大规模集成电路和计算机，德州仪器TI半导体激光器的发明     

半导体发光管和激光器的工作原理和太阳能电池正好相反：太阳能电池是用光产生电，而发光管、激光器则用电产生光。用电流将电子和空穴分别引入半导体的导带和价带。电子和空穴复合，产生光子。 1962年美国霍尔用p-n同质结制成了第一个半导体激光器。产生激光必须满足3个条件：粒子数的反转分布、谐振腔和电流超过一定阈值。1963年美国的克勒默和苏联的阿尔费罗夫各自独立地制成了异质结激光器，也就是在图8中，结区用一种禁带宽度小的材料，如GaAs；两边的p区和n区用另一种禁带宽度大的材料，如AlxGa1-xAs。这样，发光区域被限制在窄小结区中。因此大大提高了发光效率，降低了激光器的阈值电流。1970年苏联的约飞研究所和美国的贝尔实验室分别制成了室温下连续工作的双异质结激光器，从而使半导体激光器在光通信中得到了广泛的应用。由于克勒默和阿尔费罗夫在发展半导体激光器方面的重要贡献，他们在2000年和集成电路发明者基尔比一起获得了诺贝尔物理奖。硅大规模集成电路和半导体激光器的发明使得世界进入了一个以微电子和光电子技术为基础的信息时代，大大促进了社会和经济的发展。分子束外延技术的发明制造双异质结激光器的一个关键技术是分子束外延。1968年贝尔实验室的卓以和发现，在超高真空容器中通过精细控制束流的大小和时间，能够按照需要生长不同层数、不同种类的半导体材料，因而发明了分子束外延技术。分子束外延设备的示意图见图11，装置内部处于超高真空条件下（10-10torr），蒸发炉内装有原材料元素（如Ga、As、Al等）的源。前面是可以控制的挡板，打开挡板，将被蒸发的源原子直射至加热的衬底上进行外延生长。目前用这种技术已经能做到单原子层的生长。装置周围是一些检测仪器，用以监控生长过程。大规模集成电路和计算机  大规模集成电路为计算机、网络的发展打下了基础。按照摩尔定律，集成电路的集成度以每18个月翻一番的速度发展，最近它的线度已达到几十纳米（毫米、微米、纳米），每一个芯片上包含了上百亿个元件。计算机科学已经发展到很高水平，无论是计算机的硬件还是软件都已十分成熟，每秒万亿次甚至更高速度的计算机（天河：2000万亿次，世界第二）都已问世，这为各种高速运算、海量信息处理和转换提供了有力的工具。  自从1943年计算机诞生以来，由于集成电路的发明，计算机向着高运算速度、体积小型化方向飞速发展。目前世界主要发达国家和中国都已拥有百万亿次以上浮点运算的大型计算机。中国制造和拥有这种超级计算机的数量在世界上据第二位，仅次于美国。这种超级计算机能用于分析蛋白质、开发新药等，在军事上可用于模拟核爆炸、解密码等。需要说明的是制造这种计算机所需的大规模集成电路中国还很落后，大部分还需进口。光通信技术  以前长距离通信靠长途电话或电报。因为通话数目少，价钱很贵。1966年英国标准通信实验室的高锟（K. C. Kao）提出用无杂质高透明度的玻璃纤维传输激光信号。如果它的损耗能低到20分贝/公里，则就能实现长距离光通信。