Nobel Física 2014: Akasaki, Amano y Nakamura por el diodo azul

Nobel Física 2014: Akasaki, Amano y Nakamura por el diodo azul

Escrito por Francisco Villatoro

Dibujo20141007 nobel prize physics 2014 - akasaki - amano - nakamura - live youtube nobelprize org

El diodo azul, una tecnología que casi todos usamos todos los días, obtiene el Premio Nobel de Física 2014. Isamu Akasaki y Hiroshi Amano (Univ. Nagoya, Japón) y Shuji Nakamura (Univ. California, Santa Barbara, EEUU). Seguro que tienes en el bolsillo ahora mismo un dispositivo que usa esta tecnología. Sin lugar a dudas este Premio Nobel de Física 2014 recoge perfectamente el espíritu original de Alfred Nobel.

Anuncio oficial del premio, nota de prensa, información divulgativa e información avanzada (fuente de las figuras de esta entrada).

Dibujo20141007 structure blue led with double heterojunction - nobelprize org

Los diodos emisores de luz (LED) actuales emiten luz entre el infrarrojo y el ultravioleta. Sin embargo, los primeros LED desarrollados en los 1950 y en los 1960 sólo emitían luz entre el infrarrojo y el verde. Los colores azules y ultravioletas parecían imposibles de lograr. A finales de los 1980 se propuso el uso de nitruro de galio (GaN) en dispositivos multicapa (heteroestructuras y pozos cuánticos). La importancia de lograr LED azules era enorme, ya que permitía el desarrollo de fuentes eficientes de luz blanca para iluminación (combinando LED rojos, verdes y azules). Hay que recordar que la iluminación supone entre el 20% y el 30% de nuestro consumo de energía eléctrica.

Dibujo20141007 principle of light emission in p-n junction - nobelprize orgLa emisión de luz por electroluminiscencia se basa en la existencia de una banda prohibida entre las bandas de valencia y conducción en un material semiconductor. Lograr un material cuya emisión de luz sea en el azul es muy difícil porque se requiere una banda prohibida muy grande. Se estudiaron diferentes materiales compuestos (como ZnSe y SiC), pero al final se logró con GaN, un semiconductor de la clase III-V, con estructura cristalina tipo wurtzita. El GaN tiene una banda prohibida de 3,4 eV, que corresponde al ultravioleta.

El gran problema del uso del GaN era fabricar este material con una calidad cristalina adecuada y de forma eficiente. En los 1970 se probaron muchas técnicas sin éxito. Isamu Akasaki desarrolló nuevas técnicas de crecimiento de GaN sobre zafiro usando una capa de AlN. En 1981, en la Universidad de Nagoya, Japón, empezó a colaborar con Hiroshi Amano y en 1986 logró la técnica que le ha permitido obtener el Premio Nobel de Física 2014 (H. Amano et al., “Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an AlN buffer layer,” Appl. Phys. Lett. 48: 353, 1986).

Shuji Nakamura (en una empresa privada japonesa) desarrolló un método similar en el que reemplazó la capa de AlN por una fina capa de GaN crecida a baja temperatura (Shuji Nakamura, “GaN Growth Using GaN Buffer Layer,” Japanese Journal of Applied Physics 30: L1705, 1991; Shuji Nakamura et al., “High-Power GaN P-N Junction Blue-Light-Emitting Diodes,” Japanese Journal of Applied Physics 30:L1998, 1991). Nakamura y sus colegas aprovecharon los resultados previos de Akasaki y Amano para desarrollar una técnica de dopado del GaN con Zn (material p) y Mg (material n) para dar lugar a uniones (diodos) pn que emiten luz.

Dibujo20141007 historical evolution of commeercial leds - nobelprize org

El camino estaba abierto y los avances fueron muy rápidos. Los primeros diodos con esta tecnología son de 1992 y los primeros LED azules vieron la luz, valga la redundancia, en 1995, gracias al uso de heteroestructuras y pozos cuánticos (Isamu Akasaki et al., “Stimulated Emission by Current Injection from an AlGaN/GaN/GaInN Quantum Well Device,” Japanese Journal of Applied Physics Volume 34: L1517, 1995). El objetivo se centró en lograr la máxima eficiencia. Hoy en día ya hay hasta LED “blancos” (que combinan emisión en el rojo, verde y azul en el mismo dispositivo).

Los LED blancos han revolucionado la iluminación gracias a que ahorran hasta un 30% en la electricidad consumida. Hoy en día tenemos LED de GaN que emiten en azul en teléfonos móviles, tablets, ordenadores portátiles, monitores de ordenador, pantallas de televisión, etc. Verlos por doquier nos hace olvidar que hubo un tiempo en el que los LED azules parecían una utopía. Nos hace olvidar que se necesitaron décadas de investigación fundamental y aplicada. Repito, en mi opinión, este Premio Nobel de Física 2014 recoge perfectamente el espíritu original de Alfred Nobel.

1 comentario

Archivado bajo Libros de Física

Una respuesta a “Nobel Física 2014: Akasaki, Amano y Nakamura por el diodo azul

  1. wernercardenas

    Para quienes NO saben leer, les recuerdo que al inicio de este post menciono quien es el autor del artículo, jamás dije que era de mi autoría.

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