中村开发高亮度蓝光LED全过程详细介绍
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即便如此,开发还是走上了正轨.从1981年开始,中村制造的GaP开始销售.正是由于付出如此之多的努力,当自己制造的产品上市时,中村真是万分感慨.GaP的制造开发总算是成功了.不过,GaP的销售额每月却只有数百万日元.作为一项业务,并不算是太大的成功.中村在1982年结束了开发,制造也交接给了后辈.中村从GaP的开发中完全撤了出来.
从这一开发过程中,中村学到的是石英的焊接技术、面对爆炸也毫不畏惧的勇气、以及"不能一味服从公司"这一教训.
下一个课题是GaAs结晶生长
从1982年起,中村开始着手与GaAs注5)结晶生长有关的研究课题.这次仍然是营业部门提供的信息:"今后GaAs的增长空间比GaP更大".由于涉及的是新材料,因此新的开发人员也从其他公司跳槽给挖了过来.中村焕发精神开始开发GaAs的多结晶材料.
注5)在III-V族化合物半导体中,GaAs(砷化镓)是一种为人所熟知的最普通半导体材料.能带为1.4eV,属于直接迁移型.电子迁移率为8800cm2/Vs,空穴迁移率为420cm2/Vs,远远高于Si,因此适于用作可高速运行的逻辑电路元等使用的材料.另外,由于可通过电子-空穴的再结合获得较强的发光(主波长为850nm),因此还被广泛用作发光二极管及半导体激光器材料.
日亚目前制造的化合物半导体(GaAs,InP)
虽说开发的材料变了,但公司内部的开发环境还是一如既往.先要制造设备,其次是要焊接石英管.中村的焊接技术当时已被公认为一把"绝活",在新的开发中仍然每天都在发挥作用(图4).不用说,爆炸事故依旧是频繁发生.
中村展示以往的焊接"绝活"加热石英棒进行焊接.
即便如此,1983年中村成功开发出了能够形成产品的GaAs多结晶技术.随后,GaAs单结晶的开发也完成了.接着,从1985年起,中村又开始着手研究发光二极管用GaAlAs注6)膜的结晶生长.单结晶的生长方法选择的是液相生长 注7)方式.当然,液相生长的设备也是中村自己制造的(图5).
注6)GaAlAs(砷铝化镓)是III-V族化合物半导体GaAs和AlAs的混合结晶.通过改变Ga1-xAlxAs中的x,可使能带从2.1eV变为1.4eV.利益于这一特点,GaAlAs被广泛用于红色发光二极管及半导体激光器使用的材料.
注7)在单结晶底板上使单结晶生长被称为外延生长(EpitaxialGrowth),是制造半导体器件时的重要技术.液相外延(LPE:Liquid PhaseEpitaxy)是其中的一种.这是一种利用经由溶剂的物质移动来实现生长的方法.当利用液相外延技术使GaAs外延生长时,需要使用Ga等制成的溶剂.在Ga中添加GaAs后加热至900℃高温,GaAs就会溶解到Ga中.在GaAs底板上导入该溶剂,只要慢慢降低温度,即可使溶解率降低,从而在GaAs底板上析出GaAs.通过精细控制这一温度下降速度,便可在GaAs上析出单结晶的GaAs.按照同样的方法,还可在GaAs底板上使GaAlAs单结晶薄膜生长.
当时,从研究、制造到质量管理、直至销售,全部是中村一个人担当的.中村将研制出来的单结晶推荐给了发光二极管厂商.但其他竞争公司却拿出了质量更高的单结晶.于是,中村经过反复研究,最终实现了质量毫不逊色的产品.而这时,其他公司在质量上又走在了前面.无论怎么追都追不上.而其原因就在于评测速度过慢.
日亚只销售材料,自己并不制造发光二极管.因此,在将单结晶制成发光二极管后,全部交由用户进行评测.而这种方式的话,需要花费1个月才能得到评测结果.这样,在评测结果出来后再怎么改进,也无法赶上其他公司的开发速度.
押宝发光二极管
"如果不自已制造发光二极管,即使用户说不行也无法反驳".中村通过与社长直接谈判,最后终于成功地导入了发光二极的制造设备和评测设备.而且单结晶的制造人员也得到增加,GaAlAs单结晶的开发由此步入了正轨.最后,中村顺利完成了开发.
对于该研究课题,中村给自己打了100分.从制造装置开始,一切工作全部都是自己完成的.在未从其他公司引进技术的情况下,依靠一已之力确立了GaAlAs单结晶的制造技术.而且还成功地将其变成了一项业务.
尽管如此,比自己后来公司、接替自己工作的人都一个个升迁,自己却被抛在人后,残酷的现实使得中村萌生退意.再呆在日亚已没有多大意思了.获得如此大的成功,自己却并未获得肯定…….
经过反复思考,中村最后得出的结论如下:即使开发取得成功,产品卖得不好的话,自己就不会受到好评.不畅销就得不到肯定.因此要选择开发成功后会形成大业务的课题.就这样,中村选择了高亮度蓝色发光二极管这项课题.如果研究成功的话,产品肯定会畅销.
要想研究蓝色发光二极管,就需要不同于GaAlAs的结晶生长技术.中村决定先学习这一技术.
正当中村这样考虑的时候,求之不得的事情随之而来.为了掌握结晶成长技术,愿不愿意被公司派往美国?对此询问,中村充满了期待.
这一非常有吸引力的差事其实却暗藏着一个陷阱.这是当时中村万万都没有想到的
为了研究蓝色发光二极管,首先必须掌握发光层--薄膜的结晶生长技术.为此,中村远赴美国学习,不过在美国则为制造装置浪费了一年时间.回国后他仍继续制造并改造装置.经过长期艰苦的努力,终于取得了初步成果hellip;…
1988年3月,中村修二怀着激动的心情登上了飞往美国弗罗里达的航班.他将以研究员的身份在弗罗里达大学(University ofFlorida)学习一年
去美国做访问研究员的契机,来自中村拜访在德岛大学求学时的校友酒井士朗(现德岛大学教授)的交谈.要制造蓝色发光二极管,必须从形成用于蓝色发光二极管的单晶膜着手.其技术包括MBE法(molecularbeam epitaxy,分子束外延)注1)和MOCVD法(metal organic chemical vapordeposition,金属有机物化学气相沉积)注2).中村毫不犹豫地选择了MOCVD法.原因是MBE装置的价格高达数亿日元,公司根本不可能考虑购置.
注1)MBE(molecular beamepitaxy)法是在底板上生长出单晶膜的方法,属于气相生长法的一种.在对导入高真空中的原子(分子)束进行控制的同时,照射底板,使原子沉积.可称为高精度真空沉积技术.制造使用硅及GaAs等化合物半导体的元件时,需要使用这种技术.
注2)MOCVD(metal organic chemical vapordeposition)法是在底板上沉积薄膜的CVD(chemical vapordeposition,化学沉积)法的一种.也称为OMCVD(organometalCVD)法.CVD法是将含有沉积物质的气体,或者这种气体与非活性气体的混合气体通入加热后的底板上,使其发生热分解、氧化还原及置换等化学反应,从而在底板上生成或沉积所需物质的方法.其中,原料气体采用有机金属(有机物质直接与金属结合形成的化合物,organometal)的方法称为MOCVD法.在底板上生长出GaAs等化合物半导体单晶膜时,普遍采用这种技术.
虽然选择了MOCVD法,但中村却是第一次接触这种技术.所以首先需要学习.他决定向当时研究MOCVD法而知名的酒井请教.此时,酒井已决定去弗罗里达大学.他建议中村,"机会难得,一起去吧".这是求之不得的好机会,但不知公司是否会派自己去.
公司肯定不会同意,先向公司申请再说.抱着这种心理,中村决定试一试.于是,他请酒井陪同,向会长和社长说明了自己的想法.出人意料的是,公司当场就决定派他去弗罗里达.
又回到以前的状态
一切都畅行无阻!让人觉得顺利的恍如梦境.但好景不长,抵达弗罗里达大学之后的中村感到非常吃惊,这里没有MOCVD装置,情况与想象的不同.
中村去的研究室本应有2台MOCVD装置.其中一台被隔壁研究室搬走了,而另一台则需要从现在开始制造.就这样在美国,中村同样开始为制造装置而忙碌起来(图1).每天忙于配管和焊接,简直和在日本时没有什么两样.他不禁想,难道自己是为做这些工作千里迢迢来到弗罗里达的吗?随之而来的便是倦怠感.时间则毫不理会中村的心情继续在无情
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