나카무라 슈지
나카무라 슈지(, 1954년 5월 22일 ~ )는 일본에서 태어난 미국 국적의 기술자, 전자공학자이다. 학위는 공학박사(도쿠시마 대학, 1994년)이며 2014년도 노벨 물리학상 수상자이다.
니치아 화학공업에서 근무할 당시에 실용적으로 제공하는 수준의 고휘도 청색 발광 다이오드를 발명·개발하여 니치아 화학공업의 청색 LED 제품화에 큰 기여를 하는 것과 동시에 아카사키 이사무, 아마노 히로시와 함께 2014년에 노벨 물리학상을 수상했다. 또한 청색 발광 다이오드 기술의 특허 대가를 요구한 일명 ‘404 특허’라는 법적 소송에서도 유명하다.
2000년에 캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스(UCSB) 재료물성공학과 교수로 부임했고 동 대학에서 고체 조명·에너지 전자공학센터 디렉터를 맡아 2007년에 세계 최초로 무극성 청색반도체 레이저 개발에 성공했다.
이 외에도 과학 기술 진흥 기구의 ‘ERATO 나카무라 불균일 결정 프로젝트’의 연구를 총괄하면서 도쿄 이과대학의 질화물 반도체에 의한 광촉매 디바이스의 개발에도 공헌했고 신슈 대학, 에히메 대학, 도쿄 농공대학 등에서 객원교수를 역임했다.
에히메현 니시우와 군 요쓰하마 촌 오쿠(후의 세토 정, 현재의 이카타 정)에서 태어났다. 어렸을 때는 바다와 산 등 자연속에서 노는 아이였다. 아버지가 시코쿠 전력에서 근무했고 아버지의 일 때문에 나카무라가 초등학교 2학년 때 오즈 시로 이사를 갔지만 그 곳에서도 등산을 즐겼다.
1967년에 오즈 시립 기타 초등학교를 졸업했고 그 다음에는 오즈 시립 오즈키타 중학교와 에히메 현립 오즈 고등학교에 진학했다. 특히 수학과 물리를 좋아했고 도화공작이나 미술은 자신있었다. 그러나 역사나 지리 등의 암기과목은 잘 하지 못했다.
중·고등학교 6년 간은 배구부에 들어가 활동했다. 중학교 시절에는 주장을 맡고 있던 형에 의해서 강제로 입단하게 되면서 고등학교 때는 친구가 권유한 것을 거절하기가 어려웠기 때문인지 배구를 좋아하는 것은 아니었다. 그러나 인터뷰에서는 “힘들 때에는 배구부에서 혹독하게 연습했던 때가 생각난다”라고 밝히면서 훗날 자신의 저서에서는 자신들의 방식을 연구하고 고민했던 것, 수험 공부에 전념하지 않고 동아리 활동을 계속한 덕분에 자립 정신이 길러졌다고 회고했다.
대학 진학에 있어서 나카무라는 이론 물리나 수학 쪽을 지망하고 있었지만 교사로서의 취직을 고려한 주변의 조언과 다시 생각한 후에 공학부를 선택하게 됐고 결국 도쿠시마 대학 공학부 전자공학과에 진학했다. 하숙을 하며 전공 관련 서적을 탐독하는 것과 동시에 철학 사색에도 시간을 할애했다. 또한 3학년 때는 훗날 아내가 된 교육학부의 동급생 여성과 만나면서 본격적인 교제를 시작했다.
대학 3학년 때는 당시 조교수였던 후쿠이 마스오의 고체 물성 수업에 재미를 느껴 나카무라는 재료 물성에 흥미를 갖게 됐다. 졸업 연구에서는 이 분야의 교수인 다다 오사무의 연구실에 소속돼 실험 장치를 직접 만드는 것을 중시하는 연구 스타일을 배우는 것과 동시에, 용접이나 선반 작업도 경험했다.
나카무라는 최상위 수준의 성적으로 학부를 졸업한 후 같은 대학의 대학원 공학연구과 석사 과정에 진학했다. 또한 대학원 진학에 있어서는 대학원에 박사 과정이 있는 교토 대학의 시험에도 응시했지만 1점 차로 불합격됐다. 대학원 1학년 때에 결혼했고 수료 시에는 아이도 있었다.
대학원 수료를 앞두고 마쓰시타 전기산업의 입사 시험에 응시했는데 성적은 학부·석사 모두 최상위 수준이었고 도쿠시마 대학 대학원의 추천도 있었으며 면접 때도 대답을 잘했지만 불합격됐다. 이에 대해 지도 교수인 다다 오사무로부터 졸업 연구 논문에 너무 이론적인 것을 썼기 때문이라는 지적을 받았고 나카무라 자신도 면접 때 재료 이외의 일은 하고 싶지 않다고 대답을 한 것이 원인이라고 분석했다. 그 후 나카무라는 교세라 입사 시험에 응시했는데 이때 당시 면접관은 창업자 이나모리 가즈오였으며 결국 입사 시험에 합격할 수 있었다. 하지만 가족의 양육 문제로 현지 도쿠시마 현에서의 취직을 희망했고 지도 교수인 다다 오사무의 알선으로 니치아 화학공업을 소개받았다. 채용시기가 마감돼 거절당할 뻔했지만 다행히 영어 성적이 좋아 채용됐다.
대학원 수료 후, 니치아 화학공업에 취직하여 개발과에 배속됐다. 현장의 엔지니어로부터 유리를 구부러지게 하는 방법 등을 배우면서 자신의 손으로 실험장치 등을 개조하는 작업을 했다. 이러한 경험이 CVD 장치의 개량에 활용되면서 훗날 발명으로 연결된다.
니치아 화학공업 시절에 상품화한 제품으로는 갈륨계 반도체 웨이퍼 등이 있었지만 브랜드력이나 인지도가 낮아서 팔리지 않았다. 그 시기에 나고야 대학의 아카사키 이사무 교수의 연구팀이 청색 발광 다이오드 실현에 절대 불가결한 고순도 질화갈륨(GAN)의 결정막을 세계 최초로 실현됐다는 공개된 논문을 입수하여 검증 실험을 반복했다. 기반이 되는 청색 발광 다이오드의 원리를 연구한 결과, 아직 실용화돼 있지 않은 것에 착수하고자 하여 청색 발광 다이오드 및 청색 반도체 레이저 연구에 대한 도전하겠다는 결심을 굳혔다. 청색 발광 다이오드의 개발을 오가와 노부오 사장에게 호소하여 중소기업으로서는 파격적인 액수에 해당되는 약 3억 엔의 개발비용 사용을 허가 받았다.
나카무라는 1988년 4월부터 1년 간 체류할 예정으로 미국의 플로리다 대학교로 유학을 갔다. MOCVD를 공부하는 것이 나카무라의 희망이었지만 니치아 화학공업으로서는 원래 도쿠시마 대학 조교수인 사카이 시로의 권유로 플로리다 대학교에 또 한 명의 사원을 파견할 계획이었다. 나카무라는 석사 수료에서 박사 학위를 갖고 있지 않았기 때문에 유학지에서 연구자로서의 본연의 모습을 보여주지 못한 데 따른 억울한 마음을 갖고 있어서 ‘빌어먹을’ 박사 학위 취득이나 논문 집필에 대한 의욕이 강했다.
1년 간의 미국 유학 생활을 마치고 일본에 귀국, 곧바로 니치아 화학공업에 복귀하여 2억 엔 정도로 하는 MOCVD 장치 개조에 착수했다. 회사의 명령을 무시하고 회의에도 참석하지 않을 뿐만 아니라 전화를 받지 않는 통상적인 샐러리맨으로서는 ‘실격’이라고 불릴 정도의 어쩔 수 없는 근무 태도였지만 도량이 넓은 창업자 사장 덕분에 파격적인 연구비를 지원받고 실험을 계속했다. 참고로 2014년에 나카무라에게 노벨 물리학상 수상자로 결정됐을 때 나카무라는 언론 인터뷰에서 “니치아 화학의 선대 사장인 오가와 노부오에게 감사하고 있다. 그의 연구 지원이 없었다면 노벨상은 없었다”라고 말했다.
당시의 응용 물리학회, 연구회 등은 셀레늄계에 주목했던 한편, 갈륨계의 연구회는 인원수도 적었다. 하지만 나카무라는 “그토록 우수한 사람들이 종사해서 잘못되면 오히려 끝났다고 여겨지는 분야에 도전하는 것이 좋다”는 이유로 갈륨에 주목하게 됐다. 그 후 청색 발광소자인 GaN(질화갈륨)의 결정을 제작하는 ‘투플로 MOCVD’를 발명, 질화갈륨에 의한 고휘도 청색 발광 다이오드의 개발에 참여했다.
1994년 3월, 도쿠시마 대학 대학원 공학연구과에 박사 논문을 제출해 공학박사 학위를 취득했다.
청색 발광 다이오드가 제품화된 이후 1994년경부터 나카무라는 일본 국내외 학회 등에서 많은 강연을 소화하게 됐다. 그러나 니치아 화학공업에서 월급 이외의 발명에 대해 얻은 보상을 듣고 미국인 동료 연구자로부터 너무 낮은 대가에 만족하고 있다고 하여 ‘슬레이브 나카무라’()라는 별명이 붙여졌다.
또한 1998년 11월에 도쿄 대학으로부터 객원교수를 맡아달라는 권유가 들어왔는데 상담을 받은 니치아 화학공업의 고야마 미노루 상무는 객원교수를 맡아달라는 도쿄 대학의 제의를 권유했지만 정작 나카무라는 니치아 화학공업으로부터 중요한 기술 정보가 유출되는 것을 경계한다는 이유로 거절하겠다는 입장을 밝혔다. 고야마는 나카무라의 니치아 화학공업에 대한 회사의 충성 정신을 지적하는 것과 동시에 이미 중요한 기술은 연구 단계부터 생산 현장에 옮겨 있었던 것에서 나카무라가 현장에 있어서의 ‘“진정한 진보”를 깨닫지 못하고 있는 것은 아닌가’라고 생각했다고 회고했다.
나카무라는 관리직으로서의 연구 현장에서 멀어졌으며 LED 관계의 개발 목표를 세우고 연구 주제의 관점에서도 니치아 화학공업에서 할 일이 없어지고 있었다. 나카무라는 미국의 기업이나 대학에서 몇 차례 제의를 받고 ‘노예 같은 나카무라는 견딜 수 없다’라는 생각과 딸에게서 “아깝지 않느냐”라는 말을 전해 들은 것을 계기로 결국 미국으로 떠나기로 결심했다.
1999년 12월 27일에 니치아 화학공업을 퇴사했고 이듬해 2000년 2월에는 반도체 관계에 있는 스티븐 덴버스 교수의 권유로 캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스(UCSB) 재료물성공학과 교수로 부임했다.
2000년 12월, 니치아 화학공업은 미국 노스캐롤라이나주 동부 지구 연방 지방 법원에 나카무라를 영업 비밀 누설 혐의로 제소했다. 재판 종결까지 나카무라는 미국 소송에서 디스커버리 제도의 대응을 위한 정보 제공과 반론 준비에 상당한 시간이 걸리면서 연구에 차질이 생겼다.
그후 2001년 8월 23일, 나카무라는 니치아 화학공업을 제소했다. 나카무라는 니치아 화학공업에 대해 투플로 MOCVD(일명 ‘404 특허’)의 특허권 양도 및 특허 대가의 증액을 요구하며 법정 다툼을 벌였다(일명 ‘나카무라 재판’(청색 LED 소송), 자세한 내용은 404 특허를 참조). 나카무라는 니치아 화학공업에 대한 법정 공방을 벌인 것과 관련해서 다음과 같은 심경을 밝혔다.
니치아 화학공업이 나카무라를 기소하면서 미국에서 진행된 소송은 이듬해 2002년 10월 10일에 기각됐다. 일본에서 진행된 소송에서는 2004년 1월 30일에 도쿄 지방재판소는 니치아 화학공업측에 ‘404 특허’ 발명에 대한 대가의 일부로 나카무라에게 200억 엔을 지급하라는 명령을 내렸다. 그러나 니치아 화학공업측은 이에 불복하여 항소했고, 2005년 1월 11일에 도쿄 고등재판소는 404 특허를 포함한 전체 관련 특허 등에 대한 대가로 니치아 화학공업측은 나카무라에게 약 8억 4,000만 엔을 지급하라는 판결을 내렸고 이로써 화해가 성립됐다.
더 나아가 이 소송 기간 중에 니치아 화학공업은 양산화에 꼭 필요한 기술은 젊은 연구원이 발견한 ‘어닐링’ 기술이며 기존에 이미 존재하고 있던 평활한 질화갈륨(GaN)의 막을 얻기 위한 투플로 MOCVD 자체는 사실상 무가치하다고 주장했고 소송이 끝난 후에는 특허권을 나카무라에게 양도하지 않고 전면 폐기하는 보복성 조치를 취했다. 이 항소심 결과, 고등재판소로부터 받은 화해 권고에 대해 나카무라는 변호사와 동석한 별도의 기자회견을 열어서 “일본의 사법은 부패했고 신뢰할 수 없다”라고 비판했다.
2005년, 도쿄 이과대학의 오카와 가즈히로 연구진과의 공동 연구에 의한 질화물 반도체를 이용한 광촉매 디바이스를 발표했다. 질화갈륨의 결정과 도선으로 연결된 백금을 전해질 수용액에 담궈 질화갈륨에 빛을 쬐어 전류를 발생시킨 다음 물을 전기 분해해서 수소와 산소로 분리한 것에 성공한 것이다. 빛을 이용해서 물에서 수소를 쉽게 추출할 수 있다는 점에서 이 연구가 새로운 에너지 변환 기술로 기대를 모으고 있다는 평가를 받았다. 또한 2007년에는 캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스에서 무극성 청색반도체 레이저 연구 개발에 세계 최초로 성공했다.
미국의 대학 교수는 기업 컨설팅이나 벤처 기업 설립에도 자주 참여하는데 나카무라도 LED 전구 관련 벤처를 창업하는가 하면 대한민국의 전자 회사인 서울반도체의 기술고문으로 활동하여 기술 지도나 공동 연구에 참여하기도 했다. 그리고 중화인민공화국의 대학이나 기업에서 명예교수나 자문을 맡았고 동시에 일본에서도 돗토리 대학, 신슈 대학, 도쿠시마 대학, 에히메 대학, 도쿄 농공대학 등에서 객원교수를 맡고 있다.
이전부터 “노벨상에 가장 근접한 사람”이라는 얘기를 들었음에도 청색 발광 다이오드가 개발된 지 20년이 지나도록 영예를 안지 못했고, 2013년 말에는 대학 시절 은사였던 다다 오사무에게 “내년에도 못 받으면 당분간은 무리일지도 모르겠다”라고 심경을 토로했다. 그러나 이듬해인 2014년에 아카사키 이사무, 아마노 히로시와 함께 노벨 물리학상 공동 수상자로 결정됨에 따라 수상의 영예를 안게 됐다.
나카무라는 미국에서 연구를 계속하기 위해 형편상 미국 시민권을 취득했는데 노벨상 수상자 발표 시점에는 이 사실이 세간에 널리 알려지지 않은 탓에 보도자료에 실린 ‘American Citizen’(미국 시민)이라는 문구의 해석을 둘러싸고 인터넷상에서 한때 논란이 일었다. 더욱이 노벨상 수상 후에 가진 언론 인터뷰에서 본인은 미국 국적을 취득하긴 했지만 일본 국적을 버린 것은 아니라고 답했는데 일본의 국적법은 스스로 다른 나라의 국적을 유지할 경우 이중 국적을 인정하지 않기 때문에 본인의 의사와는 무관하게 미국 국적을 취득한 시점에서 일본 국적은 자동적으로 상실된 것으로 간주하고 있다.
헤이세이 26년(2014년) 11월 4일자 관보에는 ‘아메리카합중국인 나카무라 슈지에게 문화훈장을 증여하다’라고 명시돼 있는데 일본인으로서 ‘문화훈장을 수여하다’라고 돼있는 다른 6명의 문화훈장 수상자와는 명확하게 다른 취급을 받고 있다.
2006년에 GaN-on-GaN의 기술에 재도전해서 성공을 거둔 나카무라는 자신을 비롯한 UCSB의 교수 세 명으로 이루어진 벤처 기업 SORAA를 2008년에 설립했다.