市场失灵的概念是指通过市场机制可能出现资源配置低效率的现象。经济学中的效率通常是指帕累托效率，是指资源分配达到一种状态，不能通过任何改变使得某人的福利提高而不损害其他人的福利。福利经济学第一定理表明，完全竞争且完善的市场机制能够实现帕累托最优的资源配置状态。然而，现实当中市场往往存在不完善性。斯蒂格利茨（Stiglitz）概括了五个方面市场失灵带来的低效率，包括：外部性、公共品、竞争失灵、不完善市场和信息失灵。[1]
在技术创新、人力资本累积与经济发展的内生增长机制当中，科技人力资本投资发挥了重要的作用。然而由于市场失灵，科技人力资本投资往往难以达到最优的水平。造成投资不足的原因主要包括：①科技活动的外部性；②系统失灵造成的“低技能”均衡；③信息失灵；④科技市场的垄断；⑤公共品属性（Public Goods Properties）。外部性和系统失灵造成的“低技能”均衡与科技人力资本投资不足有密切联系，在内生经济增长理论当中有较多讨论，以下重点对这两方面的市场失灵进行文献回顾。
一、外部性造成的科技人力资本投资不足
外部性是指个人或厂商的行动影响了其他主体，对他人施加了成本而没有进行补偿，或是给他人带来了收益但没有得到报酬。当存在外部性时，市场资源分配将存在低效问题，负外部性使得行动实施过量，正外部性则造成行动实施的不足。麦克马洪（Mc Mahon）指出高等教育的外部性是指那些没有被教育投资者、个人、家庭或研究者获得，而是被社会当中其他人所获得的收益。[2]
科技创新所产生的新知识被认为是具有较强外部性的产品。阿罗（Arrow）指出，发明、创新或更一般的知识和信息具有公共产品的一些特征，为特定应用目的而开发的知识很容易有外部性。因此他认为政府可以对发明和创新采取补贴和支持政策，进而促进经济增长。[3]
在实证研究方面，格里切斯（Griliches）回顾了早期两类实证研究：一类是对特定产业内的创新活动的影响，研究主要集中在农业研发领域；另一类研究则是通过回归分析考察外部的R＆D支出对总体产业的影响。研究发现，总体上R＆D的溢出效应是较为普遍且具有重要性的。[4]对中国的R＆D外部性影响的实证研究不多，杰弗逊（Jefferson）等使用中国20000个大中型制造业企业数据，发现R＆D对新产品创新、生产力及盈利具有显著的影响，R＆D的回报率至少是固定生产性资产的三至四倍。[5]魏和刘（Wei＆Liu）采用中国1998—2001年期间10000多所本土及外商投资制造业企业的面板资料，考察了R＆D，出口及对外直接投资对行业生产力的影响，其中发现了R＆D对行业内部的作用及行业间的生产力溢出效应都为正，说明了R＆D对我国制造业具有外溢性（Spill-over Effect）。[6]
当研发活动存在外部性时，从事研发活动的个人进行科技人力资本投资就可能存在不足的状况。卢卡斯在内生增长模型中对存在外部性的人力资本投资进行了数理模型分析，说明了外部性可能造成的影响。模型最大化家庭单个商品的实际人均消费对无限期的家庭总效用。ρ是主观贴现因子，σ为跨时替代弹性（利率增加带来的消费的增长率）的倒数。总产出Y是劳动力N，人均人力资本h以及技术水平A的函数。每一个生产者用比例μ的时间进行生产，用1－μ的时间进行人力资本投资。β代表物质资本的收入份额；r＞0，表示人力资本外在效应参数；A是外商给定的技术水平。模型假设人力资本的累积受到已有的人力资本水平以及人力资本投入时间1－μ（狋）的影响。假设教育部门的生产函数为线性函数，资本积累则等于总产出减去当期总消费（公式2．2）。
在这一模型下，均衡的增长率等于人力资本的增长率。
社会福利最优的增长为：
可以发现由于人力资本存在外部性r＞0，社会福利最优的增长率要高于分散化经济的增长率。这一模型可以发现，控制其他因素，当人力资本具有的外部性越高时，人力资本的累积的速率越低。然而在分散的经济体系当中，仍然能够保持一定的人力资本增长，只是低于福利最优的增长率，因此对经济体系而言，人力资本投资依旧可以同经济发展之间保持良性的互动，并不影响内生增长的机制。[7]
二、“低技能”均衡造成的科技人力资本投资不足
除了静态经济体系当中外部性造成的市场失灵以外，科技人力资本的发展还面临着动态经济体系当中存在的系统失灵问题。根据索洛的新古典经济增长模型，如果两个国家储蓄率相同、人口增长率相同，并且技术可以自由传播，则两个国家的人均收入将趋同。然而现实当中，技术的传播往往存在阻碍，从而造成了各个国家和地区的技术发展可能形成封闭系统。[8]以往不少研究都显示，技术进步和人力资本投资之间存在一定的自增强机制：一方面，较高水平的人力资本投资有助于技术创新的实现；[9]另一方面，较快的技术进步也可能通过提高科技人员的收益，促进个人进行更多的人力资本投资。[10]这种技术进步和人力资本投资之间的互补关系，是造成科技人力资本投资系统失灵的一个前提条件。
阿西莫格鲁等研究发现，由于存在人力资本投资与R＆D投资之间的互补关系，人力资本投资和技术进步水平可能存在多重均衡。对于一些地区或一些领域，如果市场对于研发人员给予更高的薪酬，则个人更愿意进行人力资本投资，进而提高对应行业或企业的研发创新水平。企业期望获得更多高质量的研发人才，于是越倾向投入更多资源到研发当中，从而为研发人员提供更高的薪酬。通过这一互相促进的机制，这些地区或领域能够维持在较高的研发创新水平。相反，如果个人预期进行科技人力资本投资的收益较低，人力资本投资不足将使得产业科技创新能力低下；另一方面，产业无法获得高技能人才，也难以提供较多的研发岗位和高水平的薪酬吸引个人进行人力资本投资。这些地区或领域的研发创新则可能维持在一个较低水平均衡。[11]
雷丁（Redding）用数理模型刻画了“低技能”均衡的产生机制和形成条件。根据这一模型，在一定的条件下，均衡状态的个人进行人力资本投资的比例受到厂商投入研发比例的影响。当厂商产出投入研发创新的比例较低时，人力资本投资的比例会低于某一临界值。而厂商下一期投入研发创新的比例又受到了上一期人力资本投资比例的影响。研究发现，可能存在低水平的人力资本与R＆D投资均衡，被称为“低技能，低质量”均衡，它是指经济体系当中人力资本投资不足导致科技人才技能水平低（低技能），同时研发创新水平较低导致产品质量水平低的现象（低质量）。出现低水平均衡的经济体系呈现五方面的特点：①创新规模λ较小；②创新固定投资系数α′较高；③创新实现的概率ψ小；④时间折旧率ρ高；⑤教育产出系γ低。各个参数满足以下方程条件时，经济系统将维持在“低技能”均衡的状态。[12]
以上阿西莫格鲁和雷丁的模型都通过一个动态的体系，展示了存在技术壁垒的情况下，某些国家或地区技术发展落后的形成机制。这是一种有别于外部性的市场失灵，可能存在一些领域，虽然能够将研发创新的收益内部化，但专业化程度较高的高层次研发创新规模却有限，个人可能不倾向于在这些领域进行高层次的人力资本投资。对于发展中国家，这种“低技能”状况可能较容易出现。研究显示，在马来西亚和泰国等亚洲发展中国家，填补专业职位的空缺平均需要耗费6周时间，在中国和蒙古也需要耗费4周以上的时间，而在美国、韩国等发达国家，只需要3周左右的时间。[13]
三、其他类型的市场失灵
1．公共品
公共品是指在消费上具有非竞争性（Non-rivalness）与非排他性（Non-excludability）的产品。非竞争性是指增加一个消费者，生产的可变成本没有变化；非排他性是指无法将未受益群体排除在受益群体之外。[14]对于高层次理工科教育的直接产品而言，并不具有非竞争性和非排他性，但具有“拥挤公共产品”（Congestible Public Goods）的特点。它是指在一定规模内的消费增加不会增加生产成本，但超出一定程度后就会出现竞争性。[15]格罗斯曼（Grossmann）通过对这一拥挤效应进行规范分析，发现当研发创新存在外部性时，政府如果补贴R＆D活动，试图通过市场机制间接促进科技人力资本投资时，将不能够达到很好的效果。原因是理工科教育大部分是通过公共教育系统提供，在一定范围内具有拥挤公共品的特点。当市场对科技人力资本投资的需求提高时，由于公共教育经费有限，将难以增加教育的供给。如果强迫学校扩招，则由于拥挤效应，可能造成科技人才培养质量的下降。[16]
2．信息失灵造成的科技人力资本投资不足
舒尔茨在分析教育的经济价值时指出，“在高等教育领域中的每项投资，不论采取何种形式，都是超前的，长期的，对未来承担义务的，因此都被某种风险和不确定性所困扰”。人力资本投资风险主要来自市场信息不完备造成的不确定性。舒尔茨指出不确定性主要有三方面：一是学生对自身才能的不确定。对于年轻学生，很难对自身能力有准确估计，再加上教育投资时期较长，他们很难预测到未来的教育投资收益。二是就业的不确定。由于市场波动难以预测，学生很难肯定毕业后的就业市场状况。三是资本市场的不确定。[17]对于风险规避的个人，这些教育投资的不确定性可能降低人力资本投资水平，从而造成市场的失灵。
科技人力资本投资时，同样面临着以上三方面信息不对称造成的投资风险问题，并且由于高层次科技人才培养的周期较长，存在的信息不对称状况可能更为严重。罗默分析科技人才补贴方案时，刻画了科技人才的培养途径。他指出要吸引本科生就读理工科专业，单纯补贴科技劳动力市场可能效果甚微。原因是高校对理工科教育的供给对市场反应可能不灵敏：当市场需求扩大时，虽然能吸引更多的生源，但高校可能会通过提高标准来控制入学名额，并且设置较高的学业标准而降低学生的毕业率。此外，罗默还指出，在教育国际化的背景下，增加理工科博士和硕士规模也难以提高理工科本科的规模。因为在人才流动背景下，美国的外国理工科人才所占比例增加，外国理工科学生对市场的反应更加灵敏，从而平衡了这种供求的差异。由于学生对未来科技劳动力的信息不充分，科技人才的供给对市场工资变化可能较不敏感，如果补贴R＆D活动，只能提高劳动力市场的工资，无法真正提高科技人力资本的投资。[18]
3．市场不完全竞争
科技人才的供给和需求方面，都存在不完全竞争性的市场，这也可能造成科技人力资本投资的市场失灵状况。从需求方面看，科技研发活动往往需要大量的固定投资，因而具有自然垄断特点。阿罗和卡普纶（Arrow＆Capron）指出，由于科技劳动力市场的垄断性，可能使得科技员工的工资合约具有长期性，从而造成科技人才供给价格机制不完善。当存在科技人力资本短期需求增加时，工资水平短期不会提高，从而形成科技人力资本短缺。但这种短缺是一个动态性的短缺，其调整需要一定的时间。调整的方案应当以完善市场价格机制为主，政府没有必要过多介入科技人力资本的供给。[19]
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