除了激光照明，“藍光之父”最近在忙什么？

　　因改造有機金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)機臺為雙流式，創(chuàng )造了高效率藍色發(fā)光二極體，改變了照明及輕薄顯示器的未來(lái)，而被贊譽(yù)為“藍光之父”的諾貝爾物理學(xué)獎得主中村修二博士，于2017年2月份前往臺灣中央研究院演講，以“The Invention of High Efficient Blue LEDs and Future Solid State Lighting”為題，小書(shū)僮得知后立刻訂了一張火星出發(fā)的太空船票前往臺灣聆聽(tīng)藍光教父的風(fēng)采。

　　演說(shuō)中，中村教授表示持續在研究如何制造更高演色性及更高外部量子效率(EQE)的發(fā)光二極體，提高演色性，可以提升照明應用或是顯示器的顏色表現;而更高的外部量子效率，可以提升器件的發(fā)光效率。當然意料之中的，中村教授也談了一些有關(guān)激光照明的優(yōu)勢，這個(gè)我們后面再提。

　　先回顧一下藍光的歷史，時(shí)間來(lái)到1980年代，當時(shí)對于藍光器件有兩種材料選擇，一種是ZnSe;另一種就是GaN，從Cross section TEM可以觀(guān)察到在ZnSe做成長(cháng)時(shí)有好的品質(zhì)，因為在GaN/Sapphire可以看到有一條一條黑色的線(xiàn)就是在半導體器件中常談?wù)摰娜毕?，他是影響器件效率很大的兇手之一。?989年代時(shí)，ZnSe on GaAs substrate具有高品質(zhì)的結晶特性，同時(shí)有超過(guò)99%的研究者從事相關(guān)的研究工作，中村教授偏偏選擇了少于1%的人關(guān)注的GaN on Sapphire substrates，當時(shí)許多人都說(shuō)GaN沒(méi)有未來(lái)，紛紛改投ZnSe的懷抱，中村的選擇可說(shuō)是“背道而馳”。

　　遙想小書(shū)僮念書(shū)當年，曾經(jīng)帶著(zhù)實(shí)驗室的孩子做實(shí)驗，其中一個(gè)課題就是研究利用MOCVD成長(cháng)出來(lái)的ZnSe QW及ZnSe QD半導體器件的基礎物理特性，真心不騙，大伙兒在做PL實(shí)驗時(shí)，對光路還要刻意不將光對入到偵測器當中，避免偵測器超過(guò)可接收的強度，這是多么奢侈的包袱啊!由此可知為何ZnSe能吸引主流的目光。

　　至于之后中村修二如何離經(jīng)叛道，用GaN逆轉勝，就是大家耳熟能詳的故事了。

　　演講的內容也談到許多人擔心的藍害，雖然小書(shū)僮會(huì )說(shuō)這只是“一個(gè)人能接受多少量”的簡(jiǎn)單問(wèn)題，但中村修二這次沒(méi)有忽視主流的聲音，在加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的團隊從事開(kāi)發(fā)Blue-free的LED，用來(lái)解決藍害的問(wèn)題，演講中中村表示主要是將主發(fā)光層移到UV的區段，一般LED是成長(cháng)在藍寶石基板(有些公司研發(fā)的技術(shù)是利用SiC基板與Si基板)，然而為了減少晶格不匹配而產(chǎn)生的應力效應會(huì )造成內部量子效率或外部量子效率的下降，中村的研發(fā)團隊則專(zhuān)心研究使用GaN基板，用以提升晶格匹配程度，其結晶品質(zhì)相較于Sapphire或SiC基板都要來(lái)得高。

　　而中村修二成立公司Soraa， 亦往UV-LED的方向走，為了做到這一點(diǎn)，他們將GaN LED的發(fā)光峰值設計在在410nm～420nm之間的紫光，并搭配多磷光體混合物，使整個(gè)白光光譜覆蓋至700nm，這表示整個(gè)白光的頻譜將涵蓋人眼可視波長(cháng)范圍(一般來(lái)說(shuō)，人眼可是范圍約為400nm～700nm)，從紫光(400nm)到深紅色(700nm)連續且完整，這樣的好處是，使用者可以看到較為真實(shí)的白色。

　　在演講中，中村教授也提到，用LED當作白光是很棒的，但是若用激光則是更棒的一個(gè)想法，因為現行的LED結構若要發(fā)光60W的白幟燈，用現行的LED排列需要約28mm^2的面積，而目前他們研究的產(chǎn)品激光產(chǎn)品若要發(fā)光60W的白幟燈則需要大約0.3mm^2的面積，面積是大幅的縮小。

　　同時(shí)若使用激光器件后在增加電流密度后，外部量子效率竟然不會(huì )下降太多啊!這是多么厲害的一件事啊(這邊推薦大家去閱讀世界第一簡(jiǎn)單的半導體原理 老葉科普堂(五))，因為從半導體器件物理可以知道LED或LD在增加電流密度后，雖然會(huì )越來(lái)越亮，但是會(huì )造成發(fā)光峰值紅移及外部量子效率下降，這是因為受到晶格震蕩的熱效應而造成的下降，因此在平板顯示或是照明的用途會(huì )更多元。

　　演講中，無(wú)線(xiàn)光通訊技術(shù)“Li-Fi”也是中村修二看重的技術(shù)，Li-Fi是使用發(fā)光二極體器件或激光器件作為資料傳輸的來(lái)源。因此想像一件事，燈具就是通訊的基地臺，將訊號投射到各處和橋接訊號，讓電腦、家電、手機等上網(wǎng)。中村修二也提及若使用發(fā)光二極體器件的Li-Fi，將會(huì )比Wi-Fi傳輸資料快上10倍以上，而激光器件的Li-Fi更快。不過(guò)小書(shū)僮就想到了，如果下班關(guān)燈，那就沒(méi)有網(wǎng)路啦!所以時(shí)間到就不能辦公。

　　在演講結束后中村教授提及，在平板顯示科技應用上，LED跟OLED還是可以保持競爭的，并特別提及u-LED是可能的技術(shù)方向，至于u-LED的未來(lái)，小書(shū)僮就交接給囧史諾了。