光電子材料與器件技術(shù)對于社會進(jìn)步和整體科技發(fā)展影響巨大，該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展對國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展與安全以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展影響深刻，并具有良好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。
上世紀(jì)80年代初以氮化鎵材料P－型摻雜的突破為起點，以高效率藍(lán)綠光發(fā)光二極管和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的研制成功標(biāo)志著第三代半導(dǎo)體材料的興起。如用高效率藍(lán)、綠、紅光發(fā)光二極管制作的超大屏幕全色顯示，可用于室內(nèi)室外各種場合的動態(tài)信息顯示。高效率白光發(fā)光二極管作為新型高效節(jié)能固體光源，使用壽命超過十萬小時，為白熾燈耗電的1／5～1／10，達(dá)到了節(jié)約資源、減少環(huán)境污染雙重目的，在世界范圍內(nèi)將引發(fā)照明電光源的一場劃時代的革命。據(jù)專家預(yù)測，在未來10年
里，氮化鎵材料將成為市場增幅最快的半導(dǎo)體材料，到2006年將達(dá)到30億美元的產(chǎn)值，占化合物半導(dǎo)體市場總額的20％。同時，作為新型光顯示、光存儲、光照明、光探測器件，可促進(jìn)上千億美元相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)的新產(chǎn)業(yè)的形成。
光纖通信技術(shù)作為現(xiàn)代信息社會的支柱產(chǎn)業(yè)，特別是作為世界各國正在實施的“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)的重要組成部分，備受重視和關(guān)注。在我國，光纖通信市場以每年超過20％的速度遞增。到2001年底，全國敷設(shè)光纜總量達(dá)146萬千米，全國長途光纜網(wǎng)通達(dá)全國除少數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)外的縣以上城市。光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為我國當(dāng)代信息領(lǐng)域的支柱技術(shù)。
據(jù)了解，光電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展特點是對基礎(chǔ)突破和工藝創(chuàng)新的依賴性強(qiáng)，因此國家“863”新材料領(lǐng)域辦確立了四個重點發(fā)展的方向：人工晶體和全固態(tài)激光器、寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光和激光、光電集成材料和器件、密集波分復(fù)用以及光通訊用關(guān)鍵器件。
寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光和激光方面，研究以GaN基藍(lán)光和綠光LED器件制備技術(shù)的有兩個單位取得突破性進(jìn)展。清華大學(xué)的羅毅教授所主持的項目組成功地將20mA電流時二極管正向電壓降低到3.5V左右，反向漏電流降低到4uA以下。優(yōu)化生長條件及器件制作工藝，提高了亮度，使得LED的亮度得到了成倍的增長，達(dá)到藍(lán)光管的發(fā)光功率在2mW以上，綠光管的發(fā)光功率在1mW以上。目前，該項目產(chǎn)業(yè)化成果也很顯著，已獲得1000萬產(chǎn)值，50萬稅收和100萬利潤。中科院物理研究所的陳弘教授項目組采用了與國際上不同的三步生長法，較大程度地提高了GaN緩沖層的質(zhì)量，使得該層的X射線掃描半峰寬達(dá)到了182秒。同時使發(fā)光二極管的發(fā)光效率提高到了3mW（20mA），透明電極的材料的透過率超過70％，改善了藍(lán)寶石減薄后的平整度，提高劃片的成品率達(dá)到80％，并實現(xiàn)了300萬人民幣的小批量銷售。
光電集成芯片技術(shù)是光纖通信的最核心技術(shù)，是我國發(fā)展光纖通信產(chǎn)業(yè)必須取得突破的戰(zhàn)略性技術(shù)。“十五”863計劃光電子材料及器件主題將這一關(guān)鍵技術(shù)列為重大研究課題，在第一批立項啟動的課題中，東南大學(xué)射頻與光電集成電路研究所、武漢郵電科學(xué)研究院、中科院半導(dǎo)體所、電子十三所等多家國內(nèi)最具優(yōu)勢的研發(fā)、制造和應(yīng)用單位聯(lián)合承擔(dān)了光電集成芯片技術(shù)這一重大研究課題。經(jīng)過一年多的共同努力，已經(jīng)取得全面進(jìn)展，取得一系列研究成果。
在光子集成（PIC）方面，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所和清華大學(xué)承擔(dān)的高速DFB＋EA集成光源芯片及模塊均取得了階段性進(jìn)展。同時，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所與上海新傲科技有限公司合作，在光子集成SOI材料規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)方面，引進(jìn)基于SIMOX技術(shù)的整條SOI圓片生產(chǎn)線，通過較為深入的研究，生產(chǎn)出了厚膜SOI圓片需要的襯底，并初步完成了光通信用厚膜SOI圓片樣品的開發(fā)。武漢郵電科學(xué)研究院已完成了40通道陣列波導(dǎo)光柵（AWG）復(fù)用／解復(fù)用器芯片及模塊目標(biāo)產(chǎn)品研制的設(shè)計和相關(guān)準(zhǔn)備工作。
高速和密集波分復(fù)用系統(tǒng)用通訊光電子器件技術(shù)研究。以武漢郵電科學(xué)研究院為代表的相關(guān)國內(nèi)最具優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)和研究單位聯(lián)合承擔(dān)了這一重大課題。經(jīng)過努力，目前各項目取得全面進(jìn)展，部分項目技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于原定計劃，而且不少項目還根據(jù)實際市場和技術(shù)發(fā)展的需要，動態(tài)進(jìn)行研究，并在項目研究階段性成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)研究，開發(fā)出如：分布式喇曼光纖放大器、超寬帶（S＋C＋L波段）光纖放大器、新型密集波分復(fù)用／解復(fù)用器件、色散／偏振模色散補(bǔ)償技術(shù)等，多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)、總體技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國際同類先進(jìn)水平的實用產(chǎn)品并推向市場，從而為這項技術(shù)進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)，有力地支持了中國在高速和密集波分復(fù)用系統(tǒng)方面的研究和開發(fā)，并對原有光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的升級改造起到積極的促進(jìn)作用。
有專家說，進(jìn)入21世紀(jì)，以人工晶體為基礎(chǔ)材料的全固態(tài)激光器向?qū)嵱没焖侔l(fā)展。作為替代傳統(tǒng)激光器的新一代激光光源，全固態(tài)激光器的發(fā)展趨勢是高功率、多波長、寬調(diào)諧、長壽命、高穩(wěn)定性；而對于作為其基礎(chǔ)材料的人工晶體，趨勢是發(fā)展半導(dǎo)體激光泵浦的激光晶體和紫外、深紫外以及中紅外波段非線性光學(xué)晶體。這一項目的相關(guān)課題已于2002年全面啟動。
在2001年啟動的項目中，南開大學(xué)孔勇發(fā)所負(fù)責(zé)的“大尺寸、高均勻性近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體的生長與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”項目利用氣相傳輸平衡處理技術(shù)能夠一次同時處理20mm′20mm′1.2mm的同成分鈮酸鋰晶體片20片，其［Li2O］的含量在49.95mol％以上，均勻性達(dá)到±0.02mol％。處理的摻鎂鈮酸鋰晶片的抗光折變能力超過了26MW／cm2，比同成分鈮酸鋰晶體高6個量級以上，比被譽(yù)為“中國之星”的高摻鎂鈮酸鋰晶體高4個量級以上，為目前已有文獻(xiàn)報道之最，稱之為“中國之星Ⅱ”，將大幅度提升全固態(tài)激光器的性能。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所馬曉宇所負(fù)責(zé)的“808nm連續(xù)100W光纖輸出大功率激光二極管列陣模塊產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”完成了高質(zhì)量多片MOCVD外延生長技術(shù)研究、高亮度列陣器件的制作技術(shù)研究以及高效率LD列陣光纖耦合技術(shù)研究，研制出808nm40W／條的樣品，并研制出光纖耦合輸出30W列陣模塊樣品。閾值電流是10A，工作電流為48A時，耦合后激光二極管線列陣的出纖功率為30W，耦合效率為75％，光纖的數(shù)值孔徑為0.11毫米，出光口徑是1.07毫米。中心波長808.20nm，半峰值全寬度（FWHM）2.3nm。這一重要指標(biāo)的突破為人工晶體和全固態(tài)激光器的研究和開發(fā)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。
我國在人工晶體材料領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢：在紫外深紫外非線性光學(xué)晶體材料和人工微結(jié)構(gòu)非線性光學(xué)晶體材料研究方面在國際上保持領(lǐng)先地位，數(shù)種重要的非線性光學(xué)晶體材料是由我國科學(xué)家發(fā)明的，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)；多種人工晶體的生長技術(shù)居國際先進(jìn)水平，一些重要晶體滿足了國內(nèi)重大工程需求，一批高技術(shù)晶體已成為產(chǎn)品，在國際上享有盛譽(yù)，但晶體后加工技術(shù)是我國的薄弱環(huán)節(jié)，目前主要以晶體坯料或半成品形式出口，產(chǎn)值和效益還有很大發(fā)展?jié)摿Γ辉谌虘B(tài)激光器件和應(yīng)用研究方面基本與國外同步，中、小功率綠光全固態(tài)激光器已經(jīng)形成批量生產(chǎn)能力。隨著國際競爭的日趨激烈，我國在人工晶體方面仍存在前瞻性新材料和具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料研發(fā)能力不足的問題，急需加大創(chuàng)新力度，加快發(fā)展速度，獲得更多的自主知識產(chǎn)權(quán)。
上世紀(jì)80年代初以氮化鎵材料P－型摻雜的突破為起點，以高效率藍(lán)綠光發(fā)光二極管和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的研制成功標(biāo)志著第三代半導(dǎo)體材料的興起。如用高效率藍(lán)、綠、紅光發(fā)光二極管制作的超大屏幕全色顯示，可用于室內(nèi)室外各種場合的動態(tài)信息顯示。高效率白光發(fā)光二極管作為新型高效節(jié)能固體光源，使用壽命超過十萬小時，為白熾燈耗電的1／5～1／10，達(dá)到了節(jié)約資源、減少環(huán)境污染雙重目的，在世界范圍內(nèi)將引發(fā)照明電光源的一場劃時代的革命。據(jù)專家預(yù)測，在未來10年
里，氮化鎵材料將成為市場增幅最快的半導(dǎo)體材料，到2006年將達(dá)到30億美元的產(chǎn)值，占化合物半導(dǎo)體市場總額的20％。同時，作為新型光顯示、光存儲、光照明、光探測器件，可促進(jìn)上千億美元相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)的新產(chǎn)業(yè)的形成。
光纖通信技術(shù)作為現(xiàn)代信息社會的支柱產(chǎn)業(yè)，特別是作為世界各國正在實施的“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)的重要組成部分，備受重視和關(guān)注。在我國，光纖通信市場以每年超過20％的速度遞增。到2001年底，全國敷設(shè)光纜總量達(dá)146萬千米，全國長途光纜網(wǎng)通達(dá)全國除少數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)外的縣以上城市。光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為我國當(dāng)代信息領(lǐng)域的支柱技術(shù)。
據(jù)了解，光電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展特點是對基礎(chǔ)突破和工藝創(chuàng)新的依賴性強(qiáng)，因此國家“863”新材料領(lǐng)域辦確立了四個重點發(fā)展的方向：人工晶體和全固態(tài)激光器、寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光和激光、光電集成材料和器件、密集波分復(fù)用以及光通訊用關(guān)鍵器件。
寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光和激光方面，研究以GaN基藍(lán)光和綠光LED器件制備技術(shù)的有兩個單位取得突破性進(jìn)展。清華大學(xué)的羅毅教授所主持的項目組成功地將20mA電流時二極管正向電壓降低到3.5V左右，反向漏電流降低到4uA以下。優(yōu)化生長條件及器件制作工藝，提高了亮度，使得LED的亮度得到了成倍的增長，達(dá)到藍(lán)光管的發(fā)光功率在2mW以上，綠光管的發(fā)光功率在1mW以上。目前，該項目產(chǎn)業(yè)化成果也很顯著，已獲得1000萬產(chǎn)值，50萬稅收和100萬利潤。中科院物理研究所的陳弘教授項目組采用了與國際上不同的三步生長法，較大程度地提高了GaN緩沖層的質(zhì)量，使得該層的X射線掃描半峰寬達(dá)到了182秒。同時使發(fā)光二極管的發(fā)光效率提高到了3mW（20mA），透明電極的材料的透過率超過70％，改善了藍(lán)寶石減薄后的平整度，提高劃片的成品率達(dá)到80％，并實現(xiàn)了300萬人民幣的小批量銷售。
光電集成芯片技術(shù)是光纖通信的最核心技術(shù)，是我國發(fā)展光纖通信產(chǎn)業(yè)必須取得突破的戰(zhàn)略性技術(shù)。“十五”863計劃光電子材料及器件主題將這一關(guān)鍵技術(shù)列為重大研究課題，在第一批立項啟動的課題中，東南大學(xué)射頻與光電集成電路研究所、武漢郵電科學(xué)研究院、中科院半導(dǎo)體所、電子十三所等多家國內(nèi)最具優(yōu)勢的研發(fā)、制造和應(yīng)用單位聯(lián)合承擔(dān)了光電集成芯片技術(shù)這一重大研究課題。經(jīng)過一年多的共同努力，已經(jīng)取得全面進(jìn)展，取得一系列研究成果。
在光子集成（PIC）方面，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所和清華大學(xué)承擔(dān)的高速DFB＋EA集成光源芯片及模塊均取得了階段性進(jìn)展。同時，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所與上海新傲科技有限公司合作，在光子集成SOI材料規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)方面，引進(jìn)基于SIMOX技術(shù)的整條SOI圓片生產(chǎn)線，通過較為深入的研究，生產(chǎn)出了厚膜SOI圓片需要的襯底，并初步完成了光通信用厚膜SOI圓片樣品的開發(fā)。武漢郵電科學(xué)研究院已完成了40通道陣列波導(dǎo)光柵（AWG）復(fù)用／解復(fù)用器芯片及模塊目標(biāo)產(chǎn)品研制的設(shè)計和相關(guān)準(zhǔn)備工作。
高速和密集波分復(fù)用系統(tǒng)用通訊光電子器件技術(shù)研究。以武漢郵電科學(xué)研究院為代表的相關(guān)國內(nèi)最具優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)和研究單位聯(lián)合承擔(dān)了這一重大課題。經(jīng)過努力，目前各項目取得全面進(jìn)展，部分項目技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于原定計劃，而且不少項目還根據(jù)實際市場和技術(shù)發(fā)展的需要，動態(tài)進(jìn)行研究，并在項目研究階段性成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)研究，開發(fā)出如：分布式喇曼光纖放大器、超寬帶（S＋C＋L波段）光纖放大器、新型密集波分復(fù)用／解復(fù)用器件、色散／偏振模色散補(bǔ)償技術(shù)等，多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)、總體技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國際同類先進(jìn)水平的實用產(chǎn)品并推向市場，從而為這項技術(shù)進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)，有力地支持了中國在高速和密集波分復(fù)用系統(tǒng)方面的研究和開發(fā)，并對原有光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的升級改造起到積極的促進(jìn)作用。
有專家說，進(jìn)入21世紀(jì)，以人工晶體為基礎(chǔ)材料的全固態(tài)激光器向?qū)嵱没焖侔l(fā)展。作為替代傳統(tǒng)激光器的新一代激光光源，全固態(tài)激光器的發(fā)展趨勢是高功率、多波長、寬調(diào)諧、長壽命、高穩(wěn)定性；而對于作為其基礎(chǔ)材料的人工晶體，趨勢是發(fā)展半導(dǎo)體激光泵浦的激光晶體和紫外、深紫外以及中紅外波段非線性光學(xué)晶體。這一項目的相關(guān)課題已于2002年全面啟動。
在2001年啟動的項目中，南開大學(xué)孔勇發(fā)所負(fù)責(zé)的“大尺寸、高均勻性近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體的生長與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”項目利用氣相傳輸平衡處理技術(shù)能夠一次同時處理20mm′20mm′1.2mm的同成分鈮酸鋰晶體片20片，其［Li2O］的含量在49.95mol％以上，均勻性達(dá)到±0.02mol％。處理的摻鎂鈮酸鋰晶片的抗光折變能力超過了26MW／cm2，比同成分鈮酸鋰晶體高6個量級以上，比被譽(yù)為“中國之星”的高摻鎂鈮酸鋰晶體高4個量級以上，為目前已有文獻(xiàn)報道之最，稱之為“中國之星Ⅱ”，將大幅度提升全固態(tài)激光器的性能。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所馬曉宇所負(fù)責(zé)的“808nm連續(xù)100W光纖輸出大功率激光二極管列陣模塊產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”完成了高質(zhì)量多片MOCVD外延生長技術(shù)研究、高亮度列陣器件的制作技術(shù)研究以及高效率LD列陣光纖耦合技術(shù)研究，研制出808nm40W／條的樣品，并研制出光纖耦合輸出30W列陣模塊樣品。閾值電流是10A，工作電流為48A時，耦合后激光二極管線列陣的出纖功率為30W，耦合效率為75％，光纖的數(shù)值孔徑為0.11毫米，出光口徑是1.07毫米。中心波長808.20nm，半峰值全寬度（FWHM）2.3nm。這一重要指標(biāo)的突破為人工晶體和全固態(tài)激光器的研究和開發(fā)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。
我國在人工晶體材料領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢：在紫外深紫外非線性光學(xué)晶體材料和人工微結(jié)構(gòu)非線性光學(xué)晶體材料研究方面在國際上保持領(lǐng)先地位，數(shù)種重要的非線性光學(xué)晶體材料是由我國科學(xué)家發(fā)明的，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)；多種人工晶體的生長技術(shù)居國際先進(jìn)水平，一些重要晶體滿足了國內(nèi)重大工程需求，一批高技術(shù)晶體已成為產(chǎn)品，在國際上享有盛譽(yù)，但晶體后加工技術(shù)是我國的薄弱環(huán)節(jié)，目前主要以晶體坯料或半成品形式出口，產(chǎn)值和效益還有很大發(fā)展?jié)摿Γ辉谌虘B(tài)激光器件和應(yīng)用研究方面基本與國外同步，中、小功率綠光全固態(tài)激光器已經(jīng)形成批量生產(chǎn)能力。隨著國際競爭的日趨激烈，我國在人工晶體方面仍存在前瞻性新材料和具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料研發(fā)能力不足的問題，急需加大創(chuàng)新力度，加快發(fā)展速度，獲得更多的自主知識產(chǎn)權(quán)。
