諾貝爾獲獎者中村修二與藍光LED的開發故事（上）

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-10-08

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　　因為藍光LED，三位科學家破天荒地獲得了諾貝爾物理學獎。而與藍光LED相關，不得不說的是日亞化學。

　　總部位于日本德島縣阿南市的日亞化學工業（以下簡稱日亞）是當地頗為有名的公司。因為該公司有長達三周的夏季休假制度。員工將這一長假全部用到了阿波舞的練習上。而且到阿波舞演出正式舉行時，該公司還會派出員工組成的“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。這源于該公司開發出了亮度達到1cd的藍光發光二極管，并成功實施量產。曾一度被公認“要到21世紀才能實現”的高亮度藍色發光二極管由此順利地進入了實用期。

　　對于日亞的壯舉，該領域的技術人員及研究人員與全世界一樣感到震驚。而更驚奇的是，實現如此壯舉的，并非在該領域長期從事研究的海內外知名大學，商業照明，也非大型電子廠商，而是一家地方城市的化學廠商。由此，日亞的稱呼從“夏季休假的日亞”變成了“藍光發光二極管的日亞”。

　　為了孩子選擇回鄉進入日亞

　　而讓日亞幾乎變成藍光LED代名詞的，卻是中村修二。

　　幾乎全靠一己之力開發成功高亮度藍色發光二極管的是當年40歲的研究人員中村修二。中村1979年從德島大學研究生院畢業后進入日亞，專業是電子工程學。

　　學生時代，LED-T5一體化燈管，中村當然向往到東京或大阪等大城市工作。但到了畢業參加工作時，中村卻已經有了孩子，因為他在上大學時就結婚了。

　　“單身的話，可以留在城市闖一闖。但有了孩子的話，照明資質，還是到鄉下生活的好。不想因為工作而犧牲家庭”。正是這種想法最終使中村與日亞結下了不解之緣。

　　但并不是說中村就沒有猶豫過。實際上，中村也曾到總部位于京都的京瓷面試過。盡管通過了嚴格的考試，順利獲得了進入京瓷的機會，但結果中村還是放棄了。最后，中村選擇留在了當地，也就是妻子娘家的所在地德島市。

　　日亞是中村的大學導師介紹的。雖然自己的專業是電子工程學，但中村希望從事材料開發工作，因此導師向他推薦了這家公司。不過，當中村來到日亞時卻頗感意外。這只是一家員工僅200人的小型化學公司，到處都有一股刺鼻的硫化氫（H2S）的氣味，類似臭雞蛋味。“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。

　　中村最初負責的開發課題是提煉用于化合物半導體GaP中的金屬Ga材料。雖說是開發課，但其實只是一名課長帶著兩名開發人員和幾個助手的小部門。辦公場所是由帶屋頂的停車場改造的，只是在四周增加了圍墻，十分簡陋。

　　在開始提煉金屬Ga的幾個月后，營業部門要求除了金屬Ga之外還要制造有望暢銷的GaP。當時開發課已經處于垂死狀態，商業照明燈具，甚至開始有傳言說“馬上就要撤銷了”。在這種情況下，恐怕也只有啟動這一有望形成賺錢的業務了。公司隨即指定中村來負責開發。當時的開發人員有兩名。一名繼續負責金屬Ga的提煉，而另一名，也就是中村，則開始著手開發GaP。

　　要使GaP實現結晶生長，需要使用昂貴的石英管。而由于石英管價格昂貴，因此不能永安就扔掉，至少在當時的日亞不能這樣做。于是，中村就開始沒完沒了地焊接石英管。而且最頭疼的是爆炸事故頻頻發生。對封有Ga和P的石英管進行高溫加熱使， led室內照明，管內的壓力會上升到20～30個大氣壓。這時，只要焊接部位有小小的損傷或是強度不足的話，石英管就會破裂。

　　早上將材料封到石英管中。下午開始加熱，當溫度達到最高時正好是傍晚。爆炸總是發生在要下班的時候。巨大的聲響往往傳遍整個日亞公司。“又是中村”。員工們一邊調侃著，一邊趕緊回家。

　　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，當自己制造的產品上市時，3c認證，中村真是萬分感慨。GaP的制造開發總算是成功了。不過，GaP的銷售額每月卻只有數百萬日元。作為一項業務，并不算是太大的成功。中村在1982年結束了開發，質量，制造也交接給了后輩。中村從GaP的開發中完全撤了出來。

　　從這一開發過程中，中村學到的是石英的焊接技術、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。

　　從1982年起，中村開始著手與GaAs結晶生長有關的研究課題。雖說開發的材料變了，但公司內部的開發環境還是一如既往。先要制造設備，其次是要焊接石英管。中村的焊接技術當時已被公認為一把“絕活”，在新的開發中仍然每天都在發揮作用。不用說，爆炸事故依舊是頻繁發生。

　　即便如此，1983年中村成功開發出了能夠形成產品的GaAs多結晶技術。隨后，GaAs單結晶的開發也完成了。接著，從1985年起，中村又開始著手研究發光二極管用GaAlAs膜的結晶生長。單結晶的生長方法選擇的是液相生長方式。當然，照明產品，液相生長的設備也是中村自己制造的。

　　日亞只銷售材料，自己并不制造發光二極管。因此，在將單結晶制成發光二極管后，LED筒燈，全部交由用戶進行評測。而這種方式的話，需要花費1個月才能得到評測結果。這樣，在評測結果出來后再怎么改進，也無法趕上其他公司的開發速度。

　　押寶發光二極管

　　“如果不自已制造發光二極管，即使用戶說不行也無法反駁”。中村通過與社長直接談判，最后終于成功地導入了發光二極的制造設備和評測設備。

　　而且單結晶的制造人員也得到增加，GaAlAs單結晶的開發由此步入了正軌。最后，中村順利完成了開發。

　　對于該研究課題，中村給自己打了100分。從制造裝置開始，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技術的情況下，依靠一已之力確立了GaAlAs單結晶的制造技術。而且還成功地將其變成了一項業務。

　　盡管如此，比自己后來公司、接替自己工作的人都一個個升遷，自己卻被拋在人后，殘酷的現實使得中村萌生退意。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……

　　經過反復思考，中村最后得出的結論如下：即使開發取得成功，產品賣得不好的話，自己就不會受到好評，不暢銷就得不到肯定。因此要選擇開發成功后會形成大業務的課題。就這樣，戶外照明，中村選擇了高亮度藍色發光二極管這項課題。如果研究成功的話，產品肯定會暢銷。

　　要想研究藍色發光二極管，就需要不同于GaAlAs的結晶生長技術。中村決定先學習這一技術。1988年3月，中村修二登上了飛往美國弗羅里達的航班。他將以研究員的身份在佛羅里達大學學習一年。

　　去美國做訪問研究員的契機，來自中村拜訪在德島大學求學時的校友酒井士朗（現德島大學教授）的交談。要制造藍色發光二極管，必須從形成用于藍色發光二極管的單晶膜著手。其技術包括MBE法（molecular beam epitaxy，分子束外延）和MOCVD法（metal organic chemical vapor deposition，金屬有機物化學氣相沉積）。中村毫不猶豫地選擇了MOCVD法。原因是MBE裝置的價格高達數億日元，公司根本不可能考慮購置。

　　中村去的研究室本應有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在開始制造。就這樣在美國，星級酒店照明燈具，中村同樣開始為制造裝置而忙碌起來。每天忙于配管和焊接，簡直和在日本時沒有什么兩樣。他不禁想， led商業照明，難道自己是為做這些工作千里迢迢來到佛羅里達的嗎？

　　除了中村之外，當時研究室還有數名來自韓國和中國等國家的研究員。中村陪著笑臉央求：我一個月之后必須回日本，時間很緊，裝置能不能讓我優先使用。得到的回答卻是No。中村只進行了3、4次結晶生長實驗，就要為在美國的學習畫上句號。

　　不知是覺得中村可憐，超市照明，還是看中了中村出色的焊接和配管技術，研究室的教授挽留他：“我給你發工資，再待一年吧”。但在美國期間，給中村留下的不愉快回憶太多了。

　　中村去美國之前沒有寫過一篇論文，因為公司不允許。就是因為這個原因，好不容易以研究員的身份去美國，對方卻沒有把他當做研究人員對待，連開會都不通知他。該大學還有研究發光二極管的人員，但中村想請教問題時，人家愛理不理的。

　　在美國學習期間，中村還第一次體會到了以前只聽說過的“種族障礙”。美國人會很自然地和美國人在一起，亞洲人也會和亞洲人形成一個圈子。盡管好不容易獲得了與來自世界各地的研究人員一同工作的機會，相互之間卻沒有交流。

　　中村回顧在美國學習的日子時說道，“沒有一點兒好的回憶”。但是回國后等待著他依然是痛苦的日子。他為“回來之后沒有崗位”而苦惱。在美國沒有學到技術，回來后沒有工作崗位，什么都是沒有，中村只能一切從零開始。

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