青色LEDの材料はどこから？「もと」をたどったら、まさかの色の大地に着いた ｜逆再生ファクトリー #05
答え
- 青色LEDの光は、原子およそ20個ぶんの厚さの窒化ガリウムの層から出ています。
- ガリウムはアルミニウムのそっくりさんで、アルミの原料ボーキサイトから主に取れます。
- 赤い土1kgはチップ1万粒以上ぶんでも、取り出されたのは約4%（平均50ppmで計算）です。
ほかの言い方青色LEDの材料LEDは何からできているガリウムの原料窒化ガリウムの作り方
動画
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解説
動画の流れ
青色LEDの材料は、どこから来るのでしょうか。夜の街を飾る青い光の1粒から、チップ、結晶を育てる炉、金属ガリウム、アルミナ工場、海の道、赤い鉱山へと、時間を巻き戻してたどります。
道すじ
| 場所 | そこで何をしているか | 時代・年代 |
|---|---|---|
| 夜明け前の街 | 青色LEDが光っている | 現在 |
| チップを作る工場 | 丸いサファイアの板（ウェハー）を、0.3mm角ほどのチップに切り分ける（大きさは一例） | 現在 |
| 結晶を育てる炉 | 約1000℃のサファイアの上に、トリメチルガリウムとアンモニアで窒化ガリウムの層を育てる。光る層はインジウムを混ぜ、低めの温度で。1枚は原子およそ20個ぶんの厚さ | 高輝度の青色LEDの実用化は1993年（科学技術振興機構〔JST〕） |
| ガリウムの精製 | 99.99%のガリウムを、電子部品向けに高い純度へ。研究では、結晶にする方法などで99.99999%超まで（一例。工場の方法は会社ごとに違う） | 現在 |
| アルミナ工場（ガリウムを取り出す設備のある工場） | ボーキサイトを熱い強いアルカリの液（苛性ソーダ）にとかし、白いアルミナを取り出す。残った液から樹脂と電気分解でガリウムを取り出す | バイヤー法の大規模な生産は1890年代から（国際アルミニウム協会〔IAI〕） |
| 海の道（一例：ギニア → 中国） | 船でボーキサイトを運ぶ（約2万1000km・計算の目安） | 2024年、中国の輸入の約7割がギニアから |
| ギニアの鉱山（一例） | 露天掘りで赤いボーキサイトを掘る（赤くないボーキサイトもある） | 衛星写真は2026年1月 |
| 地下の、岩と赤い土のさかい目 | 熱帯の雨が岩の流れやすい物を運び去り、アルミニウム・鉄・ガリウムが残る | 大きな鉱床には、1000万年をこえる時間か、強い風化の時代の重なりが要ると考えられる |
道すじは一例です。ガリウムの多くはボーキサイトから取れますが、亜鉛の鉱石などから取れる物もあり、このLEDのガリウムがどこから来たかは分かりません。
数字の詳しさ：チップ1個のガリウムは約1.8µg（窒化ガリウムの厚さ4µmの場合。3〜8µmでは1.4〜3.7µg）。チップ1粒ぶんの赤い土は0.03〜0.07gです。計算の条件は、チップ0.3mm角・密度6.1g/cm³・平均50ppm・全部を取り出せたとして、です。取り出された割合は、平均を40〜80ppmと置くと2.5〜5.0%になります。
この回で分かる事
- 青色LEDの光は、窒化ガリウムにインジウムを混ぜた、原子およそ20個ぶんの厚さの層から出ていること
- ガリウムは周期表でアルミニウムのすぐ下の「そっくりさん」なので、アルミの原料のボーキサイトに入っており、アルミナ工場で取り出されていること（亜鉛の鉱石から取れる物もある）
- 赤い土1kgのガリウムは、計算上LEDチップ1万粒以上に入っている量だが、世界で掘ったボーキサイトのガリウムのうち取り出されたのは約4%（平均50ppmとして計算）であること
ショート
出典
動画とこのページで使った事実・数字の出どころです。
参考にした文献
- USGS Mineral Commodity Summaries 2025「Gallium」
- Siming Lu ほか「Research on the Source and Recovery Methods of Gallium」ICSOBA 2023
- 米国特許 US6533838B1（2003年）／Kefeng Pan ほか Materials 2018, 11, 2308
- ロイター（Baird Maritime 掲載、2025年7月1日）「Guinea bauxite shipments hit record on strong China demand」
- スミソニアン Human Origins「Homo sapiens」
- Semiconductor Engineering「Phosphors Turn Blue LED Lights White」（Katherine Derbyshire、2013年）
- Simon Cotton「Trimethylgallium」Molecule of the Month（2023年2月、ブリストル大学化学科のサイト）
リンク
- ノーベル財団「2014年ノーベル物理学賞」プレスリリース（2014年）nobelprize.org/prizes/physics/2014/press-release
- ノーベル財団 一般向け解説・詳しい解説（2014年）／天野浩・中村修二 ノーベル講演nobelprize.org/prizes/physics/2014/summary
- 科学技術振興機構（JST）「戦略的創造研究推進事業などの成果」jst.go.jp/seika/bt47-48.html
- Lai Wang ほか arXiv:1611.07972（市販の青色LEDチップの測定）arxiv.org/abs/1611.07972
- USGS Mineral Commodity Summaries 2026「Gallium」「Bauxite and Alumina」「Indium」「Nitrogen (Fixed)—Ammonia」pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2026/mcs2026-gallium.pdf
- Foley, Jaskula, Kimball, Schulte（2017）「Gallium」USGS Professional Paper 1802-Hpubs.usgs.gov/pp/1802/h/pp1802h.pdf
- 国際アルミニウム協会（IAI）「Sustainable Bauxite Residue Management Guidance」（2022年）ほかinternational-aluminium.org
声・音・絵
- 声：合成音声（語り手）
- BGM（OpenTracks）：「時計図書館」MATSU／「考え中」鷹尾まさき／「海底の神殿」KK
- 効果音：Freesound CC0／Kenney
