中村修二さんのLEDが光る理由

■注意：この発言は、LEDの発光原理の一般的な説明を含んでいません。

LEDが光る仕組みについての解説をこのページに期待している方は、どうぞ、読まないでください。よろしくお願いします。

（以上　2010.7.7 追記）

LEDは、励起された電子と正孔が再結合することで光を発する。
しかし、結晶格子歪みである「欠陥」に捕らえられると格子振動、つまり熱になる。
その結果、発光効率が低下する。

中村修二さんが発明した、青色発光ダイオード(LED)の原料、InGaNは、その結晶を成長させるのに適した「基板」が存在しないことから、ガリウム砒 素(GaAs)など従来のLED材料の100万倍もの構造欠陥が存在する。

このため、常識的には光を発することはほぼ不可能な材料 。
それにも拘らず高輝度な光を発するのは何故か？
確かに、不思議であります。

そこで、２年前、中村修二さんが統括責任者をやり、筑波大の秩父、上殿助教授2名が調べた報告書を見つけました。
http://www.tsukuba.ac.jp/public/press/060824press.pdf
青色発光ダイオードは何故、多量の欠陥があるのによく光るのか

■結論：
正孔のうちかなりの数が 原子数個程度のサイズでインジウム－窒素(In-N)が集まった部分（局在状態）に捕えられる事によって欠陥に捕まりにくくなる。

■測定手段：
(1)電子の反物質である「陽電子」を試料に打ち込み、それが電子と対消滅する際に出されるガンマ線を計測する「低速陽電子消滅測定」
(2)パルスレーザ光を用いた「時間分解フォトルミネッセンス測定」

■今後の応用展開：
「この現象は、窒化インジウムアルミニウム(AlInN)や窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等の材料にあてはまるだけでなく、他の発光材料でも効果的に局在状態を作ることにより発光効率を飛躍的に向上させることができる可能性を示すもので、「原子サイズでの不均一結晶」を各種発光デバイスへ積極的に応用展開することが期待されます。」

この技術は、恐らくLEDだけでなく、太陽電池の変換効率を向上させる手法にも応用できるのでしょうね。