當我們看向手機或電腦屏幕上五彩斑斕的顏色時，我們知道顯示屏上面的顏色是由一個個微小的像素點組成的，而每一個單獨的像素點又由光的三原色（R-紅、G-綠、B-藍）的LED燈珠組成。但你是否知道藍色LED的研發難住了當時最頂級的科學家與工程師。紅光LED最早由美國的電氣工程師尼克·霍爾尼（Nick Holonyak Jr.）在1962年發明，到了70年代，仙童半導體公司在新技術與新材料的加持下將LED的發光光譜擴展到橙光、黃光和綠光，但藍色LED卻始終無法突破，即使能發光也只有微弱的藍光，完全無法用於商業應用，直到1993年才被一位名不見經傳的日本工程師——中村修二打破，同時也讓赤崎勇、天野浩和中村修二獲得了2014年的諾貝爾物理學獎。
LED發光原理
發光二極管核心是二極管的空穴和電子在電壓作用下從電極流向PN結。當空穴和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光的形式釋放出能量。如下所示：
什麼決定了LED的發光顏色？
光的顏色由光子能量決定，而光子能量取決於半導體材料的能隙（Band Gap）：
能隙大→高能量光子（藍/紫光）
能隙小→低能量光子（紅/黃光）
從下表我們可以看到從紅色到紫外半導體材料的能隙越來越大，並且這也基本對應了LED研發的順序。
為什麼藍色LED難以製造？
1.材料選擇的挑戰
2.摻雜技術的瓶頸
p型摻雜的突破難題：
GaN天生傾向於n型導電（富電子），而LED需要p-n結髮光。直到1990年代，赤崎勇和天野浩團隊發現用鎂（Mg）摻雜並結合電子束激活，才能實現p型GaN，這一過程耗時多年。
3.短波長的物理限制
高能量需求：
藍光波長較短（~450納米），需要半導體材料的帶隙更寬（GaN的帶隙為3.4 eV）。大帶隙材料對純度、晶體質量要求極高，任何缺陷都會導致效率驟降。
4.技術積累的滯後
紅光LED（1960年代）和綠光LED（1970年代）的研發較早，而藍光LED直到1994年才由中村修二團隊（日亞化學）實現商業化。此前的幾十年中，科學家甚至認為GaN“不可能實用化”。
藍色LED的問世
3.1赤崎勇與天野浩的早期研究（1980年代）
日本名古屋大學的赤崎勇和天野浩團隊採用藍寶石（Al₂O₃）作為襯底，並通過低溫緩衝層技術（在藍寶石上先沉積一層AlN緩衝層）成功生長出高質量的GaN晶體。此外，他們發現鎂（Mg）摻雜結合電子束照射可以實現P型GaN，解決了PN結製備的關鍵問題。
3.2中村修二的商業化突破（1990年代）
在赤崎勇和天野浩的基礎上，當時在日亞化學（Nichia Corporation）工作的中村修二進一步優化了GaN生長工藝：
雙氣流MOCVD（金屬有機化學氣相沉積）：提高了GaN薄膜的質量和均勻性。
InGaN（銦氮化鎵）量子阱結構：通過調節In組分，實現了高效率藍光發射。
熱退火技術：大幅提升P型GaN的導電性。
1993年，中村修二成功研製出高亮度藍色LED，並於1994年實現商業化生產。這一突破使得白光LED（藍光LED+黃色熒光粉）成為可能，徹底改變了照明行業。
