为历史工程师小尼克·霍洛尼亚克点亮LED灯。

第一个可见光谱LED的发明者小尼克·霍洛尼亚克于9月18日去世，享年93岁，在半导体器件、等离子体科学、光子学和光电子领域留下了丰富的研究成果。

LED无处不在，很难想象一个没有LED的世界。通过调暗的电灯开关创造气氛，享受DVD激光二极管、液晶电视播放的我们最喜欢的音乐，以及拥有超快的光纤互联网，这些都是Holonyak的LED技术带来的现代便利。

 

伊利诺伊大学导师

Holonyak在2013年退休前的最后几年担任伊利诺伊大学电气、计算机工程和物理荣誉退休主席John Bardeen。

 

2012年，在LED成立50周年之际，担任导师的小尼克·霍洛尼亚克与伊利诺伊大学的一名学生交谈。图片由L.Brian Stauffer通过伊利诺伊大学提供

 

在这个及时的时刻，我们还记得尼克·霍洛尼亚克（Nick Holonyak）对三组分砷化镓（Gallium Arsenide Phosphide）合金的固执而聪明的研究是如何照亮二极管的，直到1962年10月9日，该二极管都是基于红外辐射的，超出了人类视力的感知范围。

小尼克·霍洛尼亚克1928年出生于伊利诺伊州的齐格勒。他的父亲是一名煤矿工人，是一名东欧移民，来自今天的乌克兰。起初，Holonyak走上了自己的家庭道路，开始以铁路工人的身份赚取工资。

但他有能力自己制造任何工具，所以他抓住了机会；他用在铁路上当体力劳动者三年的积蓄在附近的一所大学学习电气工程。他在电子方面表现出色，后来进入伊利诺伊大学（UI），在那里他获得了全部三个学位：学士学位（1950年）、硕士学位（1951年）和博士学位（1954年）。

 

John Bardeen指导

在大学里，他有幸遇到了约翰·巴丁，他是唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的工程师，一次是因为晶体管的发明，第二次是因为微观导电理论。Holonyak是Bargen的第一个研究生，并与他合作，直到他于1991年去世。

1963年，Holonyak成为伊利诺伊大学的教授，在那里工作了50年。作为一名教授、研究员和导师，他不知疲倦，与同事们一起做出了许多贡献。

 

量子阱激光器和晶体管激光器

用于材料加工、医疗、诊断设备和激光打印的量子阱激光器是Holonyak和他的学生们的联合项目。

 

量子阱激光二极管的简单演示。图片由Wikimedia Commons提供

 

Holonyak还在GaAs（砷化镓）芯片中通过“弯曲光”实现了光学数据传输。

Holonyak与伊利诺伊州教授Milton Feng一起发明了晶体管激光器，这是一种特殊类型的三端光子晶体管，具有电和光输出信号。这项工作在一篇命名方便的论文《晶体管转变为激光》中向公众介绍。

 

Milton Feng（左）和Nick Holonyak（右）经常合作。图片使用由伊利诺伊大学提供

 

在通用电气的职业生涯早期，他制造了第一个硅隧道二极管，并研究了光子辅助隧道。

 

第一个红色LED

本月是红色发光二极管（LED）问世60周年，它为目前用于家庭照明、医疗设备和消费电子产品的全光谱灯和激光器铺平了道路。霍洛尼亚克一开始就在那里。

从伊利诺伊大学毕业后的一年里，Holonyak在贝尔电话实验室工作。1955年至1957年，他在美国陆军通信兵部队服役。他在通用电气公司做了最重要的工作，在雪城的通用电气高级半导体实验室，当时该实验室在光电子研究方面投入了大量资金。

除了Holonyak，Robert Noel Hall还在GE Schenectady实验室研究LED，尽管他使用了不同的方法（抛光）和材料（GaAs），这最终使他成功地操作了第一台红外半导体激光器。

在某种程度上，他成功击败了Holonyak，这一成就得到了这位LED发明家的认可。这是怎么发生的？霍尔在Holonyak之前成功地创造了激光腔。

激光腔是材料上的一个区域，它是光波来回传播并产生额外辐射的通道。霍尔没有像Holonyak那样使用解理，而是抛光了GaAs晶体的相对面。然而，Holonyak被公认为LED的发明者，因为他是第一个将激光放入可见光谱的人。

 

三元GaAsP合金

Holonyak与其他化学家意见相左，决定通过在GaAs二极管中添加第三种元素磷来照明GaAs二极管，从而开发出三元素晶体合金砷化镓磷化物（GaAsP）。

那些反对他的努力的人认为，合金是不稳定的，不能产生相干光。但他坚持自己的观点。他的信念背后的想法源于他对电子在被电荷激发时从离原子核更远的轨道跳到离原子核更近的无电子轨道的能力的理解。

 

用于产生不同颜色的半导体材料的组合。图片由Learn About Electronics提供

 

除了借鉴霍尔的一些方法外，Holonyak还认为LED激光器的其他方面是团队合作的产物。

他谈到了Maiman对红宝石棒激光器的研究以及IBM的J.C.Marinace的重要性，后者使用加热的碘化物气体将锗从热的地方输送到管中较冷的地方，并将其沉积在锗籽晶上。Holonyak通过使用加热的氯气复制了这一过程。
 

“合金之路”-LED合金的演变。图片由施普林格提供

 

他最初制造的LED是一个微小的二极管，可以产生微弱的红光。研究人员又花了几年时间探索替代材料，并添加蓝光和绿光，以便产生全光谱的白光。

与最初的LED不同，如今的LED根据应用的不同，有多种形状。LED灯通常是由半导体材料制成的小型二极管，该半导体材料在高压室中生长以生产晶锭。然后将铸锭切割成晶片，进行纯化，并用掺杂剂进行改进，以产生各种光。金属接线和塑料包装在最后。

 

称为液相外延的工艺用于在晶片表面添加额外的晶体层。图片由How Products Are Made提供

 

Nick Holonyak因其在学术和研究领域的杰出成就而获得了一长串奖项和头衔，包括IEEE爱迪生奖章、国家科学奖章、日本奖、IEEE第三届千年奖章、IEEE荣誉奖章（2003年）和Lemelson MIT奖（2004年）。

Holonyak曾是美国国家科学院（NAS）、美国国家工程院（NAE）的成员、美国艺术与科学院的研究员、美国物理学会（APS）的研究员、俄罗斯科学院（RAS）的外国成员以及电气与电子工程师学会（IEEE）的终身成员。

 

主要图片由伊利诺伊大学新闻局提供