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- 540期－諾貝爾獎特別報導（12月號）
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2014-12-01藍光LED掀起照明的新頁
540 期
Author 作者
劉如熹／任教臺灣大學化學系。方牧懷／臺灣大學化學系博士生。
夕陽西下， 一盞盞發光二極體（light-emitting diode, LED）路燈漸漸亮起，下班後擁擠的捷運車廂裡，人們滑著手上的智慧型手機，繁華的街道上，五光十色的LED招牌炫麗的閃著，這些場景對一般人來說，也許再平凡不過，但可曾想過，在1990年代以前，LED僅用作指示燈。然而1993年一項革命性的發明，使LED領域跨入新的世代，即「藍光LED」的誕生。
赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano）與中村修二（ NakamuraShuji）教授致力於藍光LED的研發，並以氮化鎵（GaN）為材料成功合成藍光LED，不久後，白光LED也隨著問世。
發光二極體
發光二極體，其為一種以半導體材料製成的發光元件，包含p型（三價元素摻雜）半導體與n型（五價元素摻雜）半導體，以矽半導體元件為例，p型半導體因摻雜的元素較矽元素缺電子，故主要導電粒子可視為帶正電荷的電洞；而n型半導體因摻雜的元素較矽元素具有更多電子，故主要導電粒子為帶負電荷的電子。於元件兩側施加正向偏壓時，會產生電子與電洞，當電子與電洞結合時，能量以光的形式釋出，屬於電致發光，而放光的波長、顏色與所使用的半導體材料、摻入主體材料的元素有關（圖一）。
LED最早起源於1961年，美國德州儀器公司發展以磷化銦鎵（InGaP）材料合成的LED，其放光波長範圍為近紅外線。1962年， 奇異公司發展以磷化鎵砷（GaAsP）為材料的紅色發光二極體，因其轉化效率差且放光波長遠離可見光範圍，因此未被廣泛應用，僅用作指示燈。1991年，美國HP公司與日本東芝公司研發以磷化鋁鎵銦（AlGaInP）材料之綠色發光二極體，然而，缺少藍光LED，就無法以藍、綠與紅三種顏色的LED任意組合顏色，尤其是用作照明的白光。
直到1993年，日本日亞化學（Nichia Corporation）的中村修二成功以氮化鎵和氮化銦鎵（InGaN）開發具高亮度的藍光發光二極體。相較於傳統的日光燈與白熾燈泡，LED不僅體積小、環保、省電，壽命更長達十萬小時，且因其低耗電的特性，對於電力缺乏的開發中國家，無疑是一大福音，現今環保意識與節能觀念逐漸提升，發光二極體已躍升為二十一世紀照明與顯示器之新光源。
劃時代的偉大發明：藍光LED
2014年的諾貝爾物理獎揭曉，頒給發展藍光LED的三位教授，分別為任教於名城大學的赤崎勇教授、名古屋大學的天野浩教授，以及美國加州大學的中村修二教授。
赤崎勇教授出生於日本鹿兒島縣，於名古屋大學取得工學博士，曾服務於松下電器與名古屋大學，現為名城大學終身教授。1986年與天野浩教授成功以「低溫沉積緩衝層技術」合成高品質的氮化鎵晶體，並於1989年以氮化鎵的pn結構完成了藍色發光二極體。其學生天野浩教授，出生於日本靜岡縣。在1982年，仍為大學生的天野浩便加入赤崎勇教授的研究室，主要研究III族的氮化。1986年，赤崎勇與天野浩首次成功於藍寶石基板上合成高質量的氮化鎵晶體，並於1980年代末期，成功合成p型氮化鎵半導體。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第540期】