藍(lán)光LED
發(fā)現(xiàn)歷程
一些藍(lán)色LED燈
1971年,雅克·彭哥芬(Jacques Pankove)和艾德·米勒(Ed Miller)兩人論證了用摻鋅(Zn)的氮化鎵(GaN)制造出藍(lán)光LED的可能性——盡管隨后他們?cè)斐龅牡谝粋€(gè)用氮化鎵制成的LED是發(fā)綠光的。1972年,斯坦福大學(xué)的赫伯·馬洛斯卡(Herb Maruska)與威利·懷恩斯(Wally Rhines),以及該校的材料科學(xué)與工程學(xué)博士研究生們研發(fā)出了第一種能發(fā)出藍(lán)紫光的LED。這種LED的材料為摻鎂(Mg)的氮化鎵。。1974年,美國(guó)專利局將上述成果的專利權(quán)授予了Maruska,Rhines和斯坦福大學(xué)教授大衛(wèi)·史蒂文森(專利號(hào):US3819974 A)。直到今天,摻鎂(Mg)的氮化鎵都仍然是所有商用藍(lán)光LED和激光二極管的基礎(chǔ)材料。但是,用摻鎂(Mg)的氮化鎵制造出的藍(lán)光二極管發(fā)出的光太弱,不足以投入實(shí)際使用。而且,隨后關(guān)于氮化鎵元件的研究也遲遲未能獲得突破。1989年8月,Cree公司推出的第一款商用藍(lán)光LED使用的材料就不是氮化鎵,而是一種間接帶隙半導(dǎo)體碳化硅(SiC)。這種藍(lán)光LED效率極低,甚至不能達(dá)到0.03%。
1980年代初,已是年過(guò)五旬的赤崎勇帶著學(xué)生天野浩重啟了有關(guān)氮化鎵的研究。1986年,他們成功制出了以前被認(rèn)為不可能制造出的氮化鎵晶體。1989年,他們發(fā)現(xiàn)這將電流通入晶體的話,后者的發(fā)光可以得到增強(qiáng)。隨后,日亞化學(xué)工業(yè)的員工中村修二注意到了赤崎勇師徒的研究成果。他順著師徒的研究方向,最終在1993年制出了高亮度的藍(lán)光LED。2014年,藍(lán)光LED的發(fā)明人中村修二與天野浩與赤崎勇獲得了該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
原理
1980年代后期的兩項(xiàng)突破為藍(lán)光LED的發(fā)明奠定的基礎(chǔ)——一項(xiàng)是氮化鎵外延技術(shù)的發(fā)展,另外一項(xiàng)是P型半導(dǎo)體的摻入。藍(lán)光LED包含數(shù)種不同的氮化鎵(GaN)層。中村修二在其中摻入了銦(In)和鋁(Al),使得其照明效率大幅提高。
意義及爭(zhēng)議
藍(lán)光LED的發(fā)明,使得人類得以用LED湊出足夠亮的白光。而發(fā)白光LED的效率比白熾燈要高上不少。白光LED促成了各種LED顯示屏的發(fā)明,也促進(jìn)了照明效率的提高。特別是,后者使得人類降低碳排放、對(duì)抗氣候變遷成為可能。
但是,也有人擔(dān)心藍(lán)光LED發(fā)出的藍(lán)光可能對(duì)人眼造成危害。因?yàn)樗{(lán)光可能導(dǎo)致黃斑變性。
專利問(wèn)題
藍(lán)光LED的發(fā)明人中村修二的專利權(quán)曾一度被日亞化學(xué)工業(yè)剝奪。而他得到的獎(jiǎng)金僅有2萬(wàn)日元。無(wú)奈的中村修二只得把日亞化學(xué)告上法庭。最終,法院裁決日亞化學(xué)應(yīng)賠償中村修二200億日元。這一結(jié)果曾一度震驚日本社會(huì)。但是,日亞化學(xué)卻不服判決,提出上訴。在數(shù)年的拉鋸戰(zhàn)后,法院最終裁定日亞化學(xué)賠償中村修二8.4億日元。中村修二最終也只得接受這一判決結(jié)果。
延伸閱讀
Shuji Nakamura, Gerhard Fasol. The Blue Laser Diode. Springer. 1997. ISBN 3-540-61590-3.
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