体物质，即利用电子在能带间跃迁发光。用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器优点是体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。 封装技术 技术介绍 半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而半导体激光器封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作、输出可见光的功能。既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于半导体激光器

日前，华为旗下哈勃投资入股山东天岳的消息，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料再次走入大众视野，引起业界重点关注。

事实上，随着半导体技术不断进步，对半导体器件性能、效率、小型化要求的越来越高，传统硅半导体材料逐渐无法满足性能需求，碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料凭借着优异的性能，早已成为当前世界各国竞相布局的焦点，我国在加速发展集成电路产业的同时，把发展第三代半导体技术列入国家战略。

如今5G时代到来，将推动半导体材料实现革命性变化。其中，氮化镓器件以高性能特点广泛应用于通信、国防等领域，其市场需求有望在5G时代迎来爆发式增长。风口来临，我国目前有哪些企业在布局？下面将从衬底、外延片、制造及IDM几大分类盘点国内氮化镓主要企业。

GaN衬底企业

东莞市中稼半导体 科技 有限公司

东莞市中镓半导体 科技 有限公司成立于2009年1月，总部设于广东东莞，总注册资本为1.3亿元人民币，总部设立厂房办公区等共17000多平方米，并在北京有大型研发中心，为中国国内一家专业生产氮化镓衬底材料的企业。

官网显示，中镓半导体已建成国内首家专业的氮化镓衬底材料生产线，制备出厚度达1100微米的自支撑GaN衬底，并能够稳定生产。2018年2月，中镓半导体实现4英寸GaN自支撑衬底的试量产。

东莞市中晶半导体 科技 有限公司

东莞市中晶半导体 科技 有限公司成立于2010年，是广东光大企业集团在半导体领域继中镓半导体、中图半导体后布局的第三个重点产业化项目。

中晶半导体主要以HVPE设备等系列精密半导体设备制造技术为支撑，以GaN衬底为基础，重点发展Mini/MicroLED外延、芯片技术，并向新型显示模组方向延展；同时，中晶半导体将以GaN衬底材料技术为基础，孵化VCSEL、电力电子器件、化合物半导体射频器件、车灯封装模组、激光器封装模组等国际前沿技术，并进行全球产业布局。

苏州纳维 科技 有限公司

苏州纳维 科技 有限公司成立于2007年，致力于氮化镓单晶衬底的研发与产业化，实现了2英寸氮化镓单晶衬底的生产、完成了4英寸产品的工程化技术开发、突破了6英寸的关键技术，现在是国际上少数几家能够批量提供2英寸氮化镓单晶产品的单位之一。

据官网介绍，目前纳维 科技 GaN单晶衬底产品已提供给300余家客户使用，正在提升产能向企业应用市场发展，重点突破方向是蓝绿光半导体激光器、高功率电力电子器件、高可靠性高功率微波器件等重大领域。

镓特半导体 科技 （上海）有限公司

镓特半导体 科技 （上海）有限公司成立于2015年4月，主要从事大尺寸的高质量、低成本氮化镓衬底的生长，以推动诸多半导体企业能够以合理价来购买并使用氮化镓衬底。镓特半导体已自主研发出HVPE设备，并用以生长高质量的氮化镓衬底。

官网显示，借助自主研发的HVPE设备，镓特半导体已成功生长出4英寸的自支撑氮化镓衬底。镓特半导体表示，未来几年内将建成全球最大的氮化镓衬底生长基地，以此进一步推广氮化镓衬底在半导体材料市场上的广泛应用，并将依托自支撑GaN衬底进行中下游的高端LED、电力电子及其他器件的研发和制造。

GaN外延片企业

苏州晶湛半导体有限公司

苏州晶湛半导体有限公司成立于2012年3月，致力于氮化镓（GaN）外延材料的研发和产业化。2013年8月，晶湛半导体开始在苏州纳米城建设GaN外延材料生产线，可年产150mm氮化镓外延片2万片；2014年底，晶湛半导体发布其商品化8英寸硅基氮化镓外延片产品。

官网介绍称，截至目前，晶湛半导体已完成B轮融资用于扩大生产规模，其150mm的GaN-on-Si外延片的月产能达1万片。晶湛半导体现已拥有全球超过150家的著名半导体公司、研究院所客户。

聚能晶源（青岛）半导体材料有限公司

聚能晶源（青岛）半导体材料有限公司成立于2018年6月，专注于电力电子应用的外延材料增长。针对外延材料市场，聚能晶源正在开发硅基氮化镓材料生长技术并销售硅基氮化镓外延材料作为产品。

2018年12月，聚能晶源成功研制了达到全球业界领先水平的8英寸硅基氮化镓（GaN-on-Si）外延晶圆。该型外延晶圆在实现了650V/700V高耐压能力的同时，保持了外延材料的高晶体质量、高均匀性与高可靠性，可以完全满足产业界中高压功率电子器件的应用需求。

北京世纪金光半导体有限公司

北京世纪金光半导体有限公司成立于2010年12月，经过多年发展，世纪金光已成为集半导体单晶材料、外延、器件、模块的研发、设计、生产与销售于一体的、贯通第三代半导体全产业链的企业。

在碳化硅领域，世纪金光已实现碳化硅全产业链贯通，氮化镓方面，官网显示其目前则以氮化镓基外延片为主。

聚力成半导体（重庆）有限公司

聚力成半导体（重庆）有限公司成立于2018年9月，是重庆捷舜 科技 有限公司在大足区设立的公司。2018年9月，重庆大足区政府与重庆捷舜 科技 有限公司签约，拟在重庆建设“聚力成外延片和芯片产线项目”。

2018年11月，聚力成半导体（重庆）有限公司举行奠基仪式，项目正式开工。该项目占地500亩，计划投资50亿元，将在大足高新区建设集氮化镓外延片、氮化镓芯片的研发与生产、封装测试、产品设计应用为一体的全产业链基地。2019年6月5日，该项目一期厂房正式启用，预计将于今年10月开始外延片的量产。

GaN制造企业

成都海威华芯 科技 有限公司

成都海威华芯 科技 有限公司成立于2010年，是国内首家提供6英寸砷化镓/氮化镓微波集成电路的纯晶圆代工企业。据了解，海威华芯由海特高新和央企中电科29所合资组建，2015年1月，海特高新以5.55亿元收购海威华芯原股东股权，并以增资的方式取得海威华芯52.91%的股权成为其控股股东，从而涉足高端化合物半导体集成电路芯片研制领域。

海威华芯6英寸第二代/第三代半导体集成电路芯片生产线已于2016年8月投入试生产。官网显示，海威华芯已开发了5G中频段小于6GHz的基站用氮化镓代工工艺、手机用砷化镓代工工艺，发布了毫米波频段用0.15um砷化镓工艺。砷化镓VCSEL激光器工艺、电力电子用硅基氮化镓制造工艺在2019年也取得了较大的进展。

厦门市三安集成电路有限公司

厦门市三安集成电路有限公司成立于2014年，是LED芯片制造公司三安光电下属子公司，基于氮化镓和砷化镓技术经营业务，是一家专门从事化合物半导体制造的代工厂，服务于射频、毫米波、功率电子和光学市场，具备衬底材料、外延生长以及芯片制造的产业整合能力。

三安集成项目总规划用地281 亩，总投资额30亿元，规划产能为30万片/年GaAs高速半导体外延片、30万片/年GaAs高速半导体芯片、6万片/年GaN高功率半导体外延片、6万片/年GaN高功率半导体芯片。官网显示，三安集成在微波射频领域已建成专业化、规模化的4英寸、6英寸化合物晶圆制造产线，在电子电路领域已推出高可靠性、高功率密度的SiC功率二极管及硅基氮化镓功率器件。

华润微电子有限公司

华润微电子有限公司是华润集团旗下负责微电子业务投资、发展和经营管理的企业，亦是中国本土具有重要影响力的综合性微电子企业，其聚焦于模拟与功率半导体等领域，业务包括集成电路设计、掩模制造、晶圆制造、封装测试及分立器件，目前拥有6-8英寸晶圆生产线5条、封装生产线2条、掩模生产线1条、设计公司3家，为国内拥有完整半导体产业链的企业。

2017年12月，华润微电子完成对中航（重庆）微电子有限公司（后更名为“华润微电子（重庆）有限公司”）的收购，重庆华润微电子采用8英寸0.18微米工艺技术进行芯片生产，并在主生产线外建有独立的MEMS和化合物半导体工艺线，具备氮化镓功率器件规模化生产制造能力。

杭州士兰微电子股份有限公司

杭州士兰微电子股份有限公司成立于成立于1997年，专业从事集成电路芯片设计以及半导体相关产品制造，2001年开始在杭州建了第一条5英寸芯片生产线，现已成为国内集成电路芯片设计与制造一体（IDM）企业。

近年来，士兰微逐步布局第三代化合物功率半导体。2017年，士兰微打通一条6英寸的硅基氮化镓功率器件中试线。2018年10月，士兰微厦门12英寸芯片生产线暨先进化合物半导体生产线开工，其中4/6英寸兼容先进化合物半导体器件生产线总投资50亿元，定位为第三代功率半导体、光通讯器件、高端LED芯片等。

GaN IDM企业

苏州能讯高能半导体公司

苏州能讯高能半导体有限公司成立于2011年，致力于宽禁带半导体氮化镓电子器件技术与产业化，为5G移动通讯、宽频带通信等射频微波领域和工业控制、电源、电动 汽车 等电力电子领域等两大领域提供高效率的半导体产品与服务。

能讯半导体采用整合设计与制造（IDM）的模式，自主开发了氮化镓材料生长、芯片设计、晶圆工艺、封装测试、可靠性与应用电路技术，目前公司拥有专利256项。该公司在江苏建有一座氮化镓（GaN）电子器件工厂，厂区占地55亩，累计投资10亿元。

江苏能华微电子 科技 发展有限公司

江苏能华微电子 科技 发展有限公司成立于2010年6月，是由国家千人计划专家朱廷刚博士领衔的、由留美留澳留日归国团队创办的一家专业设计、研发、生产、制造和销售以氮化镓为代表的复合半导体高性能晶圆、以及用其做成的功率器件、芯片和模块的高 科技 公司。

能华微电子先后承担了国家电子信息产业振兴和技术改造专项的大功率GaN功率电子器件及其材料的产业化项目、国家重点研发计划战略性先进电子材料重点专项的GaN基新型电力电子器件关键技术项目等。2017年，能华微电子建成8英寸氮化镓芯片生产线并正式启用。

英诺赛科（珠海） 科技 有限公司

英诺赛科（珠海） 科技 有限公司成立于2015年12月，该公司采用IDM 全产业链模式，致力于打造一个集研发、设计、外延生长、芯片制造、测试与失效分析为一体的第三代半导体生产平台。2017年11月，英诺赛科的8英寸硅基氮化镓生产线通线投产，成为国内首条实现量产的8英寸硅基氮化镓生产线，主要产品包括30V-650V氮化镓功率与5G射频器件。

2018年6月，总投资60亿元的英诺赛科苏州半导体芯片项目开工，今年8月30日项目主厂房封顶，预计12月底生产设备正式进厂，2020年可实现规模化量产。该项目聚焦在氮化镓和碳化硅等核心产品，将打造将成为集研发、设计、外延生产、芯片制造、分装测试等于一体的第三代半导体全产业链研发生产平台。

大连芯冠 科技 有限公司

大连芯冠 科技 有限公司成立于2016年3月，该公司采用整合设计与制造（IDM）的商业模式，主要从事第三代半导体硅基氮化镓外延材料及电力电子器件的研发、设计、生产和销售，产品应用于电源管理、太阳能逆变器、电动 汽车 及工业马达驱动等领域。

官网介绍称，芯冠 科技 已建成首条6英寸硅基氮化镓外延及功率器件晶圆生产线。2019年3月，芯冠 科技 在国内率先推出符合产业化标准的650伏硅基氮化镓功率器件产品（通过1000小时HTRB可靠性测试），并正式投放市场。

江苏华功半导体有限公司

江苏华功半导体有限公司成立于2016年5月，注册资本为2亿元人民币，一期投入10亿元人民币。官网介绍称，目前公司已全面掌握大尺寸Si衬底高电导、高耐压、高稳定性的GaN外延技术并掌握具有自主知识产权的增强型功率电子器件制造技术。

根据官网显示，华功半导体可提供2英寸、4英寸、6英寸及8英寸GaN-on-Si功率电子器件用外延片产品，并基于华功自有知识产权的GaN-on-Si外延技术设计和制造，提供650V/5A-60A系列化高速功率器件。

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集邦咨询(TrendForce)是一家横跨存储、集成电路与半导体、光电显示、LED、新能源、智能终端、5G与通讯网络、 汽车 电子和人工智能等领域的全球高 科技 产业研究机构。公司在行业研究、政府产业发展规划、项目评估与可行性分析、企业咨询与战略规划、媒体营销等方面积累了多年的丰富经验，是政企客户在高 科技 领域进行产业分析、规划评估、顾问咨询、品牌宣传的最佳合作伙伴。

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