Paul van Gerven
14 maart

Op 1 maart overleed op 88-jarige leeftijd de Russische fysicus en Nobelprijswinnaar Zhores Alferov, uitvinder van de halfgeleiderlaser.

In augustus 1969 bracht Zhores Alferov zijn eerste bezoek aan de Verenigde Staten. Hij had de deelname aan een wetenschappelijke conferentie graag gecombineerd met een rondleiding langs de onderzoekslaboratoria van RCA, maar dat leek er niet in te zitten. Volgens een gedelegeerde van het Amerikaanse elektronicabedrijf wilde de overheid er geen toestemming voor geven. Maar Alferov had zijn voordracht nog maar net afgerond of RCA had goed nieuws voor hem: hij was alsnog van harte welkom.

De Russische fysicus maakte die dag indruk op zijn collega’s met zijn werk aan een efficiënte en volcontinue halfgeleiderlaser die bij kamertemperatuur opereert. Uitnodigingen om nader van gedachten te wisselen, stroomden binnen. Alferov koos voor IBM en Bell Labs. Voor RCA had hij geen tijd meer, liet hij de gedelegeerde niet zonder genoegen weten.

Tijdens het bezoek werd de kiem gelegd voor een bijzondere band tussen Bell en Alferovs werkgever, het Ioffe-instituut in Sint-Petersburg. De organisaties aan weerszijden van het IJzeren Gordijn ontwikkelden een voor die tijd zeldzaam open en vriendschappelijke relatie, al ontbrak een element van competitie natuurlijk niet.

Het was Alferov die in 1970 de race naar de eerste praktische halfgeleiderlaser in zijn voordeel beslechtte, zij het nipt. Het leverde hem dertig jaar later, samen met Herbert Kroemer en Jack Kilby, een Nobelprijs op ‘voor het leggen van de fundamenten van de informatie- en communicatietechnologie’.

Alferov overleed op 1 maart in een ziekenhuis in Sint Petersburg. Hij is 88 jaar geworden.

Zhores Alferov, 1930 – 2019. Foto: Lindau Nobel Laureate Meetings

Russische vondst, Amerikaans succes

De eerste halfgeleiderlasers werden begin jaren zestig gemaakt in Amerikaanse industriële laboratoria. Om licht te produceren, moest er echter een forse stroom in worden gepompt, waardoor ze veel warmte ontwikkelden en dus gekoeld moesten worden. Het was Kroemer die suggereerde dat heterostructuren – gestapelde lagen van verschillende halfgeleiders – betere resultaten zouden opleveren dan de tot dan toe gebruikte pn-homo-overgangen.

Een enkelvoudige hetero-overgang bood echter onvoldoende soelaas. De benodigde stroom ging weliswaar fors naar beneden, maar nog altijd niet genoeg. Bovendien produceerde de laser geen ononderbroken straal. Onafhankelijk van elkaar stelden Kroemer en Alferov daarop in 1963 de dubbele heterostructuur voor, een halfgeleiderlaag gesandwicht tussen lagen van een andere halfgeleider. Met de juiste keuze van materialen worden de ladingsdragers opgesloten in de middelste laag, wat de laserwerking sterk bevordert.

Het kostte echter nog jaren onderzoek om passende materialen te vinden en deze in lagen van voldoende kwaliteit op elkaar te leggen. Alferovs groep maakte in 1968 de eerste gepulste laser op basis van AlGaAs en GaAs. In mei 1970 dienden de Russische wetenschappers de eerste publicatie in over een continue, bij kamertemperatuur opererende laser. Onderzoekers van Bell Labs waren een maand later.

Daarna was de rol van de Russen grotendeels uitgespeeld. De verdere ontwikkeling van de halfgeleiderlaser lag grotendeels in handen van de Amerikaanse industrie, die daarmee grote commerciële successen heeft behaald. Laserdiodes hebben toepassing gevonden in onder meer cd- en dvd-spelers en glasvezelcommunicatie. Heterostructuren staan daarnaast aan de basis van de later ontwikkelde vertical-cavity surface-emitting laser (vcsel, een ‘uit’ het oppervlak emitterende laser), de led en diverse typen hoogfrequentietransistoren.