Nobelpreis für Physik 2014

Der Nobelpreis für Physik 2014 geht an Isamu Akasaki von der Meijo Universität sowie der Universität Nagoya in Japan, an Hiroshi Amano von der Universität Nagoya und an Shuji Nakamura von der University of California in Santa Barbara für die „Erfindung effizienter blauer LEDs, die den Weg zu energiesparenden weißen Lichtquellen ebneten“.

Indem man Leuchtdioden mit drei verschiedenen Farben – rot, grün und blau – gleichzeitig betreibt oder eine blaue LED mit einem photolumineszierenden Material kombiniert, lässt sich weißes Licht erzeugen. Während es rote und grüne Leuchtdioden bereits seit fast fünfzig Jahren gibt, erstrahlten blaue Leuchtdioden jedoch erst zu Beginn der 1990er-Jahre. LEDs bestehen aus mehreren dünnen Halbleiterschichten, an die eine kleine Spannung angelegt wird. Infolgedessen wandern Elektronen von der Kathode in Richtung der Anode, gleichzeitig werden positive Ladungsträger – sogenannte Löcher – von der Anode in Richtung der Kathode transportiert. Treffen in der Mitte ein Loch und ein Elektron zusammen, wird Energie in Form von Licht freigesetzt. Die Wellenlänge hängt dabei vom verwendeten Halbleitermaterial ab.

Funktionsweise und Aufbau blauer LEDs

Für ihre blauen LEDs wählten Akasaki, Amano und Nakamura den Halbleiter Galliumnitrid. Eine besondere Herausforderung bestand darin, dieses Material in ausreichend hoher Qualität herzustellen. 1986 gelang es Akasaki und Amano erstmals einen hochwertigen Galliumnitridkristall zu produzieren. Auch die nötige Dotierung, also das Einbringen von Fremdatomen in den Kristall, gelang den beiden Wissenschaftlern wenige Jahre später. 1992 präsentieren sie ihre Leuchtdiode, die hell und vor allem blau leuchtete. Nahezu zeitgleich erreichte auch Nakamura dieses Ziel, ebenfalls mit Galliumnitrid, allerdings setzte er andere Verfahren ein.

„Glühbirnen beleuchteten das 20. Jahrhundert, das 21. Jahrhundert wird von LEDs beleuchtet werden“, so das Nobelkomitee. Mit der Entscheidung für ein sehr anwendungsnahes und technisch relevantes Gebiet folgt das Nobelkomitee sehr eng der Vorgabe des Stifters Alfred Nobel, dass Erfindungen und Entdeckungen mit einem großen Nutzen für die Menschheit ausgezeichnet werden sollen. Wegen ihres geringen Energiebedarfs könnten LEDs beispielsweise in Regionen eingesetzt werden, die nicht an ein Stromnetz angeschlossen sind, denn bereits günstige Solarzellen würden genügend Energie liefern. Zudem ließe sich verunreinigtes Wasser mithilfe von ultravioletten LEDs – Nachfolgern der blauen LEDs – sterilisieren.