Shūji Nakamura (中村 修二, Nakamura Shūji; nacido el 22 de mayo de 1954) es un ingeniero electrónico, científico de materiales e inventor de origen japonés, nacionalizado estadounidense. Es conocido principalmente por sus contribuciones decisivas al desarrollo de los diodos emisores de luz (LED) azules de alta eficiencia basados en nitruro de galio (GaN) y nitruro de indio y galio (InGaN), así como por sus investigaciones sobre láseres semiconductores de corta longitud de onda.
En 2014 recibió el Premio Nobel de Física, compartido con Isamu Akasaki y Hiroshi Amano, «por la invención de eficientes diodos de emisión de luz azules, que han hecho posibles las fuentes de luz blanca brillantes y de bajo consumo».
Nakamura es profesor de Materiales e Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB), donde dirige la investigación del Solid State Lighting & Energy Electronics Center.
Nakamura nació el 22 de mayo de 1954 en Ehime, en la isla de Shikoku, Japón. El premio Nobel sitúa su nacimiento en Oku, una pequeña localidad pesquera de la costa del Pacífico de Shikoku. La localidad pertenecía al antiguo municipio de Seto; posteriormente, Seto pasó a formar parte del actual municipio de Ikata.
Estudió Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Tokushima, donde obtuvo el título de grado en 1977 y el de maestría en 1979. En 1994 obtuvo en la misma universidad el doctorado en Ingeniería Eléctrica, mediante una tesis doctoral basada en publicaciones científicas.
Después de obtener la maestría, Nakamura ingresó en abril de 1979 en la empresa japonesa Nichia Chemical Industries Ltd. —actualmente Nichia Corporation—, con sede en Tokushima. En aquel momento Nichia era una empresa relativamente pequeña dedicada principalmente a la fabricación de materiales luminiscentes para tubos de televisión en color y lámparas fluorescentes.
Inicialmente trabajó en el desarrollo y purificación de materiales basados en galio y posteriormente investigó semiconductores como el fosfuro de galio (GaP). La empresa le encargó desarrollar nuevos productos y le proporcionó recursos considerables para construir instalaciones y equipos destinados al crecimiento de cristales semiconductores.
Uno de los problemas tecnológicos fundamentales era dominar la técnica denominada deposición química de vapor metalorgánica (MOCVD, Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), utilizada para fabricar capas cristalinas de alta calidad necesarias en dispositivos semiconductores.
Estancia en Estados Unidos y aprendizaje de MOCVD
En 1988, mientras trabajaba en Nichia, Nakamura fue enviado durante aproximadamente un año a la Universidad de Florida, en Gainesville, Florida, Estados Unidos, como investigador visitante asociado (guest research associate).
La estancia estuvo relacionada con el aprendizaje de la técnica MOCVD. El profesor Shiro Sakai, especialista en esta tecnología y antiguo conocido de Nakamura de la Universidad de Tokushima, se encontraba realizando una estancia académica en la Universidad de Florida. Sakai recomendó que Nichia enviara a Nakamura a Estados Unidos durante un año para aprender la técnica.
Una característica especialmente importante de aquella estancia fue que el sistema MOCVD del laboratorio todavía tenía que ser ensamblado y puesto en funcionamiento. Nakamura adquirió así experiencia práctica en el montaje, modificación y operación del equipo de crecimiento cristalino. Esta experiencia resultó fundamental cuando regresó a Japón y comenzó a desarrollar y modificar equipos para su propio laboratorio en Nichia.
Nakamura regresó a Nichia en marzo de 1989. Durante su estancia en Estados Unidos había encargado un equipo MOCVD que posteriormente utilizó en Japón para continuar sus investigaciones.
Investigación sobre el nitruro de galio
En 1989 Nakamura comenzó a investigar sistemáticamente el uso de materiales basados en nitruros del grupo III para desarrollar LED azules.
El nitruro de galio (GaN) era considerado uno de los materiales más prometedores para producir luz azul, pero su utilización práctica presentaba graves dificultades. Era complicado obtener cristales de suficiente calidad y, además, era difícil fabricar GaN de tipo p, necesario para construir una unión p-n.
Akasaki y Amano habían conseguido anteriormente mejoras fundamentales en la calidad del GaN utilizando capas amortiguadoras y habían demostrado la posibilidad de obtener GaN de tipo p mediante irradiación con electrones. Nakamura desarrolló soluciones diferentes que permitieron hacer avanzar la tecnología hacia dispositivos prácticos y procesos de fabricación más adecuados para la producción.
En 1990 Nakamura desarrolló un nuevo sistema MOCVD para el crecimiento de GaN, denominado Two-Flow MOCVD (MOCVD de doble flujo). El sistema mejoró considerablemente la calidad de las capas cristalinas obtenidas y se convirtió en una de las contribuciones fundamentales de su trabajo con materiales basados en GaN.