中村修二畅谈固态照明技术的关键发展趋势

诺贝尔物理奖得主中村修二，2015年9月3日受邀至台大演讲，分享自己研发高亮度蓝色发光二极体（LED）技术历程，以及接下来固态照明技术的关键发展趋势。

中村谈到1980年代末着手研究蓝色LED时，在材料选择上遇到了极大挑战。当时可能实现蓝色LED的材料主要有两种，分别是硒化锌（Zinc Selenide，ZnSe）与氮化镓（Gallium Nitride，GaN）。

▲ 中村修二“崭新光明大道”演讲

在不看好声浪下，坚持与众不同

在那个年代，GaN材料几乎没什么人看好，因为GaN与蓝宝石基板晶格不匹配，使晶体结构缺陷密度达1 x 109 cm-2以上，品质远远不及ZnSe，也因此有多达99％研究员，都选择以ZnSe做为实现蓝光LED这块拼图的研究材料，相关研究论文更是多不胜数。

只不过中村偏偏反其道而行，坚持跟别人走不一样的路，选择仅有1％人关注的冷门材料GaN。中村那看似不可能成功的决定，改变了往后的人生，正如同他在个人著作《我的思考，我的光》（考える力、やり抜く力  私の方法）中所说，“就像我和蓝色发光二极体奇妙的相遇一般，每个人的人生中都会有不可思议的相遇”。

实现高亮度蓝色LED，InGaN功不可没

为了改善 GaN 与蓝宝石基板之间晶格不匹配的问题，中村以 GaN 为材料在蓝宝石基板上制作缓冲层（Buffer Layer），并为此改造出双气流（Two-Flow）有机金属化学气相沉积（MOCVD）装置，大幅提升磊晶品质，也为实现高亮度蓝色 LED 奠定了基础。

在双气流MOCVD辅助下，中村以热退火（Thermal Annealing）制程，有效实现p型层GaN；后来，又成功生长出实现高亮度蓝色LED的关键材料氮化铟镓（Indium Gallium Nitride，InGaN），并以InGaN做为p型层GaN与n型层GaN之间的发光层，达成双异质接面结构（Double Heterostructure），改善原本p-n同质接面（Homojunction）的LED发光效率，实现高亮度蓝色LED。

InGaN对产生高亮度蓝色LED、蓝色半导体雷射及蓝紫色半导体雷射，都是不可或缺的要角，中村也因此称之为“神奇材料”，但诺贝尔奖在授奖说明中对InGaN贡献只字未提，也让中村不只一次表达心中的遗憾。

▲ 中村修二与同为 2014 诺贝尔物理奖得主赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano），各自在实现蓝色 LED 上所做的贡献

次世代照明趋势，聚焦GaN on GaN、LD技术

至于接下来固态照明技术趋势，除了利用“GaN on GaN”技术制造紫色 LED，继而产生发光一致、更纯净均匀的白光外，中村也指出雷射照明将会是产业发展关键。相较于LED，雷射二极体（Laser Diode，LD）能够实现更高效率照明，中村认为LD在不久的将来会相当有市场。

中村不受传统框架束缚、勇于挑战，执着且不轻言放弃的个性，让他在遭遇无数失败下仍然奋力前行，这些历程都为后来的成功奠定基石，也获致今日的成就，为人类生活做出极大贡献，影响深远。（责编：Flora）

来源：科技新报

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