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中村修二实验室：发力全球领先激光照明技术
作者：王小广主编 杨柳著 来源：基因与潜能 ：创新驱动发展 责任编辑：深小安 2023-02-16 人已围观
激光照明是一座待采的金矿
“激光照明的发光面积更小，发光效率更高，更容易聚焦且照射距离 更远，可以广泛应用于汽车车头灯及其他领域。同时，激光照明属于点光 源，未来可以与光纤技术集合，碰撞出巨大的应用前景。”中村修二如此 描述激光照明技术的优点。
作为新一代照明技术，半导体激光二极管（LD）的发展与 20 世纪末 的发光二极管（LED）的开发经历有些相似。最初的 LED 功率和转换效 率均不尽如人意，仅能用于投影笔、玩具显示、手机按键指示，当时的发 达国家做出预判，认为技术若能逐步完善，LED 可用于照明，取代传统的 白炽灯及荧光灯。果不其然，经过 20 年的发展，LED 在照明的应用领域 已超出当时的预估。目前，LED 照明技术的核心专利都在美国、日本、欧洲公司的手上。中国依托国内庞大的市场，在 21 世纪初奋力追赶，好不容易缩小了差距，但在专利创新及国际市场的拓展方面仍需深耕细作。而 且中国的企业虽然产能高，但主要贡献的是中低端产品，整个 LED 产业 面临产能过剩、同质化竞争激烈、利润不断下降的困境。
相对 LED 照明，激光照明具有效率高、节能好、亮度强、成本低等 优势。中村修二教授曾多次预言：“未来的照明领域将进入激光时代。”如 果能够领先世界，带头布局激光照明这个下一代的照明产业，将抢占行业 制高点和话语权，取得核心知识产权，将会获得更多的市场份额。目前， 我国在这方面的基础研究与产业化开发起步较晚，必须抓紧时机，加紧投 入，取得技术和产能的制高点。
全球 LED 产业看中国，中国 LED 产业看广东。国家“十三五”规划 涉万亿元级的半导体照明市场，广东占半壁江山。正是在这个背景下，深 圳市政府引进中村修二激光照明实验室，提前布局激光照明技术，通过源 头创新抢占先机，以新技术革命带动新产业革命，推动供给侧改革，实现 产业升级和技术换代。
基础研究需要耐得住寂寞
基于诺奖实验室必须聚焦产业化的目标和定位，中村修二激光照明实 验室的主要研发方向有两个：一是基础研究，致力于实现高功率激光二极 管的关键技术和核心工艺的突破；为提高激光照明产品稳定性和可靠性的 基础研究。二是应用研究，在突破高功率激光器制备核心技术和解决芯片 稳定性、可靠性问题的基础上，遵循产品、产业迭代规律和研发路径，逐 步开展应用于具体照明场景的相关技术研究。
目前，中村修二激光照明实验室投资约 6000 万元，专攻大功率激光 芯片设计和技术验证实验室。一期工程已于 2018 年 12 月投入使用，购买了包括电子回旋共振溅镀机、感应耦合等离子体蚀刻设备、等离子体化学 气相沉积设备等设备。按照研发进度和项目需求，未来还会补充、完善和 改扩建有关芯片外延生产、封装测试等实验平台，并创建高水平的激光器 件检测中心，为创新技术和产品提供检测服务。
经过三年的发展，实验室已经取得显著的阶段性成果，其中有两项位 于国内甚至世界领先水平。一是在激光照明前端照明芯片技术研发方面， 中村实验室目前已经建立大功率红激光二极管芯片的基准工艺平台，能稳 定重复制作单芯 2W 功率光输出的激光巴条与芯片，电光转换效能达 30% 以上，各项测试指标已经达到世界领先水平。二是在高分辨率、高速宽谱 MEMS 空间光调制器芯片的研发方面，研究院已与清华大学、中科院微 电子所、上海微技术研究院、上海华虹半导体等单位在 MEMS 芯片设计、制造、封装等方面开展以项目为主导的合作，共建芯片仿真平台、流片开 发工艺验证平台、芯片封装测试平台。2019 年，项目取得了前期突破性 阶段成果，实现 MEMS 芯片大于 10 万像素晶圆基本器件功能的实验测试， 达到国内领先水平。
中村修二激光照明实验室主任助理李一飞透露，即使实验室取得了一 些突破性的成就，也很少对外发布新闻，因为从事基础研究需要耐得住寂 寞，不喜欢被镁光灯包围，团队成员都相当低调。中村修二教授在组织技 术研发工作的同时，也非常注重与产业链上下游沟通交流，了解企业的具 体需求。2018 年 7 月 19 日，中村修二教授在深圳举办“激光照明技术和 产业交流会”，并邀请相关上下游半导体产业、照明产业公司代表以及深 创投等投资机构，共同探讨项目的产业化方向和市场前景，切实推动“高 端引领＋产业落地”的产业布局。中村修二教授还多次率队到深圳比亚迪总部、广州广汽集团等公司走访交流，探讨新一代照明技术在汽车工业内 的应用前景。实验室重要成员也先后走访或接待北汽集团、大族激光、联 赢激光、中电照明等行业上下游领军企业，对可见光无线通信（LiFi）、 大功率工业激光器、汽车照明、特种照明等激光应用领域的产业化落地事 宜进行了深入研讨，初步达成合作意向。
李屹曾有过这样一段自我评价：“我是一名理想主义的创业者。我坚 信真正聪明的人应该给社会带来贡献，而不是仅仅为自己谋取利益。中村 修二激光照明实验室的成立，也是我践行理想的一个明证。这个实验室将 在新一代照明技术领域开展前沿研究，实现源头创新，形成人才的集聚效 应、引领效应和辐射效应，将深圳打造成具有国际影响力的激光照明技术 研究基地和高端研发人才培养基地，为深圳创新驱动发展、打造国际科技 产业创新中心做出积极贡献。”
“激光照明的发光面积更小，发光效率更高，更容易聚焦且照射距离 更远，可以广泛应用于汽车车头灯及其他领域。同时，激光照明属于点光 源，未来可以与光纤技术集合，碰撞出巨大的应用前景。”中村修二如此 描述激光照明技术的优点。
▲2017 年12 月14 日，中村教授团队到南方科技大学进行科研交流
作为新一代照明技术，半导体激光二极管（LD）的发展与 20 世纪末 的发光二极管（LED）的开发经历有些相似。最初的 LED 功率和转换效 率均不尽如人意，仅能用于投影笔、玩具显示、手机按键指示，当时的发 达国家做出预判，认为技术若能逐步完善，LED 可用于照明，取代传统的 白炽灯及荧光灯。果不其然，经过 20 年的发展，LED 在照明的应用领域 已超出当时的预估。目前，LED 照明技术的核心专利都在美国、日本、欧洲公司的手上。中国依托国内庞大的市场，在 21 世纪初奋力追赶，好不容易缩小了差距，但在专利创新及国际市场的拓展方面仍需深耕细作。而 且中国的企业虽然产能高，但主要贡献的是中低端产品，整个 LED 产业 面临产能过剩、同质化竞争激烈、利润不断下降的困境。
相对 LED 照明，激光照明具有效率高、节能好、亮度强、成本低等 优势。中村修二教授曾多次预言：“未来的照明领域将进入激光时代。”如 果能够领先世界，带头布局激光照明这个下一代的照明产业，将抢占行业 制高点和话语权，取得核心知识产权，将会获得更多的市场份额。目前， 我国在这方面的基础研究与产业化开发起步较晚，必须抓紧时机，加紧投 入，取得技术和产能的制高点。
全球 LED 产业看中国，中国 LED 产业看广东。国家“十三五”规划 涉万亿元级的半导体照明市场，广东占半壁江山。正是在这个背景下，深 圳市政府引进中村修二激光照明实验室，提前布局激光照明技术，通过源 头创新抢占先机，以新技术革命带动新产业革命，推动供给侧改革，实现 产业升级和技术换代。
基础研究需要耐得住寂寞
基于诺奖实验室必须聚焦产业化的目标和定位，中村修二激光照明实 验室的主要研发方向有两个：一是基础研究，致力于实现高功率激光二极 管的关键技术和核心工艺的突破；为提高激光照明产品稳定性和可靠性的 基础研究。二是应用研究，在突破高功率激光器制备核心技术和解决芯片 稳定性、可靠性问题的基础上，遵循产品、产业迭代规律和研发路径，逐 步开展应用于具体照明场景的相关技术研究。
目前，中村修二激光照明实验室投资约 6000 万元，专攻大功率激光 芯片设计和技术验证实验室。一期工程已于 2018 年 12 月投入使用，购买了包括电子回旋共振溅镀机、感应耦合等离子体蚀刻设备、等离子体化学 气相沉积设备等设备。按照研发进度和项目需求，未来还会补充、完善和 改扩建有关芯片外延生产、封装测试等实验平台，并创建高水平的激光器 件检测中心，为创新技术和产品提供检测服务。
▲2018 年7 月19 日，中村教授在激光照明技术与产业交流会上做主题演讲
经过三年的发展，实验室已经取得显著的阶段性成果，其中有两项位 于国内甚至世界领先水平。一是在激光照明前端照明芯片技术研发方面， 中村实验室目前已经建立大功率红激光二极管芯片的基准工艺平台，能稳 定重复制作单芯 2W 功率光输出的激光巴条与芯片，电光转换效能达 30% 以上，各项测试指标已经达到世界领先水平。二是在高分辨率、高速宽谱 MEMS 空间光调制器芯片的研发方面，研究院已与清华大学、中科院微 电子所、上海微技术研究院、上海华虹半导体等单位在 MEMS 芯片设计、制造、封装等方面开展以项目为主导的合作，共建芯片仿真平台、流片开 发工艺验证平台、芯片封装测试平台。2019 年，项目取得了前期突破性 阶段成果，实现 MEMS 芯片大于 10 万像素晶圆基本器件功能的实验测试， 达到国内领先水平。
▲2017 年6 月26 日，中村教授团队到广汽研究院进行技术交流
中村修二激光照明实验室主任助理李一飞透露，即使实验室取得了一 些突破性的成就，也很少对外发布新闻，因为从事基础研究需要耐得住寂 寞，不喜欢被镁光灯包围，团队成员都相当低调。中村修二教授在组织技 术研发工作的同时，也非常注重与产业链上下游沟通交流，了解企业的具 体需求。2018 年 7 月 19 日，中村修二教授在深圳举办“激光照明技术和 产业交流会”，并邀请相关上下游半导体产业、照明产业公司代表以及深 创投等投资机构，共同探讨项目的产业化方向和市场前景，切实推动“高 端引领＋产业落地”的产业布局。中村修二教授还多次率队到深圳比亚迪总部、广州广汽集团等公司走访交流，探讨新一代照明技术在汽车工业内 的应用前景。实验室重要成员也先后走访或接待北汽集团、大族激光、联 赢激光、中电照明等行业上下游领军企业，对可见光无线通信（LiFi）、 大功率工业激光器、汽车照明、特种照明等激光应用领域的产业化落地事 宜进行了深入研讨，初步达成合作意向。
李屹曾有过这样一段自我评价：“我是一名理想主义的创业者。我坚 信真正聪明的人应该给社会带来贡献，而不是仅仅为自己谋取利益。中村 修二激光照明实验室的成立，也是我践行理想的一个明证。这个实验室将 在新一代照明技术领域开展前沿研究，实现源头创新，形成人才的集聚效 应、引领效应和辐射效应，将深圳打造成具有国际影响力的激光照明技术 研究基地和高端研发人才培养基地，为深圳创新驱动发展、打造国际科技 产业创新中心做出积极贡献。”
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