Г.Келл
первоначальная версия опубликована в журнале НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №11/08
последняя коррекция: апрель 2015

Электронные компоненты бывают разными. Естественно, что полупроводниковые компоненты (semis), как самые "молодые", но доминирующие на рынке ЭК в стоимостном выражении, привлекают к себе наибольшее внимание. Но, если с микросхемами все в порядке, то генезис дискретных полупроводников очень редко прослеживается. Но и в этой сфере можно найти интересные примеры возникновения новых направлений, по большей части связанных с технологическими прорывами. Примером такого прорыва можно считать создание синего светодиода японским инженером Суджи Накамура.

Суджи Накамура (Shuji Nakamura) родился 22 мая 1954 года в японском городе Иката. Окончив в 1977 году университет в Токушиме по специальности электроника, молодой специалист мог рассчитывать на работу в бурно развивавшихся в то время компаниях типа Sony или Toshiba, но он уже обзавелся семьей и переезжать в мегаполис с маленьким ребенком не хотелось. Поэтому он поступил, по рекомендации своего университетского профессора, в небольшую компанию Nichia Chemicals, которая находилась в том же городе Токушима и занималась производством фосфора для ЭЛТ и флуоресцентных ламп. Суджи попал в НИРовскую лабораторию, состоявшую из трех человек, которые вели исследования галлия. Арсенид галлия и фосфид галлия были основой для изготовления красных и инфракрасных светодиодов, и Накамура решил попробовать себя в этой сфере.

Через три года ему удалось получить коммерческие кристаллы красных светодиодов из фосфида галлия, но они не могли конкурировать с изделиями, к примеру, Toshiba. Тогда, в 1982 году Накамура переключился на арсенид галлия и через три года получил рабочие кристаллы, но история повторилась - Nichia проигрывала конкурентам по цене и качеству. В 1985 году Накамура начал работать с AlGaAs и опять же через три года получил готовые к коммерческим поставкам образцы, но хотя по цене и качеству они не уступали продукции конкурентов, но малая известность Nichia на рынке не позволила нарастить продажи. Так могло бы продолжаться долго: каждые три года он осваивал новые материалы, создавал рабочие образцы, но … продаж не было, компания терпела убытки, и отношение к деятельности Накамуры становилось все более негативным. Хотя научные цели, которые ставил перед собой Накамура - для получения PhD степени ему были нужны публикации, были достигнуты. Ему даже удалось в 1988 году поработать приглашенным исследователем в Университете штата Флорида.

То, что по прошествии 10 лет Накамура остался единственным сотрудником НИР лаборатории Nichia, сделало его универсальным специалистом - он был и химиком, и технологом, и конструктором - реакторы для получения материалов он делал сам. Это позволило ему накопить уникальный опыт и дало четкое понимание перспектив различных направлений оптоэлектроники. Он понимал, что важнейшей задачей для всех коллективов, разрабатывающих светодиоды, стало создание ярких СИД синего цвета. Ему эта задача казалась разрешимой и, Суджи пошел ва-банк, обратившись напрямую к владельцам Nichia Chemicals - Нобуо и Эджи Огава (Nobuo Ogawa и Eji Ogawa). К его удивлению они согласились выделить 3 млн. долларов на разработку синих СИД.

В 1989 году были известны два материала для изготовления синих СИД - селенид цинка (ZnSe) и нитрид галлия (GaN), причем первый считался более перспективным, и большинство исследователей работало именно с ним. В первую очередь из-за меньшей удельной плотности дислокаций у ZnSe - 103 на см3 против 1010 на см3 для GaN. Прошлый опыт подсказывал Накамуре, что конкуренция в мэйнстриме слишком высока и не позволит маленькой компании добиться успеха. И сделал ставку на нитрид галлия. В первую очередь Накамура приобрел реактор для осаждения пленок из паров металлоорганических соединений - MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) и занялся его усовершенствованием, создав в 1991 году свой знаменитый двухпотоковый метод. За счет подачи двух перпендикулярных потоков газа Накамуре удалось получить пленки нитрида галлия n-типа с уникально высокой подвижностью неосновных носителей. В 1992 году он получил нитрид галлия p-типа и затем излучающий слой из InGaN - итогом стало создание в конце 1993 года первого коммерческого образца синего светодиода.

Как это обычно бывает, в компании Nichia Chemicals не сразу осознали значимость изобретения, но последовал вал поздравлений от коллег со всего мира, и стало ясно, что прорыв совершен. Американская компания Cree, лидировавшая в области СИД синего цвета на основе карбида кремния, тут же предложила производственный альянс, но Nichia отвергла это предложение, решив эксплуатировать "золотую жилу" самостоятельно. И ей это удалось - продажи синих светодиодов составляли $200 млн. в 2000 году. И это без учета продаж лицензий.

Суджи Накамура тем временем продолжил свои изыскания и в 1995 году выпустил первый суперяркий InGaN зеленый светодиод. Затем он "переключается" на лазерные диоды и в 1996 году он создал первый УФ лазерный диод, который сделал возможным формирование нового рынка DVD видеозаписи. А синие СИД, изобретенные Накамурой, стали ключевым элементом всей современной оптоэлектроники, нацеленной на повсеместное внедрение белых светодиодов, которые есть ничто иное, как кристаллы синих СИД, покрытые люминофором.

К концу 20 века Накамура возглавляет лабораторию в Nichia, в которой уже 20 сотрудников и он считается признанным авторитетом индустрии оптоэлектроники. Однако в 2000 году Суджи Накамура перебирается в США и начинает работать Университете штата Калифорния (Санта-Барбара). Годом позже компания Cree жертвует университету $2,2 млн. на создание кафедры Solid State Lighting and Display и Накамура становится ее профессором (Cree Professor). Практически одновременно компания Mitsubishi создает свою кафедру и ее профессор (Mitsubishi Professor) Стивен ДенБаарс (Steven DenBaars), работавший ранее в компании Hewlett-Packard, совместно с Накамурой создают и возглавляют междисциплинарный исследовательский центр (SSLEC), финансируемый известными в сфере оптоэлектроники компаниями: Mitsubishi Chemical, Rohm, Stanley Electric.

Вся эта деятельность пришлась не по душе компании Nichia, и в 2001 году она подает на Накамуру в суд, обвиняя своего бывшего сотрудника в передаче технологических секретов конкурентам. Накамура отвечает встречным иском, беспрецедентным для Японии, требуя достойного вознаграждения за свои открытия. По японским законам все изобретения принадлежат компаниям, и Накамура лишь однажды получил премию в $200. Суд первой инстанции признает правоту Накамуры и присуждает Nichia к уплате $189 млн. компенсации. По аппеляции Nichia токийский верховный суд снижает эту сумму до $8,1 млн., но все равно это крупнейшая в истории Японии компенсационная выплата компании своему бывшему сотруднику !

В 2006 году Суджи Накамура был удостоен ежегодной премией правительства Финляндии Millennium Technology Prize ($1,2 млн.) за заслуги в создании новых источников света. По последним сведениям Накамура и ДенБаарс активно работают над созданием нового поколения полупроводниковых лазеров для Blu-ray приложений.

В 2014 году Нобелевская премия по физике присуждается трем японским ученым за исследования и разработку светодиодов синего свечения. В числе награжденных, помимо Суджи Накамура, оказались Исаму Акасаки (профессор университета Мейо) и Хироси Амано (профессор университет Нагойи).

О Суджи Накамура издана книга: Brilliant!: Shuji Nakamura and the Revolution in Lighting Technology by Bob Johnstone; Prometheus Books, Amherst, N.Y., 2007