激光技术已成为现代生活中不可替代的技术之一，不论是工业加工、 医疗美容 、光纤通信，还是近年来火热的无人驾驶、智能机器人等，都与激光技术息息相关。今天我们主角是半导体激光器 ，小编将带大家一起回顾它的发展历程及产业现状。

从理论发展到实验室研制

激光的起源可以追溯到1916年爱因斯坦发布的《关于辐射的量子理论》 一文。爱因斯坦首次提出受激辐射理论，为日后激光的发展提供了理论基础。40年后，关于能否用半导体材料形成激光的话题开始被物理学家注意，艾格瀚等科学家提出了许多半导体激光器的设想及可能。

经过几年的论证与实验，同质结GaAs半导体激光器于1962问世。但由于同质结半导体激光器的临界电流密度很高，不能在室温下实现连续受激激发，导致其几乎没有任何实用性。因此半导体激光器的研究方向指向了“实现室温情况下连续受激激发”。

为解决临界电流密度高的问题，科学家们提出了异质结构半导体激光器的概念，通过用不同带隙的半导体材料薄层组成“结”，有效地降低了临界电流密度。1967年，单异质结半导体激光器问世。与同质结半导体激光器相比，单异质结半导体激光器临界电流密度有了大幅度的下降，但仍处在一个较高的位置，未能实现室温条件下的连续受激激发的研究目标。尽管如此，单异质结半导体激光器的历史地位也不容轻视，它所使用的异质结结构与液相外延技术，为接下来的研究提供了重要的理论基础和技术支持。

稳定激发、提高寿命，半导体激光器走向实际应用

异质结构的成功运用为科学家指明了方向。既然单异质结半导体激光器的临界电流密度仍然偏高，那么双异质结构效果怎么样呢？

1969年9月，Leningrad Ioffe研究所发布了双异质半导体激光器（Al x Ga 1－x As－－GaAs）初步的研究成果。1970年初，贝尔实验室成功降低了双异质半导体激光器的临界电流密度， 实现了室温条件下的连续受激激发，宣告双异质半导体激光器面世。同年5月，Leningrad Ioffe研究所也成功实现双异质半导体激光器在室温下的连续受激发射。

室温下连续受激发射是激光器走向实用性的第一步。解决了室温下可用，就该考虑室温下耐用的问题了，半导体激光器的研究方向也随之转向“实现器件的长寿命与稳定性”。

国际科研人员通过不断改进器件结构，逐步提高了半导体激光器的工作寿命，在1977年实现了双异质短波长半导体激光器连续工作1*10 6 个小时。此后，美、日等国就改进器件结构、提高器件稳定性、降低损耗等方面展开研究，研制出CDH、BH、TJS、CDH等结构的AlGaAs-GaAs激光器，均实现了温室下连续受激激发及单模化工作。

长寿命光源的出现，为半导体激光器走向实际应用铺平了道路。研究人员发现，半导体激光器的波长与光纤十分相配，非常适宜用于光纤通信，因此半导体激光器搭上了光纤通信的发展列车，在不断进步的同时也推动着光通信行业的发展。

据业内人士透露，作为芜湖大院大所合作的重点项目，国产化5G通信芯片用最新一代碳化硅衬底氮化镓材料试制成功，打破国外垄断。这标志着今后国内各大芯片企业生产5G通信芯片，有望用上国产材料。大数据传输、云计算、AI技术、物联网，包括下一步的能源传输，对网络传输速度及容量提出了越来越高的要求，大功率芯片的市场需求非常大。

氮化镓有哪些优缺点

氮化镓材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料，用氮化镓制备出了金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等新型器件，是制作微波器件的优先材料。

氮化镓的优点是禁带宽度大(3.4eV)，热导率高(1.3W/cm-K)，则工作温度高，击穿电压高，抗辐射能力强;导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度(电子漂移速度不易饱和);gan易与AlN、InN等构成混晶，能制成各种异质结构，已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG(因为2-DEG面密度较高，有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素);晶格对称性比较低(为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构)，具有很强的压电性(非中心对称所致)和铁电性(沿六方c轴自发极化)。在异质结界面附近产生很强的压电极化(极化电场达2MV/cm)和自发极化(极化电场达3MV/cm)，感生出极高密度的界面电荷，强烈调制了异质结的能带结构，加强了对2-DEG的二维空间限制，从而提高了2-DEG的面密度(在AlGaN/GaN异质结中可达到1013/cm2，这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级)，这对器件工作很有意义。

氮化镓的前景

氮化镓的优点弥补了其缺点，特别是通过异质结的作用，其有效输运性能并不亚于GaAs，而制作微波功率器件的效果(微波输出功率密度上)还往往要远优于现有的一切半导体材料。

除了军用雷达的需求，在有争议和拥挤的环境中运行的操作要求，以及能够应对现代敏捷雷达和通信等优势，将为RF GaN在电子战市场带来机会。在日益复杂的频谱环境中，在更广泛和更高带宽上同时安全地传输语音、数据和视频将支持军事通信系统设计的趋势。我们预计相关的元器件需求也将越来越多地受到RF GaN的支撑。”无线基站仍然是RF GaN的单一最大收入部分，其渗透率越来越高，同比增长超过20%。报告称，虽然中国LTE部署的巨大推动已经结束，但无线行业在维护和在某些情况下压缩5G部署时间表方面做得非常好。由此产生的5G基站部署将成为RF GaN的主要商业增长驱动力。

先进半导体应用服务部主管Eric Higham指出，“GaN改善了高频、瞬时带宽、线性度和环境性能，这使得设备制造商能够开发出更高容量、更高功率和更高性能的无线电设备。5G部署将在多个方面为GaN提供机会，需求来自固定和移动应用，工作频率低于6GHz，以及Ka频段和更高毫米波频段。无线回程和VSAT中的RF GaN器件的机会也在增长，我们也看到了相邻RF能源市场的牵引力。”