随着高端装备和精密加工的迅猛发展，激光产业对高端半导体激光器的需求急剧增大。芯片是半导体激光器的心脏，当前国内封装应用行业使用的半导体激光器芯片多数由国外厂商制造，国内激光器芯片的研发生产仅有几家科研院所，主要集中于科技项目攻关和小批量生产自用，产量有限，规模不大，多为中低功率的激光器芯片，不具备规模化供应高端高功率半导体激光器芯片的能力。本项目通过开展高功率激光器芯片关键技术的科技攻关，解决了瓶颈问题，获得了激光器芯片产业化的核心技术，推进产业化进程，产品积极参与国际竞争，使中国的半导体光电技术和产业跃上一个新的台阶。

本项目主要技术内容有以下六点：

1）完备的激光芯片结构设计。采用软件模拟和编程计算，对激光器芯片有源区中的量子阱结构进行优化设计，精确计算出量子阱组分和厚度，确保异质结界面完整；结合渐变折射率波导和非对称大光腔结构来提升腔面损伤光功率密度，采用低掺杂限制层，减低了光吸收效应，实现低的腔内损耗；采用低温Zn、C共掺杂实现欧姆接触层超高掺杂来降低了比接触电阻；优化设计了激光器腔长、周期，发光区条宽，填充因子，非电流注入窗口结构等参数，最终实现高效率和高功率输出。

2）高质量的材料生长及测试。通过MOCVD技术对所设计的材料结构进行外延生长，利用XRD、PL、ECV、SEM、TEM、SIMS等测试技术对外延材料的晶体品质、光学特性、掺杂分布、结构精确性、材料均匀性、界面平整度、以及材料缺陷等关键参数进行测试与表征，分析材料的腔内损耗和内量子效率，通过快速有效的反馈实现芯片的高质量材料生长。

3）精细化的芯片制备工艺。将传统的半导体激光器芯片制备工艺流程精细化分解成20个工艺模块，200步工艺步骤，1000多个具体操作，通过专业化的工艺控制技术，减少了各工艺间的相互干扰和外来污染，开发了在线检测技术，精确管控各工艺步骤中的实施效果，减少了不同工艺过程中引入的杂质、缺陷、应力应变等影响，最终实现了低缺陷、低应力、高稳定性和高重复性。

4）超低的电极接触电阻。通过优化N面衬底减薄、磨抛工艺以及p面欧姆接触层的材料参数，应用6层复合金属电极实现不同功效来增强n面、p面电极的粘附力，降低比接触电阻和焦耳热。

5）独有的激光腔面处理技术。根据高功率半导体激光器腔面光学灾变损伤（COD）机理的研究成果，研究量子阱混杂（QWI）工艺条件，利用量子阱混杂技术制作激光器腔面非吸收窗口来增加COD损伤阈值。利用具有自主知识产权的P3腔面镀膜设备，开发出一体化实现半导体激光器腔面清洁、腔面钝化和腔面镀膜的复合技术，解决了腔面平整性、清洁度和抗氧化性，有效降低腔面表面态密度造成的非辐射复合，提高激光器COD阈值。

6）系统的器件失效机理分析。结合现代材料分析测试技术和激光芯片光电特性在线测试表征，研究了芯片设计、材料特性、腔面镀膜、烧结封装等对器件可靠性的影响规律；应用统计学和物理模型，设计高温大电流加速老化寿命实验条件，由实验结果修订器件的可靠性模型参数，比较准确地推断在实际使用条件下的寿命与可靠性。通过对器件失效机理的深入研究，分析了影响失效的外在和内在因素，从而改善器件的设计与工艺制作技术，最终实现器件的光电性能提升和良品率大幅度提高。

通过本项目实施，建立了自主的高效率、高功率半导体激光芯片工艺研制平台，掌握了芯片制造环节中的关键技术，研制生产出多个波段的高效率半导体激光芯片，为其半导体激光器模块和应用系统提供了有力的国产高端心脏。目前产品在国内已经送样试用客户12家，签约产品长期供应1家，累计产值达900万元，树立了国产芯片的良好口碑，收到了良好的经济效益与社会效益。