中村开发高亮度蓝光LED全过程详细介绍

　　被称为怪人

　　 为了采用MOCVD法在底板上生长出GaN单晶膜,必须将底板加热至+1000℃以上的高温.光实现这一点就非常困难,更糟的是,中村的另一选择又使情况进一步恶化,那就是采用了用加热器加热底板的方法.

　　 很早就开始研究GaN膜的名古屋大学研究小组注5)采用从装置外部施加高频电磁场的方法加热底板(图2).中村仍以"不想和别人采用同一方法"为由,选择了加热器加热.

　　注5)除了日亚化学工业以外,其他研究GaN的日本研究小组还包括丰田合成的研究小组,以及名古屋大学赤?勇教授(当时,现任名城大学教授)的小组等.丰田合成和名古屋大学的研究小组,1989年已成功生长出GaN单晶膜,1990年初相继成功试制出了GaN蓝色发光二极管,可以说均比日亚化学工业领先一步.

　　使用高频电磁场的方法,需在用导体制成的加热台(Susceptor,基座)上放置底板,利用从反应室外施加的高频电磁场提高基座的温度,从而对底板进行加热(a).无需在反应室内设置用于加热的机构,因此构造比较简单.但不能采用作为导体的金属形成反应室,一般采用石英玻璃制造反应室.而使用加热器的(b)方法,可在反应室内放置装有加热器的加热台,然后在上面放置底板,通过这种方法对底板加热.采用这种方法时,可自由选择反应室的材料.

　　 制造GaN膜的原料气体--NH3具有腐蚀性.没有一种加热器即耐高温又耐腐蚀.因此,加热器很快就会被腐蚀坏,导致薄膜无法生长.

　　 那时候中村每天都很郁闷.早上来到公司,打开装置.今天有没有生成真正的膜,加热器又被烧坏.下午的工作便是改造和修理设备.他早上第一个上班,下午6点下班.每天都在重复这种没有尽头的单调日子.

　　 中村的话变得越来越少,电话也不接,周围的人开始把他当成怪人.当初部下的两名新员工,其中一人因"根本看不到成功的希望"而辞职了.

　　 胜利女神曾经微笑,但转瞬即逝

　　 事情突然出现了转机.经过多次失败和不断摸索,中村终于开发出了不会烧坏的加热器注6).底板加热成功后,那么剩下的就只是改造装置和改进原料气体的通入方法了.

　　注6)绝密中的绝密在于如何避免加热器烧坏.现在仍为不外泄的技术诀窍.据介绍,因开发出了这种加热器,中村"成了加热器设计专家".这与焊接技术和配管技术同为中村的特技.

　　 中村对改造装置有绝对信心.因为进入公司开发部门以后,所有装置都是自己制造的,而且在美国的一年里充分掌握了气体配管技巧.虽然周围的人都劝他,随意改造MOCVD装置很危险,但这并没有让中村退缩.以前在公司开发科时,他就经历过数次爆炸事故,所以一点都不害怕.

　　 加热器开发成功后,用加热器加热的方法果真效果不错.利用高频率电磁场加热时,需要用石英玻璃制造MOCVD装置的反应室、室内配管及出气口等.虽然中村的焊接技术非常高超,但对石英部件构成的装置进行改造并非易事.

　　 但用加热器加热的话,反应室、配管及出气口均可用金属制造.加工比较容易,安装及拆卸也很方便,改造变得非常轻松

　　据中村当时的实验笔记记载,1990年8月底曾尝试过4种气体导入方法,9月上旬发现从底板旁边和上方导入气体的Two-Flow法比较有效

　　 1990年9月,终于迎来了GaN膜面世的时刻.中村发明了可从底板的两个方向吹入气体的"Two-Flow法",成功生长出了结晶薄膜(图3(b)).他满怀喜悦地对此次形成的薄膜进行了评测.这种薄膜在此前发布的薄膜中迁移率最高(图4).太棒了!终于成功了!中村急忙开始第二批和第三批结晶膜的生长工作.打算生成更高品质的薄膜……

　　1990年9月,使用Two-Flow法生长出了GaN膜.获得了当时最高的迁移率,比处于领先地位的名古屋大学的研究小组公布的数值还高一位数.摘自1990年9月17日的实验笔记.

　　 但进入10月份以后,不可思议的事情发生了,GaN膜突然无法生长了.中村急忙检查装置,却没有发现任何问题.成功了一次,也确实成膜了,现在却无法生长,而且原因不明.肯定是哪里出现问题了.