諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)咧写逍薅c藍(lán)光LED的開(kāi)發(fā)故事（上）
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-10-08
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因?yàn)樗{(lán)光LED，三位科學(xué)家破天荒地獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而與藍(lán)光LED相關(guān)，不得不說(shuō)的是日亞化學(xué)。
總部位于日本德島縣阿南市的日亞化學(xué)工業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)日亞）是當(dāng)?shù)仡H為有名的公司。因?yàn)樵摴居虚L(zhǎng)達(dá)三周的夏季休假制度。員工將這一長(zhǎng)假全部用到了阿波舞的練習(xí)上。而且到阿波舞演出正式舉行時(shí)，該公司還會(huì)派出員工組成的“日亞方陣”跳上大街。
日亞在一舉成為全球聞名的公司是在1993年底。這源于該公司開(kāi)發(fā)出了亮度達(dá)到1cd的藍(lán)光發(fā)光二極管，并成功實(shí)施量產(chǎn)。曾一度被公認(rèn)“要到21世紀(jì)才能實(shí)現(xiàn)”的高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管由此順利地進(jìn)入了實(shí)用期。
對(duì)于日亞的壯舉，該領(lǐng)域的技術(shù)人員及研究人員與全世界一樣感到震驚。而更驚奇的是，實(shí)現(xiàn)如此壯舉的，并非在該領(lǐng)域長(zhǎng)期從事研究的海內(nèi)外知名大學(xué)，商業(yè)照明，也非大型電子廠商，而是一家地方城市的化學(xué)廠商。由此，日亞的稱(chēng)呼從“夏季休假的日亞”變成了“藍(lán)光發(fā)光二極管的日亞”。
為了孩子選擇回鄉(xiāng)進(jìn)入日亞
而讓日亞幾乎變成藍(lán)光LED代名詞的，卻是中村修二。
幾乎全靠一己之力開(kāi)發(fā)成功高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管的是當(dāng)年40歲的研究人員中村修二。中村1979年從德島大學(xué)研究生院畢業(yè)后進(jìn)入日亞，專(zhuān)業(yè)是電子工程學(xué)。
學(xué)生時(shí)代，LED-T5一體化燈管，中村當(dāng)然向往到東京或大阪等大城市工作。但到了畢業(yè)參加工作時(shí)，中村卻已經(jīng)有了孩子，因?yàn)樗谏洗髮W(xué)時(shí)就結(jié)婚了。
“單身的話(huà)，可以留在城市闖一闖。但有了孩子的話(huà)，照明資質(zhì)，還是到鄉(xiāng)下生活的好。不想因?yàn)楣ぷ鞫鵂奚彝ァ�。正是這種想法最終使中村與日亞結(jié)下了不解之緣。
但并不是說(shuō)中村就沒(méi)有猶豫過(guò)。實(shí)際上，中村也曾到總部位于京都的京瓷面試過(guò)。盡管通過(guò)了嚴(yán)格的考試，順利獲得了進(jìn)入京瓷的機(jī)會(huì)，但結(jié)果中村還是放棄了。最后，中村選擇留在了當(dāng)?shù)兀簿褪瞧拮幽锛业乃诘氐聧u市。
日亞是中村的大學(xué)導(dǎo)師介紹的。雖然自己的專(zhuān)業(yè)是電子工程學(xué)，但中村希望從事材料開(kāi)發(fā)工作，因此導(dǎo)師向他推薦了這家公司。不過(guò)，當(dāng)中村來(lái)到日亞時(shí)卻頗感意外。這只是一家員工僅200人的小型化學(xué)公司，到處都有一股刺鼻的硫化氫（H2S）的氣味，類(lèi)似臭雞蛋味。“這家公司怎么這么臟啊”，這就是日亞給中村留下的第一印象。
中村最初負(fù)責(zé)的開(kāi)發(fā)課題是提煉用于化合物半導(dǎo)體GaP中的金屬Ga材料。雖說(shuō)是開(kāi)發(fā)課，但其實(shí)只是一名課長(zhǎng)帶著兩名開(kāi)發(fā)人員和幾個(gè)助手的小部門(mén)。辦公場(chǎng)所是由帶屋頂?shù)耐＼?chē)場(chǎng)改造的，只是在四周增加了圍墻，十分簡(jiǎn)陋。
在開(kāi)始提煉金屬Ga的幾個(gè)月后，營(yíng)業(yè)部門(mén)要求除了金屬Ga之外還要制造有望暢銷(xiāo)的GaP。當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)課已經(jīng)處于垂死狀態(tài)，商業(yè)照明燈具，甚至開(kāi)始有傳言說(shuō)“馬上就要撤銷(xiāo)了”。在這種情況下，恐怕也只有啟動(dòng)這一有望形成賺錢(qián)的業(yè)務(wù)了。公司隨即指定中村來(lái)負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)。當(dāng)時(shí)的開(kāi)發(fā)人員有兩名。一名繼續(xù)負(fù)責(zé)金屬Ga的提煉，而另一名，也就是中村，則開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)GaP。
要使GaP實(shí)現(xiàn)結(jié)晶生長(zhǎng)，需要使用昂貴的石英管。而由于石英管價(jià)格昂貴，因此不能永安就扔掉，至少在當(dāng)時(shí)的日亞不能這樣做。于是，中村就開(kāi)始沒(méi)完沒(méi)了地焊接石英管。而且最頭疼的是爆炸事故頻頻發(fā)生。對(duì)封有Ga和P的石英管進(jìn)行高溫加熱使， led室內(nèi)照明，管內(nèi)的壓力會(huì)上升到20～30個(gè)大氣壓。這時(shí)，只要焊接部位有小小的損傷或是強(qiáng)度不足的話(huà)，石英管就會(huì)破裂。
早上將材料封到石英管中。下午開(kāi)始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到最高時(shí)正好是傍晚。爆炸總是發(fā)生在要下班的時(shí)候。巨大的聲響往往傳遍整個(gè)日亞公司�！坝质侵写濉�。員工們一邊調(diào)侃著，一邊趕緊回家。
從1981年開(kāi)始，中村制造的GaP開(kāi)始銷(xiāo)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)，3c認(rèn)證，中村真是萬(wàn)分感慨。GaP的制造開(kāi)發(fā)總算是成功了。不過(guò)，GaP的銷(xiāo)售額每月卻只有數(shù)百萬(wàn)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(kāi)發(fā)，質(zhì)量，制造也交接給了后輩。中村從GaP的開(kāi)發(fā)中完全撤了出來(lái)。
從這一開(kāi)發(fā)過(guò)程中，中村學(xué)到的是石英的焊接技術(shù)、面對(duì)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)。
從1982年起，中村開(kāi)始著手與GaAs結(jié)晶生長(zhǎng)有關(guān)的研究課題。雖說(shuō)開(kāi)發(fā)的材料變了，但公司內(nèi)部的開(kāi)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(kāi)發(fā)中仍然每天都在發(fā)揮作用。不用說(shuō)，爆炸事故依舊是頻繁發(fā)生。
即便如此，1983年中村成功開(kāi)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(kāi)發(fā)也完成了。接著，從1985年起，中村又開(kāi)始著手研究發(fā)光二極管用GaAlAs膜的結(jié)晶生長(zhǎng)。單結(jié)晶的生長(zhǎng)方法選擇的是液相生長(zhǎng)方式。當(dāng)然，照明產(chǎn)品，液相生長(zhǎng)的設(shè)備也是中村自己制造的。
日亞只銷(xiāo)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，LED筒燈，全部交由用戶(hù)進(jìn)行評(píng)測(cè)。而這種方式的話(huà)，需要花費(fèi)1個(gè)月才能得到評(píng)測(cè)結(jié)果。這樣，在評(píng)測(cè)結(jié)果出來(lái)后再怎么改進(jìn)，也無(wú)法趕上其他公司的開(kāi)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(hù)說(shuō)不行也無(wú)法反駁”。中村通過(guò)與社長(zhǎng)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(píng)測(cè)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(kāi)發(fā)由此步入了正軌。最后，中村順利完成了開(kāi)發(fā)。
對(duì)于該研究課題，中村給自己打了100分。從制造裝置開(kāi)始，工程照明，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(lái)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(méi)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(guò)反復(fù)思考，中村最后得出的結(jié)論如下：即使開(kāi)發(fā)取得成功，產(chǎn)品賣(mài)得不好的話(huà)，自己就不會(huì)受到好評(píng)，不暢銷(xiāo)就得不到肯定。因此要選擇開(kāi)發(fā)成功后會(huì)形成大業(yè)務(wù)的課題。就這樣，戶(hù)外照明，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(huà)，產(chǎn)品肯定會(huì)暢銷(xiāo)。
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(zhǎng)技術(shù)。中村決定先學(xué)習(xí)這一技術(shù)。1988年3月，中村修二登上了飛往美國(guó)弗羅里達(dá)的航班。他將以研究員的身份在佛羅里達(dá)大學(xué)學(xué)習(xí)一年。
去美國(guó)做訪問(wèn)研究員的契機(jī)，來(lái)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（molecular beam epitaxy，分子束外延）和MOCVD法（metal organic chemical vapor deposition，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積）。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(gòu)置。
中村去的研究室本應(yīng)有2臺(tái)MOCVD裝置。其中一臺(tái)被隔壁研究室搬走了，而另一臺(tái)則需要從現(xiàn)在開(kāi)始制造。就這樣在美國(guó)，星級(jí)酒店照明燈具，中村同樣開(kāi)始為制造裝置而忙碌起來(lái)。每天忙于配管和焊接，簡(jiǎn)直和在日本時(shí)沒(méi)有什么兩樣。他不禁想， led商業(yè)照明，難道自己是為做這些工作千里迢迢來(lái)到佛羅里達(dá)的嗎？
除了中村之外，當(dāng)時(shí)研究室還有數(shù)名來(lái)自韓國(guó)和中國(guó)等國(guó)家的研究員。中村陪著笑臉央求：我一個(gè)月之后必須回日本，時(shí)間很緊，裝置能不能讓我優(yōu)先使用。得到的回答卻是No。中村只進(jìn)行了3、4次結(jié)晶生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，就要為在美國(guó)的學(xué)習(xí)畫(huà)上句號(hào)。
不知是覺(jué)得中村可憐，超市照明，還是看中了中村出色的焊接和配管技術(shù)，研究室的教授挽留他：“我給你發(fā)工資，再待一年吧”。但在美國(guó)期間，給中村留下的不愉快回憶太多了。
中村去美國(guó)之前沒(méi)有寫(xiě)過(guò)一篇論文，因?yàn)楣静辉试S。就是因?yàn)檫@個(gè)原因，好不容易以研究員的身份去美國(guó)，對(duì)方卻沒(méi)有把他當(dāng)做研究人員對(duì)待，連開(kāi)會(huì)都不通知他。該大學(xué)還有研究發(fā)光二極管的人員，但中村想請(qǐng)教問(wèn)題時(shí)，人家愛(ài)理不理的。
在美國(guó)學(xué)習(xí)期間，中村還第一次體會(huì)到了以前只聽(tīng)說(shuō)過(guò)的“種族障礙”。美國(guó)人會(huì)很自然地和美國(guó)人在一起，亞洲人也會(huì)和亞洲人形成一個(gè)圈子。盡管好不容易獲得了與來(lái)自世界各地的研究人員一同工作的機(jī)會(huì)，相互之間卻沒(méi)有交流。
中村回顧在美國(guó)學(xué)習(xí)的日子時(shí)說(shuō)道，“沒(méi)有一點(diǎn)兒好的回憶”。但是回國(guó)后等待著他依然是痛苦的日子。他為“回來(lái)之后沒(méi)有崗位”而苦惱。在美國(guó)沒(méi)有學(xué)到技術(shù)，回來(lái)后沒(méi)有工作崗位，什么都是沒(méi)有，中村只能一切從零開(kāi)始。
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