我国半导体激光产业优势与劣势分析

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1、半导体激光产业的形成

我国的半导体激光器技术早期与国外发展同步,但是长期受制于产业发展滞后的影响,一直徘徊在科学研究的范畴。直到新世纪,随着我国经济的快速发展和产业的进步,作为高新技术产业的半导体激光器行业也得到了巨大提升。

我国半导体激光产业发展迅猛,部分国产半导体激光设备和光源技术已达国际先进水平,至2011年,我国半导体激光产业已初具规模。目前我国在LD外延材料、芯片制造、期间装封等方面均已掌握自主知识产品的单元技术,且部分核心技术具有原创性,初步形成了从上游材料、芯片制备、中游期间装疯及校友集成应用的比较完整的研发和产业体系。

2、半导体激光产业的分布格局

我国半导体激光加工产业可以分为四个比较大产业带,珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海地区。这四个产业带侧重点不同,珠三角以中小功率激光加工机为主,长三角以大功率激光切割焊接设备为主,环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主,以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。这四大产业带中,以华中地区尤其是武汉最具代表性,中国"光谷"的称号便是有力的证明。武汉地区可以说见证了中国激光加工产业从无到有、从弱到强的整个历程,是中国半导体激光产业发展的缩影。

图表1:中国半导体激光产业区域分布

3、我国半导体激光产业优势

(1)产业区域发展集中,各产业带定位明确

我国激光企业具有群体聚集性,主要分布在五个产业带:珠三角、长三角、华中、环渤海地区,以及新兴的东北工业振兴区。另外,西部产业带也将成形。其中,特别值得一提的是东北工业区,不少激光企业发展势头良好。这五个产业带侧重点不同,珠三角以中小功率激光加工机为主,长三角以大功率激光切割焊接设备为主,环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主,以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。

(2)半导体激光在我国得到了广泛应用

无应用无市场,据国际权威机构预测,21世纪进入以半导体激光器为代表的新型激光显示时代。以半导体激光器为核心的激光技术,在科学研究、工业制造、国防建设、生物医疗、信息产业、资源环境以及文化娱乐等领域获得了广泛的应用。

(3)下游市场需求日益增长

目前,激光加工制造技术目前呈现一个飞速发展的趋势,同时国内激光加工行业也面临着极好的机遇和挑战,这是因为激光加工应用市场的需求日益增长,国际竞争也存在新格局,激光加工技术亟需有一个大的突破与发展,如此机遇势不可当。

光电子产业是21世纪支柱产业之一,激光及激光器技术是光电子产业的基础技术之一。国家十二五规划纲要中将加快转变经济发展方式和调整经济结构作为十二五时期的主要目标和任务之一,并将战略性新兴产业定位为先导性、支柱性行业,这对电子元器件行业构成长期利好,产业环境有利于行业的发展。随着激光技术的进步和应用的拓展,与激光相关的元器件市场需求将不断增加。未来的激光应用对于激光器的功率、可靠性、能耗、使用便捷性等方面的要求将越来越高。

(4)政府支持力度较大

发展激光产业,政府的引导和支持不可缺少。从当今激光市场的发展和政府的引导情况可以看出,作为高新技术,"振兴制造业"给激光技术应用带来更大的发展机遇。我国将涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科技前沿发展的激光加工技术列为关键支撑技术,将给激光加工机的制造和升级带来很大的商机。

如陕西省重点投资激光和3D打印,为了解决企业研发及成果转化的后顾之忧,为科技企业创新发展创造可靠的保障,陕西省率先建立科技保险风险补偿机制,由财政补贴资金,为投资风险埋单。科技保险补贴对象涵盖财产险类、责任险类、人身险类、出口信用多个产品,为企业创新产品研发、科技成果转让建立了保险保障机制。

4、我国半导体激光产业劣势

(1)技术实力与国外相比差距较大

经过近几年来的开发,我国高功率半导体激光器的研制和生产技术已有了一些基础和实力,但与国际迅猛发展的势头相比,我们还有一定的差距。要开发实用化的高功率半导体激光器,赶上国际先进水平,仍需要作出很大的努力,尤其是半导体激光芯片技术方面。

尽管半导体激光器已经比较成熟,得到了广泛的应用,但大功率半导体激光器性能有待进一步提高,如激光性能受温度影响大,光速的发散角较大,激光器的寿命与可靠性须进一步提高。国内半导体激光技术与日本、美国等先进国家相比有较大差距,特别是近几年发展起来的蓝光激光器更是如此。我国目前在激光产业方面,创新能力较差,高档次激光产品较少,智能化、自动化程度较低,不能提供性价比高的产品,缺乏市场竞争能力。

(2)关键材料和配件不能自给,依赖进口

在半导体激光器的核心部件-半导体激光芯片的研制和生产方面,一直受外延生长技术、腔面钝化技术以及器件制作工艺水平的限制,国产半导体激光器件的功率、寿命方面较之国外先进水平尚有较大差距。这导致国内实用化高功率、长寿命半导体激光芯片主要依赖于进口,直接导致我国半导体激光器系统的价格居高不下,严重影响了大功率半导体激光器在我国的推广应用,同时也限制了我国高功率光纤激光器的研制和开发。

半导体激光器作为该领域中的核心部件,国防经济建设需求明显增长,但是美国把大功率半导体激光器列为对华出口限制,严重影响我国该技术的发展,迫切需要解决半导体激光器用LD芯片的国产化,为我国的半导体激光产业提供强有力的支持。

(3)我国半导体激光器产业的产业结构还不是很合理

产业的中上游企业数量较少,产量和技术水平都要落后于欧美等地区的企业;国内封装和应用产品产业的发展迅速,成为世界LD应用的重要基地之一。外延和芯片产业是整个半导体激光器产业发展的最终支持力量,也是技术含量和投资密度都较大的产业,需要国家的大力支持和政策印度,突破核心技术的研发,形成自主知识产权,应对半导体激光器国际巨头的专利大棒。近几年国内有一定基础的LD外延和芯片制造厂家纷纷投资进行融资扩产,抢占产业和先机,关键技术研究有待进一步突破。

具体来说,我国半导体激光产业存在的问题如下图所示:

图表2:中国半导体激光产业存在的问题

(4)配套产业链不足,增加了企业经营成本

由于配套产业链不足,一些外地企业过来后,因为没有强大的产业需求,很多业务开展不了。而本地企业,因为受困于配套产业链的问题,很多时候不得不去外地找下家,无形中增加了经营成本。另外,本地企业受制于技术、设备、工艺的瓶颈,初期投入非常巨大,加上融资成本贵,存在资金难题。

(5)行业发展高端人才缺乏

面对企业最为头疼的人才问题,半导体激光产业属于高新技术产业,随着我国"十二五"规划的实施,将为激光加工产业带来巨大的发展机遇。国家产业政策在未来五年内将对激光行业提供强有力的支持,我国正成为全球最大的激光加工应用市场。国内地方政府都很重视激光产业的发展,如温州正在建设"中国激光产业集群",辽宁省提出"倾全省之力,建辽宁鞍山激光产业园",武汉将建设世界一流的"中国激光产业基地"。激光行业的迅速崛起,使得激光行业人才缺口巨大。

(6)应用研究相对滞后,阻碍了整个行业向高端发展

目前,我国激光产业应用研究相对滞后,使整个产业链不能形成正反馈,阻碍了整个行业的发展;另一方面,国家对应用研究的投入力度不够,造成了科研成果转化为生产力的能力较差买很多具有市场前景的成果仍停留在试验样机阶段;此外激光激光技术应用推广宣传不够,缺乏实践。

(7)激光产业管理有待加强

目前,我国激光产品缺少国家标准,激光产业没有归口主管部门,产品质量监督不够,市场处于无序竞争。

5、解决对策

针对我国半导体激光产业发展的优劣势,尤其是存在的问题。我国半导体激光产业应该按照"激光加工为先导,激光应用是主体,国际合作促跨越,高端装备上水平"的基本思路推进激光产业园建设。坚持企业引进与研发机构建设并重,高端人才引进与人才本地化培养并举,促进产业集群高起点建设。坚持企业创新主体地位,加强激光应用项目与民营资本的结合,着力加强产学研合作,加快推进激光技术成果转化和产业化,提高激光产业的持续竞争力。实现激光产业与装备制造业等传统优势产业的有机结合,建设我国世界领先的激光产业基地。

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责任编辑:范琪
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