中村開發(fā)高亮度藍(lán)光LED全過程詳細(xì)介紹

　　 即便如此,開發(fā)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(dāng)自己制造的產(chǎn)品上市時(shí),中村真是萬分感慨.GaP的制造開發(fā)總算是成功了.不過,GaP的銷售額每月卻只有數(shù)百萬日元.作為一項(xiàng)業(yè)務(wù),并不算是太大的成功.中村在1982年結(jié)束了開發(fā),制造也交接給了后輩.中村從GaP的開發(fā)中完全撤了出來.

　　 從這一開發(fā)過程中,中村學(xué)到的是石英的焊接技術(shù)、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(xùn).

　　 下一個(gè)課題是GaAs結(jié)晶生長

　　 從1982年起,中村開始著手與GaAs注5)結(jié)晶生長有關(guān)的研究課題.這次仍然是營業(yè)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(fā)人員也從其他公司跳槽給挖了過來.中村煥發(fā)精神開始開發(fā)GaAs的多結(jié)晶材料.

　　注5)在III-V族化合物半導(dǎo)體中,GaAs(砷化鎵)是一種為人所熟知的最普通半導(dǎo)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于Si,因此適于用作可高速運(yùn)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(jié)合獲得較強(qiáng)的發(fā)光(主波長為850nm),因此還被廣泛用作發(fā)光二極管及半導(dǎo)體激光器材料.

　　日亞目前制造的化合物半導(dǎo)體(GaAs,InP)

　　 雖說開發(fā)的材料變了,但公司內(nèi)部的開發(fā)環(huán)境還是一如既往.先要制造設(shè)備,其次是要焊接石英管.中村的焊接技術(shù)當(dāng)時(shí)已被公認(rèn)為一把"絕活",在新的開發(fā)中仍然每天都在發(fā)揮作用(圖4).不用說,爆炸事故依舊是頻繁發(fā)生.

　中村展示以往的焊接"絕活"加熱石英棒進(jìn)行焊接.

　　 即便如此,1983年中村成功開發(fā)出了能夠形成產(chǎn)品的GaAs多結(jié)晶技術(shù).隨后,GaAs單結(jié)晶的開發(fā)也完成了.接著,從1985年起,中村又開始著手研究發(fā)光二極管用GaAlAs注6)膜的結(jié)晶生長.單結(jié)晶的生長方法選擇的是液相生長 注7)方式.當(dāng)然,液相生長的設(shè)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(dǎo)體GaAs和AlAs的混合結(jié)晶.通過改變Ga1-xAlxAs中的x,可使能帶從2.1eV變?yōu)?.4eV.利益于這一特點(diǎn),GaAlAs被廣泛用于紅色發(fā)光二極管及半導(dǎo)體激光器使用的材料.

　　注7)在單結(jié)晶底板上使單結(jié)晶生長被稱為外延生長(EpitaxialGrowth),是制造半導(dǎo)體器件時(shí)的重要技術(shù).液相外延(LPE:Liquid PhaseEpitaxy)是其中的一種.這是一種利用經(jīng)由溶劑的物質(zhì)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)生長的方法.當(dāng)利用液相外延技術(shù)使GaAs外延生長時(shí),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(huì)溶解到Ga中.在GaAs底板上導(dǎo)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(xì)控制這一溫度下降速度,便可在GaAs上析出單結(jié)晶的GaAs.按照同樣的方法,還可在GaAs底板上使GaAlAs單結(jié)晶薄膜生長.

　　 當(dāng)時(shí),從研究、制造到質(zhì)量管理、直至銷售,全部是中村一個(gè)人擔(dān)當(dāng)?shù)?中村將研制出來的單結(jié)晶推薦給了發(fā)光二極管廠商.但其他競爭公司卻拿出了質(zhì)量更高的單結(jié)晶.于是,中村經(jīng)過反復(fù)研究,最終實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量毫不遜色的產(chǎn)品.而這時(shí),其他公司在質(zhì)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(fā)光二極管.因此,在將單結(jié)晶制成發(fā)光二極管后,全部交由用戶進(jìn)行評測.而這種方式的話,需要花費(fèi)1個(gè)月才能得到評測結(jié)果.這樣,在評測結(jié)果出來后再怎么改進(jìn),也無法趕上其他公司的開發(fā)速度.

　　 押寶發(fā)光二極管

　　 "如果不自已制造發(fā)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(dǎo)入了發(fā)光二極的制造設(shè)備和評測設(shè)備.而且單結(jié)晶的制造人員也得到增加,GaAlAs單結(jié)晶的開發(fā)由此步入了正軌.最后,中村順利完成了開發(fā).

　　 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(jìn)技術(shù)的情況下,依靠一已之力確立了GaAlAs單結(jié)晶的制造技術(shù).而且還成功地將其變成了一項(xiàng)業(yè)務(wù).

　　 盡管如此,比自己后來公司、接替自己工作的人都一個(gè)個(gè)升遷,自己卻被拋在人后,殘酷的現(xiàn)實(shí)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(jīng)過反復(fù)思考,中村最后得出的結(jié)論如下:即使開發(fā)取得成功,產(chǎn)品賣得不好的話,自己就不會(huì)受到好評.不暢銷就得不到肯定.因此要選擇開發(fā)成功后會(huì)形成大業(yè)務(wù)的課題.就這樣,中村選擇了高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管這項(xiàng)課題.如果研究成功的話,產(chǎn)品肯定會(huì)暢銷.

　　 要想研究藍(lán)色發(fā)光二極管,就需要不同于GaAlAs的結(jié)晶生長技術(shù).中村決定先學(xué)習(xí)這一技術(shù).

　　 正當(dāng)中村這樣考慮的時(shí)候,求之不得的事情隨之而來.為了掌握結(jié)晶成長技術(shù),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(shí)卻暗藏著一個(gè)陷阱.這是當(dāng)時(shí)中村萬萬都沒有想到的

為了研究藍(lán)色發(fā)光二極管,首先必須掌握發(fā)光層--薄膜的結(jié)晶生長技術(shù).為此,中村遠(yuǎn)赴美國學(xué)習(xí),不過在美國則為制造裝置浪費(fèi)了一年時(shí)間.回國后他仍繼續(xù)制造并改造裝置.經(jīng)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(dòng)的心情登上了飛往美國弗羅里達(dá)的航班.他將以研究員的身份在弗羅里達(dá)大學(xué)(University ofFlorida)學(xué)習(xí)一年

　　 去美國做訪問研究員的契機(jī),來自中村拜訪在德島大學(xué)求學(xué)時(shí)的校友酒井士朗(現(xiàn)德島大學(xué)教授)的交談.要制造藍(lán)色發(fā)光二極管,必須從形成用于藍(lán)色發(fā)光二極管的單晶膜著手.其技術(shù)包括MBE法(molecularbeam epitaxy,分子束外延)注1)和MOCVD法(metal organic chemical vapordeposition,金屬有機(jī)物化學(xué)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(jià)格高達(dá)數(shù)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(dǎo)入高真空中的原子(分子)束進(jìn)行控制的同時(shí),照射底板,使原子沉積.可稱為高精度真空沉積技術(shù).制造使用硅及GaAs等化合物半導(dǎo)體的元件時(shí),需要使用這種技術(shù).

　　注2)MOCVD(metal organic chemical vapordeposition)法是在底板上沉積薄膜的CVD(chemical vapordeposition,化學(xué)沉積)法的一種.也稱為OMCVD(organometalCVD)法.CVD法是將含有沉積物質(zhì)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(fā)生熱分解、氧化還原及置換等化學(xué)反應(yīng),從而在底板上生成或沉積所需物質(zhì)的方法.其中,原料氣體采用有機(jī)金屬(有機(jī)物質(zhì)直接與金屬結(jié)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(dǎo)體單晶膜時(shí),普遍采用這種技術(shù).

　　 雖然選擇了MOCVD法,但中村卻是第一次接觸這種技術(shù).所以首先需要學(xué)習(xí).他決定向當(dāng)時(shí)研究MOCVD法而知名的酒井請教.此時(shí),酒井已決定去弗羅里達(dá)大學(xué).他建議中村,"機(jī)會(huì)難得,一起去吧".這是求之不得的好機(jī)會(huì),但不知公司是否會(huì)派自己去.

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

　　又回到以前的狀態(tài)

　　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(dá)弗羅里達(dá)大學(xué)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(yīng)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(xiàn)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(shí)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(dá)的嗎?隨之而來的便是倦怠感.時(shí)間則毫不理會(huì)中村的心情繼續(xù)在無情

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