中村开发高亮度蓝光LED全过程详细介绍

　　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 情地流逝.等到中村好不容易完成制造装置的时,已经到了他要回国前的一个月了.

　　 除了中村之外,当时研究室还有数名来自韩国和中国等国家的研究员.中村陪着笑脸央求:我一个月之后必须回日本,时间很紧,装置能不能让我优先使用.得到的回答却是No!.中村只进行了3、4次结晶生长实验,就要为在美国的学习画上句号了.

　　连开会也不通知，不知是觉得中村可怜,还是看中了中村出色的焊接和配管技术,研究室的教授挽留他:"我给你发工资,再待一年吧".但在美国期间,给中村留下的不愉快回忆太多了.

　　 中村去美国之前没有写过一篇论文.因为公司不允许.就是因为这个原因,好不容易以研究员的身份去美国,对方却没有把他当做研究人员对待,连开会都不通知他.该大学还有研究发光二极管的人员,但中村想请教问题时,人家爱理不理的.

　　 在美国学习期间,中村还第一次体会到了以前只听说过的"种族障碍".美国人会很自然地和美国人在一起,亚洲人也会和亚洲人形成一个圈子.尽管好不容易获得了与来自世界各地的研究人员一同工作的机会,相互之间却没有交流.

　　 中村回顾在美国学习的日子时说道,"没有一点儿好的回忆".但是回国后等待着他依然是痛苦的日子.他为"回来之后没有岗位"而苦恼.在美国没有学到技术,回来后没有工作岗位,什么都是没有,中村只能一切从零开始.

　　无法实现GaN膜

　　即便如此,中村还是开始了研究.虽然在职场上中村如同浦岛太郎,但派他去美国的社长却记住了他.公司分配给了中村两名新员工,开始制造装置.他决定购买市售的MOCVD装置,然后进行改造.此外,他还让公司购买了结晶膜评测装置.所有装置加在一起公司先后花费了数亿日元.

　　 当年在开发GaAs单结晶时,公司几乎什么装置都没有购买.即便是好说歹说同意出钱了,最多也只有100万日元左右.突然增加到上亿日元的投资,这对中村来说是非常难得的,同时这也形成了一种压力.

　　 中村从1989年4月回到日本后开始着手进行研究.一个月、两个月,甚至半年的时间过去了,但研究丝毫没有取得进展.蓝色发光二极管的发光层--GaN膜始终无法形成.甚至在还没有到达形成GaN膜之前就跌跟头了.

　　 MOCVD法是在经过高温加热的底板上通入原料气体,然后使气体在底板表面分解来形成结晶薄膜的方法.需要在通入气体的容器内放置底板,对其进行高温加热,问题就出在这里.

　　 第一个问题是,中村选择的是GaN注3)作为蓝色发光二极管的发光材料.从原理上来说,好几种材料都能实现蓝色发光功能.其中,GaN是受人冷落的材料注4).只因"其他人没有采用",中村便决定选择这种材料.开始挑战结晶膜生长之后,他才明白这种材料不受欢迎的原因.那就是GaN成膜非常困难.如果只对市售装置稍加改造,根本无法实现膜生长.

　　注3)GaN(氮化镓)是III-V族化合物半导体的一种.属于直接迁移型,能隙(EnergyGap)为3.4eV.通过与InN(能隙为2.0eV)及AlN(能隙为6.3eV)形成混合结晶,可使能隙介于2.0eV到6.3eV之间.

　　注4)蓝色发光二极管用材料有ZnSe、SiC及GaN等.1989年,SiC面向蓝色发光二极管用途的研究进展最快,已有人制造出亮度较低的发光二极管.ZnSe的研究也很盛行,作为蓝色发光二极管及蓝色半导体激光器用材料的有力候选而备受关注.而GaN却很少有人研究,当时日本国内的学会也曾出现过ZnSe研讨会座无虚席、而GaN研讨会的参加者不足10人的情况.