人工晶体材料的研究进展_肖学峰
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摘 要：本文主要对人工晶体材料中半导体晶体、激光晶体、非线性光学晶体、压电晶体和纳米晶体的概念、用途以及最新研究做了 进 一 步 的 阐 述 ，并 总 结 了 某 些 晶 体 的 发 展 方 向 。 关键词：人工晶体 单晶 激光晶体 纳米晶体 中图分类号：Ｏ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０３（ｂ）－０００６－０２
近 年 来 ，由 于 新 的 激 光 晶 体 的 不 断 出 现 以 及 非 线 性 倍 频 、差 频 、参 量 振 荡 等 技 术 的 发 展 ，利 用 激 光 晶 体 得 到 的 激 光 已 涉 及
紫 外 、可 见 光 到 红 外 谱 区 ，并 被 成 功 地 应 用 于 军 事 技 术 、宇 宙 探 索 、医 学 、化 学 等 众 多 领 域 。激 光 晶 体 还 可 以 制 成 激 光 测 距 仪 和 激 光 高 度 计 ，进 行 高 精 度 的 测 量 。令 人 兴 奋 的 是 ，法 国 天 文 台 利 用 具 有 红 宝 石 晶 体 的 装 置 ，首 次 实 现 了 对 同 一 颗 人 造 卫 星 的 跟 踪 观 察 实 验 ，精 确 地 测 定 了 这 颗 卫 星 到 地 面 的 距 离 。在 医 学 上 ，激 光 晶 体 更 是 得 到 了 巧 妙 的 应 用 。它 发 出 的 激 光 通 过 可 以 自 由 弯 曲 的 光 导 管 进 行 传 送 ，在 出 口 端 装 有 透 镜 和 外 科 医 生 用 的 手 柄 。经 过 透 镜 ，激 光 被 聚 焦 成 直 径 仅 有 几 埃 的 微 小 斑 点 ，变 成 一 把 无 形 却 又 十 分 灵 巧 的 手 术 刀 ，不 但 能 够 彻 底 杀 菌 ，而 且 可 以 快 速 地 切 断 组 织 ，甚 至 可 以 切 断 一 个 细 胞 。对 于 极 其 精 细 的 眼 科 手 术 ，掺 铒 的 激 光 晶 体 是 最 合 适 不 过 的 了 。 此 外 ，激 光 电 视 、激 光 彩 色 立 体 电 影 、激 光 摄 影 、激 光 计 算 机 等 都 将 是 激 动 人 心 的 激 光晶体的新用途。
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．０８ Ｓｃｉwk.baidu.comｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 人工晶体材料的研究进展
研 究 报 告
肖学峰 １ 杜懋陆 ２ （１ 、北方民族大学基础部 宁夏银川 ７ ５ ０ ０ ２ １ ；２ 、西南民族大学电气信息工程学院 四川成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
人类第一次实现激光运转就是使用的 红 宝 石 激 光 晶 体 。目 前 实 现 激 光 运 转 的 激 光晶体超过２ ０ ０多种，最常用的是掺钕石榴 石 Ｎ ｄ ：Ｙ Ａ Ｇ ，占 全 部 固 体 激 光 器 的 ８ ０ ％ 以 上 。随 着 二 极 管 抽 运 技 术 的 发 展 ，新 型 激 光 晶 体 不 断 涌 现 ，其 中 掺 钕 钒 酸 钇 和 钒 酸 钆 在中小功率激光器中应用越来越多［ ６ ］。对 新型激光晶体近几年研究比较活跃的两个 方 向 ，掺 镱 的 激 光 晶 体 和 拉 曼 激 光 晶 体 的 研 究 。掺 镱 的 激 光 晶 体 可 以 产 生 高 功 率 的 激 光 输 出 ，是 重 要 的 研 究 方 向 ，同 时 掺 镱 的 激光晶体还可以实现用激光二极管泵浦的 超 快 激 光 输 出 。拉 曼 激 光 晶 体 可 以 方 便 地 产 生 人 们 所 需 要 的 激 光 波 长 ，具 有 潜 在 的 应用［７］。
人 工 晶 体 材 料 领 域 已 形 成“ 基 础 性 研 究 —— 制 备 技 术 研 究 —— 批 量 生 产 ”一 体 化 的 体 制 。按 功 能 来 分 ，晶 体 有２ ０ 种 之 多 ，如 半 导 体 晶 体 、激 光 晶 体 、磁 光 晶 体 、纳 米 晶 体 、电 光 晶 体 、声 光 晶 体 、非 线 性 光 学 晶 体 、 压 电 晶 体 、闪 烁 晶 体 、光 色 晶 体 、超 导 晶 体 以 及 多 功 能 晶 体 等 。以 下 简 单 介 绍 其 中 重 要的几种。
非线性光学晶体是具有非线性光学效 应 的 晶 体 。广 义 指 在 强 光 或 外 场（ 电 场 、磁 场 、应 变 场 等 ）作 用 下 能 产 生 非 线 性 光 学 效 应 的 晶 体 。通 常 将 强 光 作 用 下 产 生 的 称 为 非线性光学晶体［９］。
非线性光学晶体材料可以用来进行激 光 频 率 转 换 ，扩 展 激 光 的 波 长 ；用 来 调 制 激 光 的 强 度 、相 位 ；实 现 激 光 信 号 的 全 息 存 储 、消 除 波 前 畴 变 的 自 泵 浦 相 位 共 轭 等 等 。 所 以 ，非 线 性 光 学 晶 体 是 高 新 技 术 和 现 代 军 事 技 术 中 不 可 缺 少 的 关 键 材 料 ，各 发 达 国 家 都 将 其 放 在 优 先 发 展 的 位 置 ，并 作 为 一项重要战略措施列入各自的高技术发展 计 划 中 ，给 予 高 度 重 视 和 支 持 。
另 外 ，由 于 氧 化 锌（ ＺｎＯ ）是 一 种 Ⅱ － Ⅵ 族 直 接 宽 带 隙 半 导 体 材 料（ 室 温 下 Ｅ ｇ ＝ ３ ． ３ ７ ｅ Ｖ ）， 激 子 束 缚 能 为 ６ ０ ｍ ｅ Ｖ ，其 禁 带 宽 对 应 紫 外 光 的 波 长 ，是 开 发 蓝 光 、蓝 绿 光 、紫 外 光 等 多 种 发 光 器 件 的 首 选 材 料 ，也 是 研 制 白光Ｌ Ｅ Ｄ 的 基 础 材 料 ，因 此 ，氧 化 锌 体 单 晶 的 制 备 成 为 研 究 的 热 点 ［ ６ ］。当 前 ，Ｚ ｎ Ｏ 薄 膜 特 别 是 掺 杂 的 Ｐ型 薄 膜 的 研 制 成 功 ，对 Ｚ ｎ Ｏ的 产业化起到了推波助澜的作用，而Ｚ ｎ Ｏ体单 晶 研 究 明 显 地 被 忽 视 了 。事 实 上 ，Ｚ ｎ Ｏ 作为 极 性 晶 体 ，其 生 长 机 理 研 究 有 着 重 要 的 学 术 价 值 ，而ＺｎＯ 体 单 晶 无 论 作 为ＧａＮ 衬 底 材 料 还 是 其 本 身 作 为 电 光 材 料 ，都 有 不 可 替 代的作用。大尺寸、高质量Ｚ ｎ Ｏ单晶的生长， 需 要 技 术 上 的 创 新 。与ＧａＮ、Ｓ ｉ Ｃ不 同 的 是 ， Ｚ ｎ Ｏ 在 高 温 下 与 空 气 不 会 发 生 反 应 ，因 此 可 选 择 合 适 的 助 溶 剂 在 空 气 中 生 长 。这 无 论 在技术上还是成本上都可能是一条良好的 途径［５］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｃｒｙｓｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｒｙｓｔａｌ，ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌ，ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ） ｉｎ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｆｉｅｌｄｓ：ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ，ｔｈｅ ｕｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｓｏｍｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ；Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ；Ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌｓ；Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ
３ 激光晶体
激 光 晶 体 是 激 光 的 工 作 物 质 ，经 泵 浦 之 后 能 发 出 激 光 ，所 以 叫 做 激 光 晶 体 。１ ９ ６ ０ 年 ，美 国 科 学 家 Ｍ ａ ｉ ｍ ａ ｎ 以 红 宝 石 晶 体 作 为 工 作 物 质 ，成 功 地 研 制 出 世 界 上 第 一 台 激 光 器 ，取 得 了 举 世 瞩 目 的 重 大 科 学 成 就 。
现 其 工 业 应 用 的 主 要 研 究 方 向 。Ｇ ａ Ｎ 外 延 层的质量受到衬底材料及其取向的强烈影 响。到 目 前 为 止 ，Ｇ ａ Ｎ 薄 膜 基 本 上 都 是 在 异 质 材 料 上 生 长 的 。异 质 衬 底 与 Ｇ ａ Ｎ 之 间 或 多 或 少 存 在 晶 格 失 配 ，使 得 外 延 膜 的 质 量 难 以 提 高 ，进 而 影 响 了 器 件 的 性 能 和 寿 命 。 如 果 能 够 生 长 出 高 质 量 的 Ｇ ａ Ｎ 体 单 晶 ，那 么 高 可 靠 、长 寿 命 、低 能 耗 的Ｌ Ｅ Ｄ 就 可 以 像 集成电路那样普及了［５］。
纵观激光晶体材料的应用现状和发展 前 景 ，今 后 激 光 晶 体 的 主 要 发 展 趋 势 是 迫 切发展如下４个方面并将取得突破和实际 应 用 ：① 面 向 全 色 显 示 、光 存 储 、光 刻 等 应
①基金项目：北 方 民 族 大 学 科 研（２００７Ｙ０３５）资助项目。
６
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
研 究 报 告
用 的 蓝 绿 紫 和 可 见 光 激 光 晶 体 ；② 面 向 人 眼 安 全 、遥 感 、光 通 讯 、医 疗 等 应 用 的 中 红 外 激 光 晶 体 ；③ 面 向 先 进 制 造 技 术 、“ 新 概 念”激 光 武 器 等 应 用 的１ ｍ ｍ 波 段 高 功 率 、大 能 量 激 光 晶 体 ；④ Ｌ Ｄ 抽 运 超 快 激 光 增 益 和 放大介质晶体［８］。 ３ 非线性光学晶体
在 半 导 体 晶 体 材 料 中 ，特 别 值 得 一 提 的 是 氮 化 镓 （ Ｇ ａ Ｎ ） 晶 体 。由 于 它 具 有 很 宽 的 禁 带 宽 度 （ 室 温 下 为 ３ ．４ ｅ Ｖ ） ，因 而 是 蓝 绿 光 发 光 二 级 管（ Ｌ Ｅ Ｄ ） 、激 光 二 极 管 （ Ｌ Ｄ ）及 高 功 率 集 成 电 路 的 理 想 材 料 ，近 年 来 在 全 世 界 范 围 内 掀 起 了 研 究 热 潮 ，成 为 炙 手 可 热 的 研 究 焦 点 。［１］目 前 ，Ｇ ａ Ｎ 晶 体 外 延 生 长 是 实
１ 半导体晶体 半导体晶体是从２０世纪５０年代开始发
展起来的，作为半导体工业的主要基础材 料 ，从 应 用 的 广 泛 性 和 重 要 性 来 看 ，它 在 晶 体 中 占 有 头 等 重 要 的 地 位 。第 一 代 半 导 体 晶体是锗（Ｃｅ）单晶和硅单晶（Ｓｉ）。由它们制 成 的 各 种 二 极 管 、三 极 管 、场 效 应 管 、可 控 硅 及 大 功 率 管 等 器 件 ，在 无 线 电 子 工 业 上 有 着 极 其 广 泛 的 用 途 。目 前 ，除 了 向 大 直 径 、高 纯 度 、高 均 匀 度 及 无 缺 陷 方 向 发 展 的 硅 单 晶 之 外 ，人 们 又 研 究 了 第 二 代 半 导 体 晶 体 —— Ⅲ － Ｖ 族 化 合 物 ，如 （ Ｃ ａ Ａ ｓ ） 、磷 化 镓 （ＧａＰ）等 单 晶 。近 来 ，为 了 满 足 对 更 高 性 能 的 需 求 ，已 发 展 到 三 元 或 多 元 化 合 物 等 半 导 体 晶 体 ［ １ ］ 。Ｓ ｉ Ｃ 是 主 要 的 第 三 代 半 导 体 材 料 。与 第 一 代 半 导 体 Ｓ ｉ 和 第 二 代 半 导 体 Ｇ ａ Ａ ｓ等 单 晶 材 料 相 比 ，Ｓ ｉ Ｃ 晶 体 具 有 禁 带 宽 度 大 、热 导 率 高 、电 子 饱 和 漂 移 速 率 大 、临 界 击 穿 电 场 高 、介 电 常 数 低 、化 学 稳 定 性 好 等 特 点 ，在 高 频 、大 功 率 、耐 高 温 、抗 辐 照 半 导体器件及紫外探测器和短波发光二极管 等方面具有广泛的应用前景体［２－４］。
近 年 来 ，由 于 新 的 激 光 晶 体 的 不 断 出 现 以 及 非 线 性 倍 频 、差 频 、参 量 振 荡 等 技 术 的 发 展 ，利 用 激 光 晶 体 得 到 的 激 光 已 涉 及
紫 外 、可 见 光 到 红 外 谱 区 ，并 被 成 功 地 应 用 于 军 事 技 术 、宇 宙 探 索 、医 学 、化 学 等 众 多 领 域 。激 光 晶 体 还 可 以 制 成 激 光 测 距 仪 和 激 光 高 度 计 ，进 行 高 精 度 的 测 量 。令 人 兴 奋 的 是 ，法 国 天 文 台 利 用 具 有 红 宝 石 晶 体 的 装 置 ，首 次 实 现 了 对 同 一 颗 人 造 卫 星 的 跟 踪 观 察 实 验 ，精 确 地 测 定 了 这 颗 卫 星 到 地 面 的 距 离 。在 医 学 上 ，激 光 晶 体 更 是 得 到 了 巧 妙 的 应 用 。它 发 出 的 激 光 通 过 可 以 自 由 弯 曲 的 光 导 管 进 行 传 送 ，在 出 口 端 装 有 透 镜 和 外 科 医 生 用 的 手 柄 。经 过 透 镜 ，激 光 被 聚 焦 成 直 径 仅 有 几 埃 的 微 小 斑 点 ，变 成 一 把 无 形 却 又 十 分 灵 巧 的 手 术 刀 ，不 但 能 够 彻 底 杀 菌 ，而 且 可 以 快 速 地 切 断 组 织 ，甚 至 可 以 切 断 一 个 细 胞 。对 于 极 其 精 细 的 眼 科 手 术 ，掺 铒 的 激 光 晶 体 是 最 合 适 不 过 的 了 。 此 外 ，激 光 电 视 、激 光 彩 色 立 体 电 影 、激 光 摄 影 、激 光 计 算 机 等 都 将 是 激 动 人 心 的 激 光晶体的新用途。
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．０８ Ｓｃｉwk.baidu.comｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 人工晶体材料的研究进展
研 究 报 告
肖学峰 １ 杜懋陆 ２ （１ 、北方民族大学基础部 宁夏银川 ７ ５ ０ ０ ２ １ ；２ 、西南民族大学电气信息工程学院 四川成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
人类第一次实现激光运转就是使用的 红 宝 石 激 光 晶 体 。目 前 实 现 激 光 运 转 的 激 光晶体超过２ ０ ０多种，最常用的是掺钕石榴 石 Ｎ ｄ ：Ｙ Ａ Ｇ ，占 全 部 固 体 激 光 器 的 ８ ０ ％ 以 上 。随 着 二 极 管 抽 运 技 术 的 发 展 ，新 型 激 光 晶 体 不 断 涌 现 ，其 中 掺 钕 钒 酸 钇 和 钒 酸 钆 在中小功率激光器中应用越来越多［ ６ ］。对 新型激光晶体近几年研究比较活跃的两个 方 向 ，掺 镱 的 激 光 晶 体 和 拉 曼 激 光 晶 体 的 研 究 。掺 镱 的 激 光 晶 体 可 以 产 生 高 功 率 的 激 光 输 出 ，是 重 要 的 研 究 方 向 ，同 时 掺 镱 的 激光晶体还可以实现用激光二极管泵浦的 超 快 激 光 输 出 。拉 曼 激 光 晶 体 可 以 方 便 地 产 生 人 们 所 需 要 的 激 光 波 长 ，具 有 潜 在 的 应用［７］。
人 工 晶 体 材 料 领 域 已 形 成“ 基 础 性 研 究 —— 制 备 技 术 研 究 —— 批 量 生 产 ”一 体 化 的 体 制 。按 功 能 来 分 ，晶 体 有２ ０ 种 之 多 ，如 半 导 体 晶 体 、激 光 晶 体 、磁 光 晶 体 、纳 米 晶 体 、电 光 晶 体 、声 光 晶 体 、非 线 性 光 学 晶 体 、 压 电 晶 体 、闪 烁 晶 体 、光 色 晶 体 、超 导 晶 体 以 及 多 功 能 晶 体 等 。以 下 简 单 介 绍 其 中 重 要的几种。
非线性光学晶体是具有非线性光学效 应 的 晶 体 。广 义 指 在 强 光 或 外 场（ 电 场 、磁 场 、应 变 场 等 ）作 用 下 能 产 生 非 线 性 光 学 效 应 的 晶 体 。通 常 将 强 光 作 用 下 产 生 的 称 为 非线性光学晶体［９］。
非线性光学晶体材料可以用来进行激 光 频 率 转 换 ，扩 展 激 光 的 波 长 ；用 来 调 制 激 光 的 强 度 、相 位 ；实 现 激 光 信 号 的 全 息 存 储 、消 除 波 前 畴 变 的 自 泵 浦 相 位 共 轭 等 等 。 所 以 ，非 线 性 光 学 晶 体 是 高 新 技 术 和 现 代 军 事 技 术 中 不 可 缺 少 的 关 键 材 料 ，各 发 达 国 家 都 将 其 放 在 优 先 发 展 的 位 置 ，并 作 为 一项重要战略措施列入各自的高技术发展 计 划 中 ，给 予 高 度 重 视 和 支 持 。
另 外 ，由 于 氧 化 锌（ ＺｎＯ ）是 一 种 Ⅱ － Ⅵ 族 直 接 宽 带 隙 半 导 体 材 料（ 室 温 下 Ｅ ｇ ＝ ３ ． ３ ７ ｅ Ｖ ）， 激 子 束 缚 能 为 ６ ０ ｍ ｅ Ｖ ，其 禁 带 宽 对 应 紫 外 光 的 波 长 ，是 开 发 蓝 光 、蓝 绿 光 、紫 外 光 等 多 种 发 光 器 件 的 首 选 材 料 ，也 是 研 制 白光Ｌ Ｅ Ｄ 的 基 础 材 料 ，因 此 ，氧 化 锌 体 单 晶 的 制 备 成 为 研 究 的 热 点 ［ ６ ］。当 前 ，Ｚ ｎ Ｏ 薄 膜 特 别 是 掺 杂 的 Ｐ型 薄 膜 的 研 制 成 功 ，对 Ｚ ｎ Ｏ的 产业化起到了推波助澜的作用，而Ｚ ｎ Ｏ体单 晶 研 究 明 显 地 被 忽 视 了 。事 实 上 ，Ｚ ｎ Ｏ 作为 极 性 晶 体 ，其 生 长 机 理 研 究 有 着 重 要 的 学 术 价 值 ，而ＺｎＯ 体 单 晶 无 论 作 为ＧａＮ 衬 底 材 料 还 是 其 本 身 作 为 电 光 材 料 ，都 有 不 可 替 代的作用。大尺寸、高质量Ｚ ｎ Ｏ单晶的生长， 需 要 技 术 上 的 创 新 。与ＧａＮ、Ｓ ｉ Ｃ不 同 的 是 ， Ｚ ｎ Ｏ 在 高 温 下 与 空 气 不 会 发 生 反 应 ，因 此 可 选 择 合 适 的 助 溶 剂 在 空 气 中 生 长 。这 无 论 在技术上还是成本上都可能是一条良好的 途径［５］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｃｒｙｓｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｒｙｓｔａｌ，ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌ，ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ） ｉｎ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｆｉｅｌｄｓ：ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ，ｔｈｅ ｕｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｓｏｍｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ；Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ；Ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌｓ；Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ
３ 激光晶体
激 光 晶 体 是 激 光 的 工 作 物 质 ，经 泵 浦 之 后 能 发 出 激 光 ，所 以 叫 做 激 光 晶 体 。１ ９ ６ ０ 年 ，美 国 科 学 家 Ｍ ａ ｉ ｍ ａ ｎ 以 红 宝 石 晶 体 作 为 工 作 物 质 ，成 功 地 研 制 出 世 界 上 第 一 台 激 光 器 ，取 得 了 举 世 瞩 目 的 重 大 科 学 成 就 。
现 其 工 业 应 用 的 主 要 研 究 方 向 。Ｇ ａ Ｎ 外 延 层的质量受到衬底材料及其取向的强烈影 响。到 目 前 为 止 ，Ｇ ａ Ｎ 薄 膜 基 本 上 都 是 在 异 质 材 料 上 生 长 的 。异 质 衬 底 与 Ｇ ａ Ｎ 之 间 或 多 或 少 存 在 晶 格 失 配 ，使 得 外 延 膜 的 质 量 难 以 提 高 ，进 而 影 响 了 器 件 的 性 能 和 寿 命 。 如 果 能 够 生 长 出 高 质 量 的 Ｇ ａ Ｎ 体 单 晶 ，那 么 高 可 靠 、长 寿 命 、低 能 耗 的Ｌ Ｅ Ｄ 就 可 以 像 集成电路那样普及了［５］。
纵观激光晶体材料的应用现状和发展 前 景 ，今 后 激 光 晶 体 的 主 要 发 展 趋 势 是 迫 切发展如下４个方面并将取得突破和实际 应 用 ：① 面 向 全 色 显 示 、光 存 储 、光 刻 等 应
①基金项目：北 方 民 族 大 学 科 研（２００７Ｙ０３５）资助项目。
６
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
研 究 报 告
用 的 蓝 绿 紫 和 可 见 光 激 光 晶 体 ；② 面 向 人 眼 安 全 、遥 感 、光 通 讯 、医 疗 等 应 用 的 中 红 外 激 光 晶 体 ；③ 面 向 先 进 制 造 技 术 、“ 新 概 念”激 光 武 器 等 应 用 的１ ｍ ｍ 波 段 高 功 率 、大 能 量 激 光 晶 体 ；④ Ｌ Ｄ 抽 运 超 快 激 光 增 益 和 放大介质晶体［８］。 ３ 非线性光学晶体
在 半 导 体 晶 体 材 料 中 ，特 别 值 得 一 提 的 是 氮 化 镓 （ Ｇ ａ Ｎ ） 晶 体 。由 于 它 具 有 很 宽 的 禁 带 宽 度 （ 室 温 下 为 ３ ．４ ｅ Ｖ ） ，因 而 是 蓝 绿 光 发 光 二 级 管（ Ｌ Ｅ Ｄ ） 、激 光 二 极 管 （ Ｌ Ｄ ）及 高 功 率 集 成 电 路 的 理 想 材 料 ，近 年 来 在 全 世 界 范 围 内 掀 起 了 研 究 热 潮 ，成 为 炙 手 可 热 的 研 究 焦 点 。［１］目 前 ，Ｇ ａ Ｎ 晶 体 外 延 生 长 是 实
１ 半导体晶体 半导体晶体是从２０世纪５０年代开始发
展起来的，作为半导体工业的主要基础材 料 ，从 应 用 的 广 泛 性 和 重 要 性 来 看 ，它 在 晶 体 中 占 有 头 等 重 要 的 地 位 。第 一 代 半 导 体 晶体是锗（Ｃｅ）单晶和硅单晶（Ｓｉ）。由它们制 成 的 各 种 二 极 管 、三 极 管 、场 效 应 管 、可 控 硅 及 大 功 率 管 等 器 件 ，在 无 线 电 子 工 业 上 有 着 极 其 广 泛 的 用 途 。目 前 ，除 了 向 大 直 径 、高 纯 度 、高 均 匀 度 及 无 缺 陷 方 向 发 展 的 硅 单 晶 之 外 ，人 们 又 研 究 了 第 二 代 半 导 体 晶 体 —— Ⅲ － Ｖ 族 化 合 物 ，如 （ Ｃ ａ Ａ ｓ ） 、磷 化 镓 （ＧａＰ）等 单 晶 。近 来 ，为 了 满 足 对 更 高 性 能 的 需 求 ，已 发 展 到 三 元 或 多 元 化 合 物 等 半 导 体 晶 体 ［ １ ］ 。Ｓ ｉ Ｃ 是 主 要 的 第 三 代 半 导 体 材 料 。与 第 一 代 半 导 体 Ｓ ｉ 和 第 二 代 半 导 体 Ｇ ａ Ａ ｓ等 单 晶 材 料 相 比 ，Ｓ ｉ Ｃ 晶 体 具 有 禁 带 宽 度 大 、热 导 率 高 、电 子 饱 和 漂 移 速 率 大 、临 界 击 穿 电 场 高 、介 电 常 数 低 、化 学 稳 定 性 好 等 特 点 ，在 高 频 、大 功 率 、耐 高 温 、抗 辐 照 半 导体器件及紫外探测器和短波发光二极管 等方面具有广泛的应用前景体［２－４］。