Dieses Phänomen entdeckte schon 1907 der Brite Henry Round an einem Siliziumkarbidkristall, der damals als Assistent des Radiopioniers Guglielmo Marconi arbeitete. Doch erst in den 1950er Jahren nahm das Forschungsgebiet an Fahrt auf, als Heinrich Welker in den Siemens-Schuckertwerken Halbleiter aus der III. Hauptgruppe des Periodensystems (Gallium, Bor und Erdmetalle) und der V. Gruppe (Stickstoff, Phosphor, Arsen usw.) entdeckte und untersuchte. Insbesondere die Materialkombination Galliumarsenid (GaAs) erwies sich als besonders geeignet für die Erzeugung von Licht.

Laden... © Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences (Ausschnitt) Im Herz der LED | Eine Leuchtdiode besteht aus mehreren Halbleiterschichten. Sobald eine elektrische Spannung an die Diode angelegt wird, wandern die negativen Elektronen von der n-Schicht und die positiven Löcher von der p-Seite in die aktive Zone. Treffen sie aufeinander, vereinigen sie sich und setzen Energie in Form von Licht frei. In einer blauen LED befinden sich zahlreiche Schichten aus Galliumnitrid (GaN). Mit Hilfe von Indium (In) und Aluminium (Al) lässt sich die Effektivität erhöhen.

In den 1960er Jahren wurden die ersten Infrarotlicht emittierenden GaAs-Leuchtdioden entwickelt. Es folgten rote und gelb-grüne LEDs. Doch die Erzeugung von blauem Licht wollte einfach nicht gelingen.

Akasaki und Amano arbeiteten an der Universität von Nagoya, während Nakamura bei einer kleinen Firma namens Nichia Chemicals angestellt war. Sie hatten sich auf den Halbleiter Galliumnitrid konzentriert, der hoffnungsvolle Eigenschaften besaß. Es kam zu einem Wettlauf mit anderen Forschern, doch niemandem gelang es, Kristalle aus diesem Material herzustellen. In Fachkreisen galt es bald als unmöglich, Galliumnitrid-Kristalle zu züchten.

In dieser Phase gingen die drei japanischen Forscher mit einer unkonventionellen Idee an das Problem heran. Sie verwendeten Saphir als Substrat und dampften Galliumnitrid auf diese Unterlage auf. Physiker nennen dies Epitaxieverfahren. "Eigentlich konnte das nach damaliger Lehrmeinung gar nicht funktionieren", sagt Detlef Klimm vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in Berlin. Saphir und Galliumnitrid unterscheiden sich zu stark in ihrem kristallinen Aufbau, so dass alle Experten meinten, auf diese Weise könne auf dem Saphir keine Galliumnitridschicht wachsen. "Die probierten es einfach aus und kamen in erstaunlich kurzer Zeit zu erstaunlich guten Ergebnissen", erinnert sich Klimm und resümiert: "Das war wirklich eine tolle Leistung."

Ab 1986 gelangen die ersten Versuche, Galliumnitrid-Kristalle epitaktisch herzustellen und 1992 präsentierten Akasaki and Amano die erste blaue LED. Nakamura ging einen technisch etwas anderen Weg, auf dem er etwa gleichzeitig zum Ziel gelangte. In den 1990er Jahren ging es dann vor allem darum, die Effizienz zu erhöhen, sprich den kleinen Halbleitern immer mehr Licht zu entlocken. Der nächste Schritt bestand dann in der Entwicklung von blauen Laserdioden. Weil blaues Licht eine kleinere Wellenlänge als rotes besitzt, lässt sich mit ihm Information auf kleinerem Raum schreiben und lesen. Heute lesen blaue Laserdioden Blu-Ray Disks aus und arbeiten in Laserdruckern.

Weiß dank Blau

Blaue Laserdioden haben aber vor allem den Weg freigemacht für weißes Licht. Das erreicht man zum Beispiel, indem man die drei Farben rot, grün und blau kombiniert. Warme und kalte Weißtöne werden heutzutage jedoch überwiegend auf andere Weise erzeugt: Das Licht einer blauen LED fällt auf ein Konvertermaterial, dass dadurch angeregt gelbes Licht aussendet. Die Überlagerung nehmen wir als weißes Licht wahr.