中村開發高亮度藍光LED全過程詳細介紹

　　 即便如此,開發還是走上了正軌.從1981年開始,中村制造的GaP開始銷售.正是由于付出如此之多的努力,當自己制造的產品上市時,中村真是萬分感慨.GaP的制造開發總算是成功了.不過,GaP的銷售額每月卻只有數百萬日元.作為一項業務,并不算是太大的成功.中村在1982年結束了開發,制造也交接給了后輩.中村從GaP的開發中完全撤了出來.

　　 從這一開發過程中,中村學到的是石英的焊接技術、面對爆炸也毫不畏懼的勇氣、以及"不能一味服從公司"這一教訓.

　　 下一個課題是GaAs結晶生長

　　 從1982年起,中村開始著手與GaAs注5)結晶生長有關的研究課題.這次仍然是營業部門提供的信息:"今后GaAs的增長空間比GaP更大".由于涉及的是新材料,因此新的開發人員也從其他公司跳槽給挖了過來.中村煥發精神開始開發GaAs的多結晶材料.

　　注5)在III-V族化合物半導體中,GaAs(砷化鎵)是一種為人所熟知的最普通半導體材料.能帶為1.4eV,屬于直接遷移型.電子遷移率為8800cm2/Vs,空穴遷移率為420cm2/Vs,遠遠高于Si,因此適于用作可高速運行的邏輯電路元等使用的材料.另外,由于可通過電子-空穴的再結合獲得較強的發光(主波長為850nm),因此還被廣泛用作發光二極管及半導體激光器材料.

　　日亞目前制造的化合物半導體(GaAs,InP)

　　 雖說開發的材料變了,但公司內部的開發環境還是一如既往.先要制造設備,其次是要焊接石英管.中村的焊接技術當時已被公認為一把"絕活",在新的開發中仍然每天都在發揮作用(圖4).不用說,爆炸事故依舊是頻繁發生.

　中村展示以往的焊接"絕活"加熱石英棒進行焊接.

　　 即便如此,1983年中村成功開發出了能夠形成產品的GaAs多結晶技術.隨后,GaAs單結晶的開發也完成了.接著,從1985年起,中村又開始著手研究發光二極管用GaAlAs注6)膜的結晶生長.單結晶的生長方法選擇的是液相生長 注7)方式.當然,液相生長的設備也是中村自己制造的(圖5).

　　注6)GaAlAs(砷鋁化鎵)是III-V族化合物半導體GaAs和AlAs的混合結晶.通過改變Ga1-xAlxAs中的x,可使能帶從2.1eV變為1.4eV.利益于這一特點,GaAlAs被廣泛用于紅色發光二極管及半導體激光器使用的材料.

　　注7)在單結晶底板上使單結晶生長被稱為外延生長(EpitaxialGrowth),是制造半導體器件時的重要技術.液相外延(LPE:Liquid PhaseEpitaxy)是其中的一種.這是一種利用經由溶劑的物質移動來實現生長的方法.當利用液相外延技術使GaAs外延生長時,需要使用Ga等制成的溶劑.在Ga中添加GaAs后加熱至900℃高溫,GaAs就會溶解到Ga中.在GaAs底板上導入該溶劑,只要慢慢降低溫度,即可使溶解率降低,從而在GaAs底板上析出GaAs.通過精細控制這一溫度下降速度,便可在GaAs上析出單結晶的GaAs.按照同樣的方法,還可在GaAs底板上使GaAlAs單結晶薄膜生長.

　　 當時,從研究、制造到質量管理、直至銷售,全部是中村一個人擔當的.中村將研制出來的單結晶推薦給了發光二極管廠商.但其他競爭公司卻拿出了質量更高的單結晶.于是,中村經過反復研究,最終實現了質量毫不遜色的產品.而這時,其他公司在質量上又走在了前面.無論怎么追都追不上.而其原因就在于評測速度過慢.

　　日亞只銷售材料,自己并不制造發光二極管.因此,在將單結晶制成發光二極管后,全部交由用戶進行評測.而這種方式的話,需要花費1個月才能得到評測結果.這樣,在評測結果出來后再怎么改進,也無法趕上其他公司的開發速度.

　　 押寶發光二極管

　　 "如果不自已制造發光二極管,即使用戶說不行也無法反駁".中村通過與社長直接談判,最后終于成功地導入了發光二極的制造設備和評測設備.而且單結晶的制造人員也得到增加,GaAlAs單結晶的開發由此步入了正軌.最后,中村順利完成了開發.

　　 對于該研究課題,中村給自己打了100分.從制造裝置開始,一切工作全部都是自己完成的.在未從其他公司引進技術的情況下,依靠一已之力確立了GaAlAs單結晶的制造技術.而且還成功地將其變成了一項業務.

　　 盡管如此,比自己后來公司、接替自己工作的人都一個個升遷,自己卻被拋在人后,殘酷的現實使得中村萌生退意.再呆在日亞已沒有多大意思了.獲得如此大的成功,自己卻并未獲得肯定…….

　　 經過反復思考,中村最后得出的結論如下:即使開發取得成功,產品賣得不好的話,自己就不會受到好評.不暢銷就得不到肯定.因此要選擇開發成功后會形成大業務的課題.就這樣,中村選擇了高亮度藍色發光二極管這項課題.如果研究成功的話,產品肯定會暢銷.

　　 要想研究藍色發光二極管,就需要不同于GaAlAs的結晶生長技術.中村決定先學習這一技術.

　　 正當中村這樣考慮的時候,求之不得的事情隨之而來.為了掌握結晶成長技術,愿不愿意被公司派往美國?對此詢問,中村充滿了期待.

　　 這一非常有吸引力的差事其實卻暗藏著一個陷阱.這是當時中村萬萬都沒有想到的

為了研究藍色發光二極管,首先必須掌握發光層--薄膜的結晶生長技術.為此,中村遠赴美國學習,不過在美國則為制造裝置浪費了一年時間.回國后他仍繼續制造并改造裝置.經過長期艱苦的努力,終于取得了初步成果hellip;…

　　 1988年3月,中村修二懷著激動的心情登上了飛往美國弗羅里達的航班.他將以研究員的身份在弗羅里達大學(University ofFlorida)學習一年

　　 去美國做訪問研究員的契機,來自中村拜訪在德島大學求學時的校友酒井士朗(現德島大學教授)的交談.要制造藍色發光二極管,必須從形成用于藍色發光二極管的單晶膜著手.其技術包括MBE法(molecularbeam epitaxy,分子束外延)注1)和MOCVD法(metal organic chemical vapordeposition,金屬有機物化學氣相沉積)注2).中村毫不猶豫地選擇了MOCVD法.原因是MBE裝置的價格高達數億日元,公司根本不可能考慮購置.

　　注1)MBE(molecular beamepitaxy)法是在底板上生長出單晶膜的方法,屬于氣相生長法的一種.在對導入高真空中的原子(分子)束進行控制的同時,照射底板,使原子沉積.可稱為高精度真空沉積技術.制造使用硅及GaAs等化合物半導體的元件時,需要使用這種技術.

　　注2)MOCVD(metal organic chemical vapordeposition)法是在底板上沉積薄膜的CVD(chemical vapordeposition,化學沉積)法的一種.也稱為OMCVD(organometalCVD)法.CVD法是將含有沉積物質的氣體,或者這種氣體與非活性氣體的混合氣體通入加熱后的底板上,使其發生熱分解、氧化還原及置換等化學反應,從而在底板上生成或沉積所需物質的方法.其中,原料氣體采用有機金屬(有機物質直接與金屬結合形成的化合物,organometal)的方法稱為MOCVD法.在底板上生長出GaAs等化合物半導體單晶膜時,普遍采用這種技術.

　　 雖然選擇了MOCVD法,但中村卻是第一次接觸這種技術.所以首先需要學習.他決定向當時研究MOCVD法而知名的酒井請教.此時,酒井已決定去弗羅里達大學.他建議中村,"機會難得,一起去吧".這是求之不得的好機會,但不知公司是否會派自己去.

　　 公司肯定不會同意,先向公司申請再說.抱著這種心理,中村決定試一試.于是,他請酒井陪同,向會長和社長說明了自己的想法.出人意料的是,公司當場就決定派他去弗羅里達.

　　又回到以前的狀態

　　一切都暢行無阻!讓人覺得順利的恍如夢境.但好景不長,抵達弗羅里達大學之后的中村感到非常吃驚,這里沒有MOCVD裝置,情況與想象的不同.

　　 中村去的研究室本應有2臺MOCVD裝置.其中一臺被隔壁研究室搬走了,而另一臺則需要從現在開始制造.就這樣在美國,中村同樣開始為制造裝置而忙碌起來(圖1).每天忙于配管和焊接,簡直和在日本時沒有什么兩樣.他不禁想,難道自己是為做這些工作千里迢迢來到弗羅里達的嗎?隨之而來的便是倦怠感.時間則毫不理會中村的心情繼續在無情

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