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藍光LED是這樣被發明並量産的

2014/10/08

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      通電後發出藍色光的半導體將成為終極照明。獲得諾貝爾物理學獎的日本名城大學教授赤崎勇、名古屋大學教授天野浩以及美國加利福尼亞大學教授中村修二所開發的藍色發光二極體(LED)打開了顛覆以往概念的「光的新世界」,創造了節能且長壽命的照明及螢幕等新産業。

 
        「閃耀的光是藍色!激動地手都抖了」,,赤崎在回顧約25年前藍色LED第一次發光的實驗場景時這樣説。

       當時,LED已有紅色和綠色。雖然很快就實現了實用化,但在只有三者都備齊才可實現白色光的三原色光中,還剩下藍色無法實現。全球的研究人員都在競相開發。

  當時,作為能發出藍色光的物質,受到研究人員關注的是氮化鎵、碳化矽和硒化鋅等3種。其中,已實現藍色LED的氮化鎵質地極為堅硬,熔點溫度在攝氏2500度以上,很難進行加工。而為了獲得真正的藍色LED,需要製造出高品質的半導體結晶,當時這在技術層面非常困難,甚至被認為「20世紀內不可能完成開發」。氮化鎵曾被認為不會有未來,全世界的研究人員相繼停止了研究。

  與此相反,當時就職於松下電器産業(現為松下)的赤崎雖然遭到周圍的反對,但仍然堅持認為氮化鎵的難以加工反而蘊含了實現藍色LED的可能性,並堅持推進開發工作。後來赤崎從公司辭職,擔任名古屋大學教授,攜手此前就在大學任教的天野,向製造純凈結晶發起了挑戰。

  「基於氮化鎵的藍色LED」這項研究在國際學會上發表,但反響並不熱烈。儘管如此,仍然住在研究室不斷進行試驗。為了製造純凈結晶,想出來一個方法——即噴上低溫鋁,然後在之上噴塗氮化鎵,但由於未找到最佳條件,經歷了多次失敗。

  有一天,電爐的加熱姿態偶然有點不好,在溫度沒有提高的狀態下試著使用,結果偶然形成了品質優良的結晶。通過不斷尋找最佳條件,1985年開始有能力穩定地製造出純凈結晶。

  在那4年後,加入了鎂,在世界範圍內首次製造出了LED不可或缺的氮化鎵結晶。這是努力型的赤崎與試驗能力卓越的天野齊心協力取得的成果。

  另一方面,為基於氮化鎵的藍色LED的量産開闢出道路的則是中村。

  在製造高品質結晶非常困難的背景下,中村找到了根據在學會上看到的其他結晶裝置思考出來的「Tsufuro MOCVD方式」,這一技術使得純凈結晶的量産成為了可能。1991年發佈了成果。從上方噴入不發生化學反應的氣體,然後施加壓力,使在橫方向流動的原料氣體固定到基板上,最後成功製造出了缺陷很少的結晶。隨著量産技術的確立,實現工業應用的道路隨之擴大。

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