赫伯特·克勒默科学研究克勒默的研究领域在当时都不是热门的，但却在几年后显现出其重要性

他在1950年代中期指出使用半导体异质结构能够大大提高各种半导体元件的性能，并提出了可以实现秭赫（GHz）级频率的异质结二极管的概念

1963年又提出了双异质结构激光的概念，这是半导体激光的基础和核心技术

这两个概念远远超出了当时的研究水平，直至1980年代取向附生技术发展后才得以大量应用，并成为主流

克勒默2000年所获得的诺贝尔物理学奖可以追溯到这些早期的论文，它们使得1980年代成为了“异质结构的时代”，异质结构继续主导着化合物半导体，这不仅仅包括激光和发光二极管，还包括集成电路，并且威胁到了硅制集成电路技术的主流地位

克勒默来到圣塔芭芭拉加利福尼亚大学后，将研究重心从理论转移到了实验领域，1970年代末成为分子射线取向附生研究领域的先驱

他先是制造和研究了新的合成材料，如磷化镓（GaP）和硅基层上的砷化镓，1985年后又将注意力集中到合成材料砷化铟（InAs）, 锑化镓（GaSb）和锑化铝（AlSb），并将基础研究和未来元件开放相结合，其中一项重要的研究课题是超导半导体混合结构，砷化铟-锑化铝材料由超导铌电极连结，可以促使半导体内的超导

另一个研究方向是强电场下半导体内电子的传输，电子在偏能带中振荡，这种结构适合于做振荡器，通常称为Bloch振荡器，可以达到涧赫（THz）级的频率

1990年代末起，克勒默又转向纯理论工作，继续早期的研究，也开创了一些新的研究领域，如光子晶体中的电磁波传播，纳米结构物理学等

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