“We produced blue light-emitting diodes on our own for the first time in the world in 1989. I will never forget that eye-opening cobalt blue light throughout my life.”

「１９８９年、私たちは世界で初めて、青色ＬＥＤを自らの手でつくりだしました。このときの、目に沁みるようなコバルトブルーの光を、私は一生忘れることはないでしょう。」

 

This is a passage from an autobiography written in 2013 by Dr. Isamu Akasaki, a ten­ured professor of Meijo University and one of the three recipients of the 2014 Nobel Prize for Physics. The book, pub­lished by Nikkei Pub­lishing Inc., is titled “Fascinated by blue light - A story of blue LED”. A copy of the book has been donated to Hakumon Herald by the university. It tells about the long, rugged road the author trod to reach his ultimate goal, the invention of blue LEDs seen sure lighten the world in the 21^st century.

これは、今年のノーベル物理学賞に輝いた３人の日本人学者の１人、赤﨑勇名城大学教授（８３）が２０１３年に表わした本「青い光に魅せられて 青色LED開発物語」（日本経済新聞出版社刊）の一節だ。赤﨑教授が在籍する名城大学より寄贈してもらったこの著書をもとに、２１世紀を灯す光と言われるようになった青色ＬＥＤ発明までの苦難の道のりをたどってみた。

 

  LED is a semiconductor, a substance known to exist halfway between a conductor that transmits electric current well and an insulant that doesn’t. It emits light by transforming electron energy into light energy. The color of the light changes in accordance with the power of energy applied to electron. Red light is generated by a weak power and blue light by a strong power. In other words, a semiconductor crystal with strong energy has to be developed to produce blue LEDs.

  ＬＥＤ（発光ダイオード）は、電子のエネルギーを光エネルギーに変換することによって発光する半導体（電気をよく通す導体と電気を全く通さない絶縁体の中間の性質をもつ物質）で、その際電子に与えるエネルギーの大きさによって光の色が変わる。エネルギーが小さければ赤色、大きければ青色になる。つまり青色ＬＥＤを作るには大きなエネルギーを持つ半導体結晶をつくらなければならない。

 

Dr. Akasaki had fought a lonely hard battle before succeeding in developing such semiconductor in 1989. He writes in his autobiography, “I felt as if I were walking alone in the wasteland." LED was touted as a lighting device of the next generation but scientists had been unanimous that “the development of any practical blue LED won’t come before the end of the 20^th century”.

そして赤﨑氏が１９８９年に開発に成功するまでの道のりは、題名の通り苦難に満ちた孤独な闘いだった。次世代の照明器具と目されたＬＥＤだが、「実用的な青色は２０世紀中の実現は困難」とまで言われていたのだ。

 

  When Dr. Akasaki began his work in 1973, three materials were considered promising in the development of a blue luminescent device. Those were silicon carbide, zinc selenide and gallium nitride (GaN). He chose GaN. But most scientists in those days based their work on materials other than GaN, which was known to be quite “tough”. The word usually has two meanings: (1) strong, rigid or stout and (2) difficult or troublesome.

  赤﨑氏が研究に着手した７３年当時、有力な素材として炭化ケイ素、セレン化亜鉛、窒化ガリウムが挙げられており、同氏は窒化ガリウムを素材に選んだ。しかし、当時の研究者のほとんどは窒化ガリウム以外の素材を研究していた。なぜなら窒化ガリウムが“タフ”だからだ。タフには①「強い、固い、丈夫な」と、②「困難な、厄介な」というふたつの意味がある。

 

Any material fit for a blue luminescent device must be tough in the former sense. However, the tougher it is, the more difficult will it be to process it. Diamond may be a good example to explain that. Diamond becomes a beautiful crystal only under the condition of a high pressure up to 52,000  atm and a high temperature of about 1,200 degrees C in the earth’s crust. A man-made diamond is less brilliant than a natural one because such condition cannot be artificially produced.

半導体の部品としては①の意味でタフがなければいけない。だが、タフであればその分加工するのが難しい。ダイヤモンドを例にすると分かりやすい。ダイヤモンドは地殻の中で５・２万気圧、１２００℃といった高温高圧の条件でのみ美しい結晶になる。人工ダイヤモンドが自然のダイヤモンドの輝きに及ばないのは、こうした条件を人工的に作り出すことができないからだ。

GaN crystallizes under a much tougher condition of more than atm and 2,500 degrees C. Moreover, while diamond exists in the natural world, GaN doesn’t. For these reasons, many researchers gave up GaN or shifted their study to other materials in the late 70s. When Dr. Akasaki produced papers on GaN, no one cared to read them.

窒化ガリウムは、このダイヤモンドをも上回る「４・５万気圧以上、２５００℃」の条件で結晶になる。しかもダイヤモンドは自然界に存在しているが、窒化ガリウムはそうではない。そのため、７０年代後半には多くの研究者が窒化ガリウムから撤退、もしくは他の素材の研究に転向。論文を発表しても反響が全くなく、見向きもされなくなった。

 

 However, he devoted himself to his study and finally succeeded in producing a GaN crystal decent enough in size and thickness, using the MOVPE (metal-organic vapor phase epitaxy) method. Looking back at that time, he writes in his book:

こうした中、赤﨑教授はただひたすら研究に没頭し、ついにはMOVPE法という方法によって、ある程度の大きさと厚さのある結晶ができるようになった。この時のことを赤﨑氏は以下のように振り返っている。

“While I was observing my wafer (a crystallized plate) full of pits and cracks through a fluorescence microscope, I found beautiful minute crystals albeit only rarely.

「クラック(ひび割れ)やピット（くぼみ）だらけのウェハー（結晶で作られた板）を蛍光顕微鏡で観察していたとき、ごく稀に綺麗な微小結晶が混じっていることに気づきました。

 

  “I looked at them closely. They were gleaming out brilliantly. Then I felt GaN has the great possibility as a material for a blue luminescent device.

  一瞬瞳を凝らすと、きれいに光っており、GaNの青色発光素子用材料としての大きな可能性を直感しました。

 

  “Then an idea struck me that if I can upgrade the quality of the entire wafer to that of those beautiful minute crystals, I might be able to attain electrical conduction control (p-type conduction).

  そして、なんとかして、ウェハー全体を、この綺麗な微小結晶と同等の品質に作ることができれば、電気伝導制御（p型伝導も）も実現可能と考えました。

 

  “Convinced this way that ‘crystal growth holds the key’, I decided to get back once again to ‘crystal growth’ which was the starting point of my study.

  こうして、『鍵は結晶成長だ』と確信し、1978年、もう一度この研究の原点である”結晶成長”に立ち返ることにしました。

 

  “I think it was a ‘crossroads’ not only for my research and development of GaN-based blue luminescent devices but also for similar researches going on in other parts of the world.”

これは、私自身のGaN青色発光素子研究開発のみならず、世界のGaN研究開発における「岐路」であったと思います。」

In 1985, Dr. Akasaki succeeded in producing a high-quality GaN single crystal. After breaking through the highest barrier of his study, he succeeded in making blue LEDs in 1989. The passage introduced at the beginning of this article is full of the deep emotions the author felt at the moment 16 years of his painstaking efforts bore fruit.

そして高品質の窒化ガリウム単結晶の実現に成功したのが８５年。半導体結晶の製作という研究の最大のヤマ場を突破したのち、８９年についに青色ＬＥＤをつくることに成功したのである。冒頭の著書の一節は、研究着手から１６年間におよぶ労苦が実った瞬間の感慨にあふれた言葉だ。

 

Dr. Akasaki says in his book, “Just do what you want to do was the words I inherited from my father.” He could continue what everyone thought impossible because he strongly felt he was doing his favorite thing. You may finally make it if you pick your favorite and hold on to it. Indeed it was Dr. Akasaki’s unyielding spirit that brought him his Nobel Prize.

赤﨑教授は著書の中で、「自分の好きなことをやればいい、というのが父から受け継いだ言葉だ」と述べている。誰もが無理だと思った研究をあきらめずに続けることができたのも、好きなことをやっているという強い思いがあったからだろう。自分が好きで、打ち込められる研究なら、あきらめずに続ければ最後にはきっと道が開ける。今回のノーベル賞受賞はまさに不屈の精神によってもたらされたものなのだろう。

(Written by: Yuxi Luo)