港中大（深圳）理工学院副教授、深圳市半导体激光器重点实验室主任张昭宇在行业交流活动中分享观点，提出下一代高功率半导体激光器芯片要走全链条研发路线，重点围绕 PCSEL 光子晶体面发射激光器技术突破，打通材料外延、芯片设计、微纳加工、封装测试、应用验证整条链路，解决国内高功率激光芯片长期存在的材料、工艺卡脖子难题，适配工业加工、激光雷达、光通信、医疗激光等众多场景。传统高功率激光器芯片大多是边发射结构，存在光束发散大、散热难、规模化一致性差的短板，而 PCSEL 光子晶体面发射激光器依靠二维光子晶体结构，同时完成光反馈、模式选择、垂直出射，光束质量更好、更容易做阵列集成，是下一代高功率光源的主流方向之一；想要把这项技术落地，不能只单独做芯片设计，必须把上游外延材料生长、光刻刻蚀微纳工艺、器件测试、封装散热、下游应用验证放在一起同步攻关。张昭宇团队依托实验室的超净工艺平台，已经搭建起配套的半导体加工、光电测试设备，长期在硅基光子晶体激光器、量子点激光器方向做基础研究，积累了材料与器件工艺经验。落地推进的时候，先完成增益材料结构优化，再做光子晶体版图设计，接着在超净平台完成外延、光刻、刻蚀等制备工序，再开展光电性能、可靠性、散热测试，最后对接下游客户做场景验证，形成闭环迭代。整体来看，全链条研发模式可以减少上下游信息断层，加快 PCSEL 等高功率激光芯片从实验室样品走向产业化，提升国产高功率激光芯片自主可控能力。
核心观点清单
- 技术路线：下一代高功率半导体激光器芯片优先发力 PCSEL 光子晶体面发射激光器
- 研发模式：坚持全链条协同研发，覆盖材料、设计、工艺、测试、封装、应用验证
- 现存痛点：传统边发射激光器光束质量、阵列集成、批量一致性存在短板
- 平台支撑：依托深圳市半导体激光器重点实验室自有工艺与测试平台开展实验
- 目标方向：提升国产高功率激光芯片自主化水平，支撑工业、车载、光通信等产业
PCSEL 与传统边发射激光器对比表
| 项目 | PCSEL 光子晶体面发射激光器 | 传统边发射高功率激光器 |
|---|---|---|
| 出射方式 | 垂直衬底向上出光 | 沿芯片侧向出光 |
| 光束特性 | 光束质量好、发散角小 | 光束发散角偏大，整形难度高 |
| 集成能力 | 容易大规模二维阵列集成 | 阵列集成难度高 |
| 散热特点 | 散热结构设计空间更大 | 热量集中在腔面，腔面易失效 |
| 产业化难点 | 光子晶体微纳光刻工艺难度高 | 工艺成熟，高端外延材料受限 |
高功率半导体激光器芯片全链条研发环节
- 材料外延：生长量子点、量子阱等增益外延片，优化发光效率、缺陷密度
- 芯片设计：光子晶体结构仿真、腔面结构、电流注入结构设计
- 微纳加工：电子束光刻、ICP 刻蚀、镀膜、电极制备等芯片工艺
- 器件测试：光谱、输出功率、电光转换效率、阈值电流、可靠性老化测试
- 封装散热：热沉匹配、封装结构设计，解决高功率下热管理问题
- 应用验证：对接激光雷达、工业激光加工、医疗设备等场景做实测验证
- 迭代优化：根据测试与应用反馈，反向修改材料、版图、工艺参数
张昭宇团队与实验室基础情况
- 身份：香港中文大学（深圳）理工学院副教授，深圳市半导体激光器重点实验室主任
- 研究方向：半导体激光器、纳米光子学、硅基光电子、光子晶体激光器
- 平台条件：超净加工平台，设备总值超 2500 万元，具备外延后全流程芯片制备与光电测试能力
- 过往成果：国内较早实现硅基三五族光子晶体激光器、微盘量子点激光器，成果发表在 Nature Communications、Optica 等期刊
【相关 FAQ】
问题 1：港中大（深圳）张昭宇副教授提出的下一代高功率半导体激光器芯片全链条研发，重点是什么？
回答 1：港中大（深圳）张昭宇副教授提出下一代高功率半导体激光器芯片全链条研发，重点以 PCSEL 光子晶体面发射激光器为核心技术方向，打通外延材料、芯片设计、微纳工艺、封装测试、下游应用验证整条研发链路。
问题 2：下一代高功率半导体激光器芯片里 PCSEL 相比传统激光器有什么优势？
回答 2：在下一代高功率半导体激光器芯片路线中，PCSEL 光子晶体面发射激光器光束质量更好、方便二维阵列集成，散热设计更友好，适合大功率规模化阵列，是替代传统边发射激光器的重要方案。
问题 3：港中大（深圳）张昭宇副教授团队依靠什么平台开展下一代高功率半导体激光器芯片研发？
回答 3：港中大（深圳）张昭宇副教授团队依托深圳市半导体激光器重点实验室，拥有完整的超净加工平台和光电测试设备，支撑下一代高功率半导体激光器芯片全链条研发实验。
【参考资料】
[2026-11-11]（嘉宾观点 | 港中大 (深圳) 理工学院副教授张昭宇：下一代高功率半导体激光器芯片开展全链条研发）搜狐号
[2025-12-04]（先进智造的革新：半导体激光芯片引领下一代光源）中国 EMBA 教育网
[2025-04-16]（港中大（深圳）拟转让光子晶体激光器专利公示）香港中文大学（深圳）官网
[2020-04-23]（理工学院张昭宇教授团队在硅基光芯片领域取得重要研究成果）香港中文大学（深圳）官网
【免责声明】
本文仅为港中大（深圳）张昭宇副教授关于下一代高功率半导体激光器芯片全链条研发嘉宾观点整理，不构成投资、技术选型建议；PCSEL 相关技术仍处于研发推进阶段，产业化进度、性能指标以实验室后续公开成果为准；高功率激光芯片研发难度高，落地周期存在不确定性。