青色LEDでノーベル賞日本人独占!! 赤崎、天野、中村氏に物理学賞

2014/12/13 2015/04/10

１０月７日夕方
「ノーベル物理学賞に日本人３人が独占受賞」の報道が流れました。
受賞対象は青色ＬＥＤ（発光ダイオード：電気エネルギーを光に変える半導体素子）ということです。

日本ではあらゆる分野にＬＥＤが使用され、目新しくありませんが、世界に目を転じますと、発展途上国では電気のない・あるいは夜間電力が使えない地域が多くあります。

ＬＥＤを使えば消費電力が少なく、大きな発電設備がなくとも、太陽光発電パネルと蓄電池を組み合わせた電力で、十分明るい照明が得られます。

今後発展途上国で普及していけばＣＯ2削減に貢献でき、地球温暖化防止にも貢献でき一役買うでしょう。

青色ＬＥＤはものづくり日本の伝統を受け継ぐ画期的な発明です。
今回スエーデンの王立科学アカデミーは、受賞発表文で青色ＬＥＤは

「人類に最大の利益をもたらした発明」

と最大の賛辞を送りました。
それでは青色ＬＥＤとはどんなもので、受賞者が発明・製品化にどれだけ苦労したか振り返ってみましょう。

青色LEDとはどんなもの？

「色の３原色」という言葉を聞いたことがあると思います。
これには２種類あって、光の３原色と絵の具・インク類の３原色です。

光では“レッド（赤）・グリーン（緑）・ブルー（青）”で、一方絵の具・インク類は“シアン（緑みの青）・マゼンタ（赤紫）・イエロー（黄）”です。
３色を混ぜ合わせると光は“白”に、絵の具・インク類は“黒”になります。
この３原色であらゆる色が出せるのです。

今回の「青色ＬＥＤ」は青い光を放つ光の３原色の一つです。
赤い光と緑の光を放つＬＥＤは２０世紀後半、比較的短い時間で発見・工業化されました。しかしながら波長の短い青色だけは難しく、２０世紀中には実用化は無理だと言われていました。

１９９０年代前半、青色ＬＥＤが実用化されたことで３原色が揃い、新しい方法で白色光を作り出すことに成功し、急速にカラーテレビ・ブルーレイディスク・照明・信号機などに爆発的に普及し、あらゆる産業界、農林・漁業などの分野にも広く行き渡ってきました。

受賞者の成功に至る苦労　～本当にやりたいことなら続けられる～

赤崎教授は青色を発色するＬＥＤ物質は窒化ガリウムが耐久性も含め、最も適した物質と確信し１９７０年代から一貫して研究を続けました。
しかし、サファイヤ基盤上に窒化ガリウム結晶を成長させるには、お互いの結晶間隔が違いすぎ、いわゆる“木に竹を接ぐ”ようなものでした。

そこで赤崎教授は、後日研究室に来た大学院生の天野教授に、サファイア基板上にバッファ層を挟んで窒化ガリウムの結晶を成長させたらと思いつき指示しました。

１９８５年結晶を作る電気炉の調子が悪く、温度が上がらない中、先輩から

「結晶成長にはクリアでないことが良いこともある」

との一言が頭をよぎり、電気炉温度が低いまま実験しところ、バッファ層が上手く作れ、その上に綺麗な窒化ガリウムの結晶が作れていました。
その後プラス電気を帯びた結晶作りにも成功し、１９８９年開発の成功を学会で発表したところ、大反響がありました。

赤崎教授は「ここからが始まりだ」と気を引き締めて研究を続けました。
受賞が決まった日のインタビューで

「やりたいことをやるのが一番。なかなか結果が出なくても本当にやりたいことなら続けられる」とあきらめない大切さを語っていました。

青色発光ダイオードの製品化は中村教授です。実験装置の多くを自作し１９８８年２０世紀中には実現不可能と言われていた青色発光ダイオードの開発に着手しました。創業社長に直談判して青色ＬＥＤ研究と米国留学を成し遂げ、最先端研究を学びました。

実験は失敗の連続でしたが、５００回以上の失敗を繰り返した末に窒化ガリウムの結晶薄膜成長装置を作り上げました。

中村教授は、２種類の流れのガスをうまく組み合わせた、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）という技術を開発し、更に性質の異なる結晶薄膜を複数積み上げ層構造をなす仕組みを開発し、製品・量産化に成功しました。

尚、１９９６年には白色ＬＥＤまで製品化できています。

若者よ！後に続こう！

今回のノーベル物理学賞の日本人独占受賞はしびれました。
赤崎教授・天野教授の窒化ガリウムの基礎研究は１９８０～１９９０年と今から２４～３４年前の仕事です。

社会保障費に予算を取られ、科学技術予算は横ばいで、しかも博士後期課程に進学する研究者が２００３年をピークに１５％減少しています。
これは博士号を取っても受け皿となるポストが限られ、じっくり研究に取り組める終身雇用の地位に、なかなか研究者が付けていないからだと言われています。

資源のない日本ではこのような学術分野のようなソフト産業分野を増やさない限り、少子高齢化社会を乗り切れません。

今回のノーベル賞日本人独占受賞に刺激を受け、やりたい分野をあきらめず、粘り強く挑戦して欲しいものです。

★青色LEDの応用例はこちら↓
発展途上国に光の支援を！日本発の青色LED

いま、日本発の青色LED技術が、電気のない生活をしている
発展途上国の貧困地域に光を灯します。

ライター：sige G