蓝光LED和缔造者中村修二不“二”般的传奇

晓说

托诺贝尔物理学奖的福，蓝光LED再次受到了广泛关注。不过，有不少材料人闹不清蓝光LED的价值何在。另外，获得此次诺贝尔奖的中村修二的个人经历实在是值得大书一笔。所以今天为大家聊一聊他们的传奇。

LED，是light emitting dioda的缩写，中文为发光二极管。LED由PN结芯片、电极和光学系统组成，之所以能够发光是由于其中带负电的电子移动到带正电的空穴并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子，发光原理如下图所示。


LED的优点和作用很多，但最大的用处是作为光源，被称之第四代光源。世界各国正在致力于取消白炽灯，而LED是一个替代方向。就像诺贝尔奖评选委员会在关于获奖成就的声明中指出：“20世纪由白炽灯照亮的，那么21世纪将是被LED灯照亮的。”

半导体材料的不同，LED发出的灯光不同。最先被发明出来的是红光LED，由美国通用电气研究员尼克·何伦亚克于1962年发现（因此尼克·何伦亚克被称为发光二极管之父）。十年之后，他的学生发明了橙黄光LED。到了二十世纪七十年代末，LED已经出现了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色，唯独没有蓝色。

为什么没有蓝光LED是一件非常麻烦的事呢？这是因为尽管颜色有很多种，但是原色（色彩中不能被分解的基本色）却只有三种：红、绿、蓝。这种颜色模型称之为RGB（red,green,blue)模型，其他颜色都是有这三种原色组合得到。所以，蓝光LED的缺失，意味着彩色，尤其是可以作为照明的白色光源无法得到。

如果从红光LED发明之时算起，全球科学家们为之奋斗了30年才得以实现。1989年，日本松下电器公司东京研究所的赤崎勇和名古屋大学天野浩才首次研发成功了蓝光LED。直到在1993年，日本日亚化工职员中村修二才终于发明了基于氮化镓和铟氮化镓的具有商业应用价值的蓝光LED。

奇特的是，三人获得了诺贝尔物理学奖，蓝光LED的确是得益于三人的工作，但中村修二获得的关注度远比其他两位要高，好像蓝光LED是他一个人发明的。这主要是中村修二的工作更有突破性，第一个找到了一种有效的技术途径研发高功率蓝光LED。更重要的是，中村修二实现的是完全可以称的上是“屌丝的逆袭”。他的奋斗史，恐怕足以拍一部电视剧。（小编第一次获悉中村修二的大名，是在北科大材料学院万发荣老师的《材料物理导论》课上。通过老师的描述，小编还曾经对这位蓝光LED的传奇人物甚是膜拜，或许也是写下这篇文章的动力之一吧。）

中村修二的本科、硕士、博士都是在日本的德岛大学完成。这个德岛大学是一个什么层次呢？它在日本大学排名中大约40名左右，名门肯定不算，甚至有点寒酸。值得一提的是，他是在硕士毕业后直接工作。待到拿到在职的博士学位时，40岁的他已经做出了举世瞩目的成就。

那么这个小硕进入的日亚化学公司，又是一个什么货色？1979年中村修二刚来的时候，它仅仅是位于德岛的一家员工200人小型化学公司。14年后，依靠中村发明的蓝光LED，这家企业才实现了逆袭，成为全球著名企业。

进入这个不知名的小不点公司，中村所处在的研究环境不可谓不恶劣，几乎从零开始。为此，他不得不自己动手造仪器，还为此练就了一身石英管焊接的绝活。不过，尽管他对公司作出的贡献卓著，但其成果并不受重视，所以在公司混得不咋地。据说，公司上司遇到他，经常问一句：“你怎么还没有辞职？”

为了给自己争口气，中村在1988年选择了高亮度LED这个相当有前景，难度也相当大的课题。为了作出成绩，他选择了氮化镓作为发光材料，而不是很多研究人员选的氧化锌跟硒化锌。不过，为了学习制造蓝光二极管所必须的结晶生长技术，中村选择了去美国进修一年。

在美国这一年，中村过得也不如意。因为日亚公司不允许研究工程师发文章，中村一篇文章也没有。所以美国的同事并没有拿他当研究者，根本不与他交流。此外，结晶生长所必须的金属有机物化学气相沉积（MOCVD）仪器也得自己搭。所以在美国这一年，中村并没有获得什么成就。倒是他的封管技术得到实验室主管的赏识，希望他再留下来一年。不过，中村对这一年的科研生活太失望，断然拒绝了。

回到日本之后，社长要求他停止LED研究，改作电子元件。他只能跟社长打哈哈，把自己的实验转入地下，而且背地里把自己的研究成果发表。待到1991年3月，中村首次成功制备pn结型GaN发光二极管，并观测到了首次的发光情况，只是亮度比较暗。不过，日亚公司社长却一天到晚嚷嚷让这个GaN发光二极管赶快投产。不过，中村却觉得太暗，需要进一步改进。为此，他转向了双异质结型。这样，中村一边偷偷在实验室从事双异质结研究，一边敷衍着社长的投产要求。

终于，中村在1992年9月成功制备出InGaN和GaN发光二极管，虽然有所改进，但是仍然较暗。据说，中村拿给社长看新做出来的双异质结LED，依然没有得到好评，“是你制作的啊，还是很暗”。中村没有气馁，继续把LED变得更亮以及完善量产技术，提高成品率。最终，高亮度蓝光LED在1993年11月30日上市。

故事还没完，蓝光LED一经问世，日亚便以公司的名义申请了专利，成为了世界最大的LED公司。但中村修二获得奖励是仅仅是两万日元（1141元）（现在，普通研究生发表一篇SCI论文，获得的奖励还不止这个数）。

而后，中村被美国加州大学圣塔芭芭拉分校挖走。圣塔芭芭拉分校为了让中村加盟，也是蛮拼的，不但为他配置了专门的研究团队，而且将研究团队送往日本学习一年的日语，为他营造一种日本文化环境。

不过，日亚并没有就此放过中村。由于拒绝签署“保证3年内不再从事蓝光二极管的基础技术研究”的合同，在这家公司工作了20年的中村没能领到退职金。日亚甚至追到美国，要求中村签署合同，再次遭拒以后，以泄露企业秘密为由，将中村告上法庭。

终于，愤怒的中村在2004年将日亚告上东京地方法庭，要求其支付发明补偿金200亿日元（约11.4亿元）。东京地方法庭认为“中村几乎以一人之力完成了世界性的发明”，判定日亚支付8.4亿日元（约合人民币4793万元）。

就是这么一位并不是师出名门，没有高学历的普通工程师，在极其恶劣的研发环境下，处处遭受同行和上司的诘难，憋着一股劲，硬是以一人之力完成了高亮度蓝光LED的研发，实现了华丽转身。他的经历，对于我们年轻的材料工程师们，是不是一种激励呢？