Fast wäre der Halbleiter-Forscher Shuji Nakamura Milliardär geworden – wenn auch nur in japanischer Währung. 60 Milliarden Yen, so hatte das Landgericht in Tokio Anfang 2004 entschieden, sollte die japanische Firma Nichia ihrem ehemaligen Angestellten zahlen. Diese Summe, umgerechnet immerhin rund 500 Millionen Euro, war als Kompensation für die bahnbrechenden Erfindungen gedacht, die der ausgebildete Elektroingenieur in den Neunzigerjahren bei Nichia machte. Ein Jahr später kassierte die nächste Instanz, das Oberlandesgericht in Tokio, das Aufsehen erregende Urteil und sprach dem enttäuschten Nakamura nur noch 840 Millionen Yen zu – umgerechnet 6,2 Millionen Dollar.
Beide Gerichtsurteile sind der vorläufige Höhepunkt einer beispiellosen Forscherkarriere, die voller Superlative steckt. Was sie so faszinierend macht, ist die schöne Geschichte vom unbeachteten Außenseiter, der sich gegen alle Widerstände durchsetzt. David schlägt Goliath – und das nicht nur einmal.
Im Alleingang schuf der Japaner Nakamura zwischen 1990 und 1995 die technologischen Grundlagen für blaue Leucht- und Laserdioden, aus denen sich inzwischen ein Milliardenmarkt entwickelt hat („Mit Blaulicht an die Spitze”, bdw 4/1998; „Mit Blaulicht zur weißen Revolution”, bdw 12/2005). Er düpierte dabei nicht nur die gut ausgestatteten Forscherteams großer internationaler Elektronik-Unternehmen wie Sony, Philips oder Hewlett-Packard. Er setzte sich auch über Traditionen und Regeln hinweg, die in japanischen Firmen als unantastbar gelten, und rüttelte an den Grundfesten der japanischen Konsensgesellschaft, in der der Einzelne eine untergeordnete Rolle spielt.
1979 hatte Nakamura bei Nichia begonnen. Die Firma stellte Leuchtmittel für Leuchtstoffröhren her, hatte etwa 200 Beschäftigte und erzielte einen jährlichen Umsatz von rund 30 Millionen Dollar. Nakamura war der einzige Forscher in dem mittelständischen Unternehmen. Er entwickelte zunächst Verfahren, um gängige Halbleitermaterialien herzustellen. „Die Produkte waren sehr gut”, erinnert er sich, „wirtschaftlich aber waren sie ein Misserfolg.” Der Grund: Auch andere, renommiertere Firmen stellten dieselben Materialien her – und die Kunden kauften lieber bei Unternehmen mit bekanntem Namen.
Wollte er Erfolg haben, so schloss der Forscher, musste er ein neuartiges Produkt entwickeln. Ende der Achtzigerjahre begann er sein Projekt Blaulichtdiode, wobei er bewusst das Material Galliumnitrid (GaN) wählte. Alle anderen Forscherteams weltweit, die dem blauen Licht hinterher jagten, setzten dagegen auf Zinkselenid. Galliumnitrid hatten sie als „zu schwierig” abgeschrieben. 1993 hatte Nakamura seine erste blaue Leuchtdiode auf GaN-Basis. 1995 brachte Nichia grüne und weiße Leuchtdioden auf den Markt. Ein Jahr später folgte der weltweit erste Prototyp einer violetten Laserdiode. Solche Laserdioden – Leistung: 5 Milliwatt – vertreibt Nichia seit 1999.
Heute beherrscht Nichia auf der Grundlage von Nakamuras Erfindungen den weltweiten Markt für Leucht- und Laserdioden aus Galliumnitrid. Das Unternehmen hat inzwischen rund 3500 Beschäftige – und seinen Umsatz auf 2,1 Milliarden Dollar pro Jahr versiebzigfacht! Der Gewinn betrug 2004 fast eine Milliarde Dollar. Für seine Leistung erhielt Nakamura eine Prämie von 20 000 Yen – gerade mal etwa 200 Dollar. Ende 1999 kündigte er bei Nichia und trat eine Professur an der University of California in Santa Barbara an.
„20 Jahre war ich gegenüber Nichia loyal”, sagt Nakamura. „ Herausgekommen bin ich mit nichts.” Für viele Japaner galt Nakamura nach seinem Wechsel zu einer amerikanischen Universität als Verräter. In Japan bleibt man, auch als Forscher, sein Leben lang bei einem Unternehmen. Man wechselt nicht, weder ins Ausland noch innerhalb Japans: „Niemals hat mir eine andere japanische Firma oder eine japanische Universität eine Stellung angeboten”, klagt Nakamura.
Fachleute schätzen, dass Unternehmen und Universitäten weltweit insgesamt rund eine Milliarde Dollar in die Erforschung von Blaulichtdioden gesteckt haben. Nakamura standen dafür nur drei Millionen Dollar zur Verfügung. Dazu kam noch ein Jahr Forschung an einer Universität in Florida, wo er sich das technologische Know-how zur Herstellung von Galliumnitrid-Schichten verschaffte.
Sein Gehalt war niedrig, verglichen mit dem, was ein amerikanischer Industrieforscher erhielt – seine Arbeitszeit dagegen lang. Er verbrachte 16 Stunden täglich im Labor, gönnte sich kein freies Wochenende, hatte keinen Urlaub. In den Augen seiner amerikanischen Kollegen galt er als „Forschungssklave” seiner Firma. Von ihnen erfuhr er, wie wichtig Doktortitel und Publikationen für einen Wissenschaftler sind. Er veröffentlichte daher zahlreiche Artikel (bis heute über 200), obwohl Nichias Geschäftsleitung ihm das Publizieren ausdrücklich untersagt hatte. Das Unternehmen wollte die neuen Leuchtdioden lieber im Stillen entwickeln.
Nakamura war es auch, der für die sorgfältige Patentierung seiner Erfindungen sorgte. Zuvor hatte Nichia darauf vertraut, eigene Entwicklungen als „internes Know-how” zu schützen. In Japan beantragte Nakamura 80 Patente für die blaue LED und die violette Laserdiode. Für die USA wurden diese zu 15 Patenten zusammengefasst. 5 in den USA und 20 in Japan gewährte Patente decken grundlegende Technologien ab. „Jede Art von blauer LED oder violetter Laserdiode würde diese Patente verletzen”, meinte Nakamura, nachdem er Nichia verlassen hatte.
Mit diesen Patenten beherrschte Nichia den Markt und versperrte anderen Unternehmen den Zugang. Lizenzen vergab die Firma nicht. Wer sich trotzdem an die Arbeit machte, wurde verklagt. „Es war hart, unseren eigenen blauen Laser zu entwickeln, weil wir immer um Nichias Patente herum arbeiten mussten”, beklagte sich Forscher Kazuhisa Yamamoto, der 2002 bei Matsushita nach 14 Jahren Entwicklung endlich einen Blaulichtlaser präsentieren konnte. Nach seinem Wechsel in die USA bedauerte Nakamura die Patentsituation. „Ich hatte nie daran gedacht, Nichia zu verlassen und mich daher bemüht, die Patente so wasserdicht wie möglich zu machen. Jetzt sehe ich, wie schwer es ist, diese Patente zu umgehen.” Nakamura wurde ein Opfer seiner eigenen Bemühungen. Als er Nichia verlassen wollte, hatte er Angebote von zwölf Universitäten – zehn davon aus den USA – in der Tasche. Fünf bekannte amerikanische Unternehmen lockten ihn mit einem Jahresgehalt von mehreren Millionen Dollar und großen Paketen von Aktienoptionen.
Nakamura war entschlossen, in die Industrie zu gehen, bis ihm seine Verhandlungspartner an Universitäten klar machten, dass er dort nicht frei und selbstständig würde forschen können. „Eine Firma hätte von mir verlangt, an GaN-Leucht- und Laserdioden zu arbeiten”, sagt er. „Das hätte mir Gerichtsverfahren wegen Patentverletzungen und Verrat von Betriebsgeheimnissen eingebracht.” Deshalb wurde er Universitätsprofessor. Zudem ist er wissenschaftlicher Berater bei Cree, einem amerikanischen Elektronik-Unternehmen. Crees Forscher haben inzwischen die höchsten Effizienzwerte bei weißen LEDs erreicht. Wie groß Nakamuras Anteil daran ist, verrät der Forscher allerdings nicht.
Als Nakamura noch bei Nichia arbeitete, war er, trotz der Erfolge, in seiner Heimat weitgehend unbekannt. Erst seine „ unjapanische” Kündigung bei Nichia und sein Wechsel nach Santa Barbara machten ihn einer breiteren Öffentlichkeit bekannt. Richtig populär wurde er durch die gerichtliche Auseinandersetzung mit seinem alten Arbeitgeber. Den Streit angezettelt hatte Nichias Geschäftsführer, der den Forscher wegen des angeblichen Verrats von Betriebsgeheimnissen vor einem US-Gericht anklagte. Nakamura antwortete mit einer Klage auf Kompensationszahlungen für seine Erfindungen vor dem Landgericht in Tokio. Er stützte sich dabei auf das japanische Patentgesetz.
Danach gehört dem Angestellten einer Firma ein Patent, das er während seiner Tätigkeit bei dem Unternehmen eingereicht hat. Allerdings hat auch die Firma Rechte, um die Erfindung zu nutzen.
In Japan wird die Höhe der Entschädigung für einen Erfinder aus dem „Extragewinn” berechnet, der der Firma aus der Erfindung zufließt. In Präzedenzfällen hatte das Gericht den Anteil der Firma an einer Erfindung mit 95 Prozent festgelegt – dem Forscher bleiben somit 5 Prozent des Extraprofits. In Nakamuras Fall schätzte das Gericht, dass seine Entwicklung der blauen LED dem Unternehmen 1,2 Milliarden Dollar Gewinn eingebracht hatte. 5 Prozent davon wären 60 Millionen Dollar – ein hübsches Sümmchen. Das Tokioter Landesgericht setzte allerdings Nakamuras Anteil an den Erfindungen mit 50 Prozent an und sprach ihm die enorme Entschädigungssumme von 600 Millionen Dollar zu. Der Forscher habe die Summe verdient, so begründete der Richter das Urteil, weil es sich „bei der Erfindung um ein extrem seltenes Beispiel einer Erfindung von Weltrang handelt, die der Urheber aufgrund seiner individuellen Fähigkeiten und einzigartigen Ideen in der dürftigen Forschungsumgebung eines kleinen Unternehmens erreicht hat.”
Natürlich ging Nichia nach diesem Urteil in Revision. Ein Jahr später, im Januar 2005, verkündete das Oberlandesgericht in Tokio, dass sich beide Parteien auf einen Vergleich geeinigt hätten. Nichia erklärte sich bereit, an Nakamura acht Millionen Dollar zu zahlen. Nicht nur Nakamuras ehemaliger Arbeitgeber war damit zufrieden. Auch Japans Firmenvorstände zeigten sich erleichtert. Die ursprünglich angesetzte Summe, so ihre Sorge, hätte in ihrer Höhe das japanische Wirtschaftsklima erheblich gestört. Nakamura war natürlich nicht zufrieden. „Ein Baseball-Profi verdient sechs Millionen Dollar im Jahr. So viel erhalte ich für eine 20-jährige Forscherkarriere”, beklagte er sich.
Ein Trost bleibt ihm: Mit seiner Klage hat er die japanische Industrieforschung kräftig aufgemischt. „Nach dem Urteil haben viele japanische Unternehmen ihre Regelungen in Bezug auf Erfindungen geändert”, berichtet der Forscher. Erfinder haben nun die Aussicht auf erheblich höhere Vergütungen als früher. „ Nakamuras Vorgehen, schrieb ein japanischer Kommentator, werde als heroischer Kampf eines Einzelnen gegen eine Gesellschaft angesehen, die selbst hochtalentierte Wissenschaftler am liebsten versteckt.
Der „Held Nakamura” ist in Japan zu einem Symbol für einen tiefen Wandel in Industrie und Forschung geworden. Bislang hat die japanische Industrie es glänzend verstanden, vorhandene – zumeist in anderen Ländern erfundene – Technologien in hervorragende Gebrauchsgüter für einen Massenmarkt umzuwandeln. Doch inzwischen werden solche Massenprodukte zunehmend in anderen Ländern Asiens gefertigt.
Japan muss sich deshalb auf hochwertige Forschung und Entwicklung konzentrieren. Das aber, hieß es in einer japanischen Zeitung, verlangt „Angestellte mit großen Ideen, schöpferischer Begeisterung und kritischem Verstand”. Hätte es keinen Shuji Nakamura gegeben, der die blaue Leuchtdiode erfand, schrieb der Kommentator, hätte auch der Gewinn von 120 Billionen Yen nie existiert. Das sind ganz neue Töne in einem Land, in dem sich der Beitrag des Einzelnen bislang stets der Leistung der Gruppe unterzuordnen hatte. ■
Heinz Horeis ist fasziniert von der rasanten Entwicklung der Leucht- und Laserdioden – und bringt die bdw-Leser immer wieder auf den neuesten Stand.
Heinz Horeis
COMMUNITY Internet
Homepage von Shuji Nakamura an der University of California in Santa Barbara:
www.materials.ucsb.edu/links/ profnakamura/
Deutschsprachige Homepage der Nichia Corporation:
www.nichia.com/de/about_nichia/ index.html
Hintergrundinformationen über blaue Leucht- und Laserdioden (auf Englisch):
www.eurotechnology.com/bluelaser/ index.html
Lesen
Mit Blaulicht an die Spitze
bild der wissenschaft 4/1998, ab Seite 32
Mit Blaulicht zur weissen Revolution
bild der wissenschaft 12/2005, ab Seite 90
„Freiheit ist das Wichtigste für einen wissenschaftler”
bild der wissenschaft: Herr Nakamura, Sie haben Ihren langjährigen Arbeitgeber Nichia 1999 verlassen und sind an die University of California in Santa Barbara gegangen. Sie haben damit von der Industrie zur Universität gewechselt. Welche Art von Forschung ziehen Sie vor?
Nakamura: Die Universität. Hier habe ich viel Freiheit – und Freiheit ist das Wichtigste für einen Wissenschaftler. In großen Unternehmen muss man sich mit Vorgesetzten und einer starken Bürokratie herumschlagen. Bei Nichia hatte ich nie das Gefühl von Freiheit, wie ich es an der Universität erfahre.
bdw: Heute können Sie Ihre Forschung selbst bestimmen und organisieren?
Nakamura: Bei Nichia war meine Stellung sicher, solange die Firma Gewinn machte. Diese Sicherheit ist an der Universität nicht garantiert. Ich muss mir fortwährend überlegen, wie ich das Geld für meine Projekte beschaffe und wie ich die Forschung organisiere und leite. Es ist wie in einem kleinen Betrieb: viel harte Arbeit. Aber es lohnt sich, wenn man die Freiheit besitzt.
bdw: Als Sie in die USA gingen, haben Sie das japanische System als „kommunistisches System” bezeichnet. Sehen Sie das heute noch genauso?
Nakamura: Ja. Japan ist heute noch kommunistischer als damals – ohne Zweifel. Im Jahr 2000 verklagte Nichia mich in den USA, weil ich angeblich Geheimnisse verraten hätte. Als Antwort habe ich in Japan Nichia darauf verklagt, mich für die Nutzung meiner Erfindungen zu entschädigen. Durch die zwei Prozesse erhielt ich einen guten Einblick in beide Rechtssysteme und kann sie vergleichen. Der große Unterschied ist, dass ein amerikanischer Richter entscheidet, indem er herauszufinden versucht, wer von beiden Parteien der „Gute” und wer der „Böse” ist. Einem japanischen Richter ist das egal. Er richtet danach, was gut für die Mehrheit ist. Der Gewinn einer Firma muss vielen zugute kommen, nicht nur einem einzelnen Menschen.
bdw: Vor fünf Jahren haben Sie gesagt, dass Sie sich zwar darauf freuen, an einer Universität zu forschen, nicht aber darüber, dass Sie auch lehren müssen. Wie ist Ihre Haltung zur Lehre heute?
Nakamura: Jetzt mag ich es (lacht). Zwar macht es viel Arbeit, doch ich selbst lerne auch viel dabei.
bdw: 1993 haben Sie die Halbleiterwelt mit der blauen Leuchtdiode überrascht. Seitdem hat sich das Gebiet enorm weiterentwickelt. Wo sehen Sie die wichtigsten neuen Trends?
Nakamura: Bei den weißen Laserdioden. Jedes Jahr hat sich die Effizienz der weißen Leuchtdioden drastisch erhöht, und in den kommenden Jahren sind weitere Fortschritte zu erwarten. Wir sind heute bei einer Lichtausbeute von 100 Lumen pro Watt. Herkömmliche Leuchtstoffröhren leisten etwa 80 Lumen pro Watt. Jeder, der an LEDs arbeitet, ist deshalb zuversichtlich, dass die weiße LED imstande ist, die konventionelle Beleuchtung zu ersetzen. Grundlegende wissenschaftlich-technische Probleme sehe ich nicht. Das einzige Problem sind – noch – die Kosten. Doch bei einer Massenproduktion werden auch diese sinken.
bdw: An welchen Zeitraum denken Sie?
Nakamura: Etwa zehn Jahre. Dann werden LEDs die herkömmlichen Leuchtkörper allmählich in großem Umfang ersetzen.
bdw: Was sind denn die künftigen Forschungsschwerpunkte?
Nakamura: Wir müssen den Wirkungsgrad der LEDs weiter verbessern. Da gibt es viele Wege, und auch wir in Santa Barbara arbeiten an neuartigen Designs. Die Laserdiode ist ein anderes aktuelles Forschungsgebiet. Derzeit kann nur Nichia verlässliche blaue Laserdioden herstellen. Hier sind noch einige technologische Hürden zu überwinden. Vor allem brauchen wir ein hochwertiges Galliumnitrid-Substrat. Bislang benutzen wir noch Saphir als Material, auf dem die dünnen Schichten der Diode aufgebracht werden. Das reicht für Leuchtdioden, nicht aber, um preisgünstige und zuverlässige Laserdioden zu fertigen. Ein hochwertiges GaN-Substrat – das ist zurzeit das große Thema in der Forschung.
bdw: Was waren Ihre wichtigsten Beiträge zur Entwicklung von Leucht- und Laserdioden?
Nakamura: Erstens die Entwicklung eines Reaktors, mit dem Nichia hochwertige GaN-Filme – und damit leuchtstarke blaue LEDs – herstellen konnte. Zweitens gelang mir als Erstem die p-Dotierung – das „Spicken” mit bestimmten Fremdatomen – von GaN mit einem neuen Verfahren, das heute alle Herstellerfirmen benutzen. Drittens war ich der Erste, der exzellente Dünnschichtfilme aus Indium-Galliumnitrid aufbringen konnte. Ein solcher Film bildet in Leucht- und Laserdioden die aktive Schicht, in der das Licht erzeugt wird. Durch Kombination dieser drei Erfindungen habe ich 1993 leuchtstarke blaue LEDs hergestellt. Grüne LEDs und die blaue Laserdiode folgten 1995.
bdw: Sie forschen nicht nur an der Universität, sondern arbeiten auch mit der US-Firma Cree zusammen. Die hat Anfang 2005 als Erste eine weiße Leuchtdiode mit 100 Lumen pro Watt gebaut. Waren Sie daran beteiligt?
Nakamura: Ja, als wissenschaftlicher Berater.
bdw: Weshalb sind Crees Forscher so gut? Liegt es daran, dass sie mit Substraten aus Siliziumkarbid arbeiten?
Nakamura: Ja. Sie sind die Einzigen, die dieses Substrat beherrschen. Alle anderen arbeiten mit Saphir.
bdw: Sie sind Honorarprofessor an der Universität Bremen. Wie kamen Sie dazu?
Nakamura: Über Detlef Hommel, der als Physikprofessor in Bremen sehr gute Forschung an Laserdioden macht. Ich habe ihn vor etwa zehn Jahren kennen gelernt, und seitdem sind wir gute Freunde. Seine und meine Gruppe arbeiten auf manchen Gebieten zusammen.
Das Gespräch führte Heinz Horeis
Ohne Titel
• Helle weiße Leuchtdioden werden bald auch Räume großflächig beleuchten.
• Shuji Nakamura beteiligt sich nach wie vor an der Weiterentwicklung „seiner” Technologie – nun jedoch in den USA. Von seiner Heimat Japan ist er enttäuscht.
