与诺贝尔奖擦身而过的Nick Holonyak

任教于美国伊利诺伊大学香槟(Champion)校区电机系的Nick Holonyak Jr.教授，于2022年9月过世，享寿93岁。Holonyak在半导体光电领域，有着超过半个世纪的杰出贡献。在LED以及雷射二极管的原创上，更两度与诺贝尔物理奖插身而过。

诺贝尔委员会于2000年将其中一个物理奖颁给俄罗斯的科学家Zhores Alferov，表彰其在半导体雷射上的发明与贡献。

Alferov于1960年代末期，第一位利用化合物半导体的异质结构，制作出能在室温下连续操作的半导体雷射。但是Alferov所使用的是砷化铝镓(AlGaAs)材料系统，由电转换为光的效率不佳，得要注入极高的电流密度才能让光起振，所以只能维持极短的时间，不具有实用价值。

Holonyak团队于1970年代做了很大的改良。首先使用量子井(quantum well)结构将电能转换为光，同时在磊晶上采用四元InGaAsP化合物半导体，大幅地下降雷射光起振的电流，使得半导体雷射能够长时间连续的操作，完成商品化的最重要一里路。

由于Holonyak的贡献，光纤通讯、海底光缆、光信息储存，乃至于网际网络才得以蓬勃的发展。当然诺贝尔委员会重视原创的发明，学术界虽对人选有不同的看法，但也只能尊重。

到了2014年诺贝尔委员会将物理奖颁给3位日本科学家，表彰其在蓝光LED的发明及贡献。

蓝光LED最大的贡献在于，是与黄色的萤光粉结合产生白光，取代自爱迪生以来的白炽灯泡，成就现在主流的固态照明。但是LED的原创，却是Holonyak在1962年于通用电器(GE)所发明的红光LED。此奖项一宣布，各方不同的意见蜂拥而至，诺贝尔委员会也被迫做公开的说明。

Holonyak于伊利诺伊大学拿到博士学位后，先在通用电器工作。当时只有利用GaAs材料的红外线二极管，以及利用磷化镓(GaP)材料但效率极低的可见光二极管。Holonyak却思考将这2种材料结合成磷砷化镓(GaAsP)，尝试做出可见光的高效率二极管，也就是LED。

同仁皆认为Holonyak疯了，尤其是化学家更不相信一位物理学家，有能力合成出此三元的GaAsP化合物，但是Holonyak做到了，而红光LED至今仍在使用这个材料系统。

Holonyak还有很多的发明，至今都还被广泛使用在光电元件的制作上，比如说利用铝的湿式氧化所形成埋入绝缘层，至今仍是制作面射型雷射(VCSEL)的重要步骤。

Holonyak所服务的伊利诺伊大学，这几十年在半导体领域的研究，一直是执学术界的牛耳，一个在美国中西部一望无际玉米田中的学校是如何做到的？这一切得从Holonyak的指导教授John Bardeen说起。

Bardeen于1947年，与另外2位贝尔实验室(Bell Labs)科学家共同发明晶体管，在1951年受聘于伊利诺伊大学的物理系及电机系，而Holonyak是其在电机系所收的第一位学生。Bardeen在伊利诺伊大学发展出超导体的BCS理论，是目前唯一得过2次诺贝尔物理奖的学者，分别是1956年的晶体管及1972年得超导理论。Holonyak因为在通用电气有杰出的表现，被Bardeen教授延揽回电机系任教。

Holonyak所收的第一个研究生是Greg Stillman，毕业后也是因为在外研究机构的杰出表现，延揽回母系任教。更有趣的是，Stillman教授的第一个研究生冯明(Milton Feng)，同样因为优异的表现，回到母校任教。这是个严谨且能融入团队合作的选才方式，每位加入的新成员都至少在外超过10年历练，可带回母系新的研究领域，并与原有的基础相结合。

冯明与Holonyak这2位教授共同发明的高速晶体管雷射，乃这类结合的最佳典范。此外再加上其他学术机构所训练出来的学者，包括在台湾完成大学学业的的郑克勇及谢光前等2位教授，共同造就伊利诺伊大学在半导体领域不朽的基业。

我因为与冯明教授熟识，于十多年前访问过伊利诺伊大学，冯教授亦来自于台湾，于高中时期就出国了。

在那次的行程，冯教授特别带我去拜会Holonyak，并一起喝咖啡。Holonyak一如所传说的，很少待在自己的研究室而是与学生们在研究室比邻而坐，因为Holonyak需要随时知道在实验室所发生的事。Holonyak每天都是搭最早的一班公车，拎着午餐盒到实验室。在交谈过程中，因为Stillman已先过世，Holonyak还提到每天仍会想念Stillman，可见其师徒感情之深。

在离开香槟城的飞机上，往下看是绵延不绝的玉米田。Bardeen、Holonyak及Stillman这3位教授都出生及成长于美国中西部，也可能是这片玉米田，得以让这3位杰出的学者，一脉相承，薪火相传。