諾貝爾物理獎得主中村修二，2015 年 9 月 3 日受邀至臺大演講，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，以及接下來固態(tài)照明技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展趨勢。LED 大廠晶電、隆達(dá)、億光與臺達(dá)電也到場參與，現(xiàn)場座無虛席。而中村幽默風(fēng)趣的演講，獲得在場觀眾熱烈回響。
中村談到 1980 年代末著手研究藍(lán)色 LED 時，在材料選擇上遇到了極大挑戰(zhàn)。當(dāng)時可能實現(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，堅持與眾不同
在那個年代，GaN 材料幾乎沒什么人看好，因為 GaN 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)。
只不過中村偏偏反其道而行，堅持跟別人走不一樣的路，選擇僅有 1 ％人關(guān)注的冷門材料 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，“就像我和藍(lán)色發(fā)光二極體奇妙的相遇一般，每個人的人生中都會有不可思議的相遇”。
▲中村修二“嶄新光明大道”演講（圖片:《科技新報》攝） 實現(xiàn)高亮度藍(lán)色 LED，InGaN 功不可沒
為了改善 GaN 與藍(lán)寶石基板之間晶格不匹配的問題，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）設(shè)備，大幅提升磊晶品質(zhì)，也為實現(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，有效實現(xiàn) p 型層 GaN；后來，又成功生長出實現(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，實現(xiàn)高亮度藍(lán)色 LED。
InGaN 對產(chǎn)生高亮度藍(lán)色 LED、藍(lán)色半導(dǎo)體激光及藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光，都是不可或缺的要角，中村也因此稱之為“神奇材料”，但諾貝爾獎在授獎?wù)f明中對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 諾貝爾物理獎得主赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano），各自在實現(xiàn)藍(lán)色 LED 上所做的貢獻(xiàn)
（圖片：翻攝簡報內(nèi)容）次世代照明趨勢，聚焦 GaN on GaN、LD 技術(shù)
至于接下來固態(tài)照明技術(shù)趨勢，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，中村也指出激光照明將會是產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵。相較于 LED，激光二極體（Laser Diode，LD）能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率照明，中村認(rèn)為 LD 在不久的將來會相當(dāng)有市場。
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性，讓他在遭遇無數(shù)失敗下仍然奮力前行，這些歷程都為后來的成功奠定基石，也獲致今日的成就，為人類生活做出極大貢獻(xiàn)，影響深遠(yuǎn)。
（首圖來源：《科技新報》攝于“嶄新光明大道”中村修二教授演講會場）
