半导体激光发生器技术及发展历程 半导体技术指标

第第页半导体激光发生器技术及进展历程半导体技术指标晶体管利用一种称为半导体的材料的特别性能。电流由运动的电子承载。一般的金属，如铜是电的好导体，由于它们的电子没有紧密的和原子核相连，很简单被一个正电荷吸引。其它的物体，例如橡胶，是绝缘体——电的不良导体——由于它们的电子不能自由运动。半导体，正如它们的名字暗示的那样，处于两者之间，它们通常情况下象绝缘体，但是在某种条件下会导电。对半导体的早期讨论集中在硅上，但硅本身不能发射激光。1948年贝尔试验室的WilliamSchockley，WalterBrattain和JohnBardeen创造的晶体管。这一创造推动了对其它半导体裁的讨论进展进程。它也为利用半导体中的发射激光奠定了概念性基础。1952年，德国西门子公司的HeinrichWelker指出周期表第III和第V列之间的元素合成的半导体对电子装置有潜在的用途。其中之一，砷化镓或GaAs，它在找寻一种有效的通讯激光中扮演了紧要角色。对砷化镓（GaAs）的讨论涉及到三个方面的讨论：高纯度晶体的叠层成长的讨论，对缺陷和掺杂剂（对一种纯物质添加杂质，以更改其性能）的讨论以及对热化合物稳定性的影响的分析。有了这些讨论成果，通用电器，IBM和麻省理工大学林肯试验室的讨论小组在1962年研制出砷化镓（GaAs）激光发生器。但是有一个老问题始终悬而未决：过热。使用单一半导体，（通常是GaAs）的激光发生器效率不是很高。它们仍需大量的电来激发激光作用，而在正常的室温下，这些电很快就使它们过热。只有脉冲操作才有可能避开过热（脉冲操作：电路或设备在能源以脉冲方式供给时的工作方式），可是通过这种工作方式不能通讯传输。科学家们尝试了各种方法来驱热一例如把激光发生器放在其它好的热导体材料上，但是都没成功。然后在1963年，克罗拉多大学的HerbertKroemer提出了一种不同的的方式——制造一个由半导体"三明治"构成的激光发生器，即把一个薄薄的活跃层嵌在两条材料不同的板之间。把激光作用限制在薄的活跃层里只需要很少的电流，并会使热输出量保吃持在可控范围之内。这样一种激光发生器不是只靠象把奶酪夹在两片面包那样，简单地塞进一个活跃层就能制造出来的。半导体晶体中的原子以点阵的方式排列，由电子构成化学键。要想制造出一个在两个原子之间有必要电子键连接的多层半导体，这个装置必需是由一元半导体单元构成，我们称之为多层晶体。1967年，贝尔试验室的讨论员MortonPanish和IzuoHayashi提出了用GaAs的修改型——即其中几个铝原子代替一些镓，一种称为"掺杂"的过程——来制造一种合适的多层晶体的可能性的建议。这种修改型的化合物，AlGaAs,的原子间隔和GaAs相差不到1000分之一、讨论人员提出，把AlGaAs莳植在GaAs薄层的任何一边，它都会把全部的激光作用限制在GaAs层内。在他们面前，还要有几年的工作，但是通向"不间断状态"激光发生器—在室温下仍能持续工作的微型半导体装置—的大门已经打开了。还有一个障碍：怎样发射跨过长距离的光信号。长波无线电波可以很简单穿透浓雾和大雨，在空气中自由传播，但是短波激光会