諾貝爾物理獎(jiǎng)得主中村修二，2015年9月3日受邀至臺(tái)大演講，分享自己研發(fā)高亮度藍(lán)色發(fā)光二極體(LED)技術(shù)歷程，以及接下來(lái)固態(tài)照明技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展趨勢(shì)。

中村談到1980年代末著手研究藍(lán)色LED時(shí)，在材料選擇上遇到了極大挑戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)可能實(shí)現(xiàn)藍(lán)色LED的材料主要有兩種，分別是硒化鋅(Zinc Selenide，ZnSe)與氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)。

在不看好聲浪下，堅(jiān)持與眾不同

在那個(gè)年代，GaN材料幾乎沒(méi)什么人看好，因?yàn)镚aN與藍(lán)寶石基板晶格不匹配，使晶體結(jié)構(gòu)缺陷密度達(dá)1 x 109 cm-2以上，品質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及ZnSe，也因此有多達(dá)99%研究員，都選擇以ZnSe做為實(shí)現(xiàn)藍(lán)光LED這塊拼圖的研究材料，相關(guān)研究論文更是多不勝數(shù)。

中村修二“嶄新光明大道”演講

只不過(guò)中村偏偏反其道而行，堅(jiān)持跟別人走不一樣的路，選擇僅有1%人關(guān)注的冷門(mén)材料GaN。中村那看似不可能成功的決定，改變了往后的人生，正如同他在個(gè)人著作《我的思考，我的光》(考える力、やり抜く力 私の方法)中所說(shuō)，“就像我和藍(lán)色發(fā)光二極體奇妙的相遇一般，每個(gè)人的人生中都會(huì)有不可思議的相遇”。

實(shí)現(xiàn)高亮度藍(lán)色LED，InGaN功不可沒(méi)

為了改善 GaN 與藍(lán)寶石基板之間晶格不匹配的問(wèn)題，中村以 GaN 為材料在藍(lán)寶石基板上制作緩沖層(Buffer Layer)，并為此改造出雙氣流(Two-Flow)有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)裝置，大幅提升磊晶品質(zhì)，也為實(shí)現(xiàn)高亮度藍(lán)色 LED 奠定了基礎(chǔ)。

在雙氣流MOCVD輔助下，中村以熱退火(Thermal Annealing)制程，有效實(shí)現(xiàn)p型層GaN;后來(lái)，又成功生長(zhǎng)出實(shí)現(xiàn)高亮度藍(lán)色LED的關(guān)鍵材料氮化銦鎵(Indium Gallium Nitride，InGaN)，并以InGaN做為p型層GaN與n型層GaN之間的發(fā)光層，達(dá)成雙異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)(Double Heterostructure)，改善原本p-n同質(zhì)接面(Homojunction)的LED發(fā)光效率，實(shí)現(xiàn)高亮度藍(lán)色LED。

InGaN對(duì)產(chǎn)生高亮度藍(lán)色LED、藍(lán)色半導(dǎo)體雷射及藍(lán)紫色半導(dǎo)體雷射，都是不可或缺的要角，中村也因此稱(chēng)之為“神奇材料”，但諾貝爾獎(jiǎng)在授獎(jiǎng)?wù)f明中對(duì)InGaN貢獻(xiàn)只字未提，也讓中村不只一次表達(dá)心中的遺憾。

中村修二與同為 2014 諾貝爾物理獎(jiǎng)得主赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)，各自在實(shí)現(xiàn)藍(lán)色 LED 上所做的貢獻(xiàn)

次世代照明趨勢(shì)，聚焦GaN on GaN、LD技術(shù)

至于接下來(lái)固態(tài)照明技術(shù)趨勢(shì)，除了利用“GaN on GaN”技術(shù)制造紫色 LED，繼而產(chǎn)生發(fā)光一致、更純凈均勻的白光外，中村也指出雷射照明將會(huì)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵。相較于LED，雷射二極體(Laser Diode，LD)能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率照明，中村認(rèn)為L(zhǎng)D在不久的將來(lái)會(huì)相當(dāng)有市場(chǎng)。

中村不受傳統(tǒng)框架束縛、勇于挑戰(zhàn)，執(zhí)著且不輕言放棄的個(gè)性，讓他在遭遇無(wú)數(shù)失敗下仍然奮力前行，這些歷程都為后來(lái)的成功奠定基石，也獲致今日的成就，為人類(lèi)生活做出極大貢獻(xiàn)，影響深遠(yuǎn)。