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中村修二解读固态照明技术的关键发展趋势

导读: 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)。

  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)。

 

  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。

中村修二“崭新光明大道”演讲

  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。

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