Το λέιζερ ημιαγωγών είναι ήδη ηλικίας 40 ετών

Από το Physics News Update, Οκτώβριος 2002

Οι συσκευές DVD, οι συσκευές ανάγνωσης των ραβδόγραμμων κωδικών των προϊόντων (barcodes), οι τηλεπικοινωνίες με οπτικές ίνες που μεταφέρουν μηνύματα με υψηλή ταχύτητα, όλες αυτές οι τεχνολογικές επιτεύξεις με τζίρο δισεκατομμυρίων δολαρίων, στηρίζονται στα λέιζερ ημιαγωγών που επινοήθηκε πριν από 40 χρόνια. Ένα από τα πιο σημαντικά "παιδιά" του λέιζερ αυτού, η συσκευή αναπαραγωγής CD, γιορτάζει επίσης την 20 επέτειό της εμφάνισής της στην αγορά.  

Σε όλες αυτές τις συσκευές, γνωστές και ως λέιζερ διόδου, ηλεκτρόνια που βρίσκονται στη ζώνη αγωγιμότητας εξαναγκάζονται να επανασυνδεθούν με θετικές οπές που ανήκουν στη ζώνη σθένους. Όταν συμβαίνει αυτό τα ηλεκτρόνια αποδίδουν υπό μορφή φωτονίων την ενέργεια που αντιστοιχεί στο ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο ζωνών.  Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει στην επαφή ενός αγωγού τύπου -n και ενός τύπου -p. Το φως που παράγεται διαπερνά το επίπεδο της επαφής. Οι καθρέφτες για την ενίσχυση του φωτός λέιζερ βρίσκονται στα άκρα των κρυστάλλων. Το μέγεθος των λέιζερ ημιαγωγών μπορεί να είναι αρκετά μικρό, της τάξης του 1mm. 

Οι ημιαγωγοί μπορούν να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια σε φωτεινή, τόσο αποτελεσματικά ώστε μερικοί φυσικοί κατά τα πρώτα χρόνια της ανακάλυψης, ισχυρίζονταν ότι η κατασκευή αυτή η οποία ήταν πολύ διαφορετική από τα αρχικά λέϊζερ αερίου και στερεάς κατάστασης, απαιτούσε την την κατάρριψη του δεύτερου θερμοδυναμικού νόμου για να δουλέψει. 

Αλλά από τον Σεπτέμβρη του 1962, οι επιστήμονες άρχισαν να αναφέρουν την λειτουργία των πρώτων λέϊζερ διόδου, από 4 διαφορετικά εργαστήρια: Δύο της General Electric, της IBM και του ΜΙΤ, όπου οι τότε θεσμοί επέτρεπαν στους φυσικούς να κάνουν έρευνα σε ζητήματα που δεν είχαν στόχο τις εφαρμογές είτε η επιτυχία της έρευνας δεν ήταν εγγυημένη. 

Τα αποτελέσματα των τεσσάρων ομάδων εμφανίστηκαν με διαφορά τριών μηνών το ένα από το άλλο στα περιοδικά  Physical Review Letters και Applied Physics Letters. Το τελευταίο μάλιστα περιοδικό ήταν τότε στον πρώτο χρόνο της κυκλοφορίας του. 

Η τεχνολογική εξέλιξη του λέιζερ ημιαγωγών συνεχίζεται ως τις μέρες μας. Σ' αυτές περιλαμβάνονται τα λέιζερ κβαντικού καταρράκτη, (βλέπε τις αναφορές 181, 322, 359), τα λέϊζερ με πολλαπλά μήκη κύματος από ένα μόνο υλικό (δες την αναφορά  407), τα λέιζερ επιφανειακής εκπομπής (αναφορά 132, 217, 229) και τα γαλάζια λέϊζερ (αναφορά  50). Μέσα στην τελευταία δεκαετία τα γαλάζια λέϊζερ αντικατάστησαν τα ερυθρά λέιζερ στις συσκευές DVD, αφού πετυχαίνουν αύξηση της περιεχόμενης πληροφορίας σ' ένα δίσκο DVD κατά 6 φορές. 

Σύγχρονο του λέιζερ διόδου είναι και το ορατό LED, που επίσης εφευρέθηκε το 1962. Τα LED χαμηλής ισχύος και υψηλής απόδοσης βρήκαν εφαρμογές σε φωτεινούς σηματοδότες της τροχαίας και στα οπίσθια φώτα αυτοκινήτων. Τελευταία κατασκευάστηκαν LED λευκού φωτός με αρκετή ισχύ ώστε να μπορούν να αντικαταστήσουν τις λάμπες στα μπροστινά φώτα των αυτοκινήτων.