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中村修二诺奖场合当众扇日本响亮耳光，情何以堪！？: 热度 29 laserdai 2014-12-12 21:23; 每年的12月10日是诺贝尔的生日，诺贝尔奖的颁奖典礼就定在这一天。 2014的诺奖颁奖典礼刚刚举行，徐磊博主刚好在瑞典，得到好机会出席了2014各位诺奖获得者一起举行的一个面向大众的 Nobel minds 节目，几家世界大的电视台都在录制。期间有个关键细节被注意到：节目录制中一个有趣的片段是，中村修二在回应主持人关于自己成为日本的骄傲时，他说他拿的是 USA 的护照，他是代表 USA 领奖的，看来在日本公司的经历留给了他不太愉快的感受。说完这话的时候，坐在他左侧的 Eric Betzig 拍了拍中村修二的肩膀。不知道日本的普通民众看到这个片段，心里会怎么想... 中村修二的世界重大成果完全是在日本本土取得的，跟任何他国没有半点关系，本博以前多次关注过。后来，他所在的那个日本小公司（日亚化学公司）恶意整他：如此大的科技成果，才奖励2万日元（相当于200美金，人民币1250元）。我推测跟文革手法比不上但是也差不了多少了。这种待遇太不公平了，所以中村修二36计走为上策，跳槽去了美国，这个日本小公司还不放过他，竟然继续纠缠要求他不准继续在此领域工作。中村修二十分生气，反诉这个日本小公司索赔200亿日，折腾了好长时间，最后庭外达成协议，日本小公司赔偿中村修二8。4 亿日元，从此两家表面上扯清了。中村修二心中的窝囊一点没有消，官司结束后他公开向记者说出了”日本司法制度已经腐烂”的心声。就这么一场折腾，中村修二放弃了日本国籍，加入了美国国籍。所以才有了上面，在2014诺贝尔奖的公众场合，面对世界顶级媒体，中村修二说出了如此刺耳的话。我没有去过日本，不知道日本人是不是讲究面子和要脸。中村在如此公众场合对准日本扇出了一记响亮的耳光！情何以堪？！假如这件事情出现在中国，会是怎样？中村修二当年会被那样对待吗？就算后来打官司阶段，中国的法院会那样处理这起诉讼吗？对待知识分子就应该用不同手法，文革手法肯定不行。我想，如果有一天这里的王鸿飞博主，或者贾伟博主站在了瑞典的领奖台上，他们会说：我拿的是 USA 的护照，我是代表 USA 领奖的？; 个人分类: 社会文化历史|7560 次阅读|63 个评论

[转载]【高亮蓝光LED开发故事图文版】（6. 学者对报道的点评）: 热度 1 ygan507 2014-10-21 17:20; 【开发故事】高亮度蓝色发光二极管开发（编后篇）：学者对研发报道的不同观点特约撰稿人：酒井士郎，德岛大学 2010/04/05 前文：引言： 20 世纪的伟大发明 —— 高亮度蓝色发光二极管（二）：设备需自制、部件反复用，不堪回首的开发期（三）：带着失意回国，一切从零开始，整日忙于装置改造（四）：苦熬十余载迎来柳暗花明，研发开始迅速推进（五）：难关突破，终于投产，一鼓作气开发激光器　　最近，多年悬而未决的蓝色发光二极管 (LED) 终于实现了产品化。身为一名材料研究人员，笔者对此成就自然不胜欢喜。《日经电子》长篇详细报道了日亚化学工业取得的业绩，并聚焦核心人物中村修二进行了连载报道。　　在拜读了这些报道后，笔者感觉文章对 GaN LED 开发历程的认识与自己的观点有较大差异，因此想借此机会，在回顾开发历史的同时，阐述一下一名研究人员的意见。 GaN LED 开发历史　　图 1 将英国电气工程师学会（ IEE) 的数据库 INSPEC-A( 收录文献约 290 万篇 ) 中以 GaN 为关键词收录的 758 篇论文按照年份进行了细分。当然这一收录未必囊括了所有论文，而且有些论文可能与 LED 也无多大关系，但从中仍可以看出研究的发展趋势概貌。图 1 ： GaN 相关论文的数量在不同年份的变化 ( 点击放大 ) 从图中可知， 1968 年首篇论文发表， 1969 年有关结晶生长的论文发表。相关研究在 20 世纪 70 年代达到一个高峰，论文数量在 20 世纪 80 年代数量基本固定，而进入 20 世纪 90 年代后开始激增。制造具有实用性的高亮度 LED 需要采用多项重要技术。表 1 列出了这些技术的最初实现年代及发明者姓名。对照图 1 来回溯上述历史过程就会发现一个有趣的现象。在 1969 年材料合成取得成功的促动下，研究活动在 20 世纪 70 年代活跃起来迎来了一个研究高潮。最初的 LED 及光激发激光器在 20 世纪 70 年代初期就已经实现。但由于存在未能实现 p-n 结型、发光强度不足等重大缺陷，之后论文数量趋于减少。表 1 ： GaN 类半导体的主要研究成果　　不过，进入 1991 年后论文数量再次出现激增。估计这是受到了 1989 年实现 p 型层的影响。接着， 1992 年实现高效 LED ， 1993 年实现蓝色 LED ，研究活动变得更加活跃，本年度（指本文发表的 1995 年，原译者注）论文数量将一步增加。 1991 年论文数量开始迅速上升，其契机正是源于 p 型层的实现。当时由于其他难点都已得到解决， p 型层这一最后的障碍得以清除，所以立即有大量研究人员投入到了研究之中。　　通过回溯历史可以看出，名古屋大学赤崎勇教授 ( 现为名城大学教授 ) 的研究小组在 LED 基本结构的研究上可谓功不可没，之后日亚化学工业的中村修二为开发实用性 LED 做出巨大贡献。从这一历史过程来看，此次《日经电子》的报道仅涉及到了后者，令人感觉有失偏颇。日亚 GaN 研究的启动过程 1986 年笔者到美国佛罗里达大学从事 MOCVD （ Metal Organic Chemical VaporDeposition ，金属有机物化学气相沉积）研究。当时笔者对在 Si 晶圆上使 GaAs 实现结晶生长的研究前景感到不安，所以对宽能带隙半导体进行了调查。在对 II-VI 族半导体及黄铜矿半导体等进行调查之后，笔者在 1987 年得出的结论是 GaN 类半导体最为有望。主要理由有两点，一是与 II-VI 族半导体相比，虽然研究人员数量较少，但成果却较多；二是存在的问题也比较明确。　　当时笔者认为 GaN 类半导体的问题在于：（ 1 ）大量的 N 空穴起施体作用，难以实现 p 型，（ 2 ）由于 AIN 、 GaN 、 InN 的生长条件大为不同，因此混合在一起的结晶生长颇为困难。 1988 年笔者决定到德岛大学赴任之际，日亚化学工业启动了 GaN LED 的研究。当时笔者考虑，如果 V 族原子（氮）的空穴是问题的根源的话，那么用 V 族原子填埋即可解决该问题，所以通过添加 P （磷）、 As （砷），或者 C （碳）来填埋的话，就有望形成受体。笔者将此想法提案给日亚化学工业，该公司开始了研发尝试。另外，为了降低生长温度，笔者还提出了用有机氮化合物来替代氨的方案，该公司也同样进行了尝试。　　为了以二元多层薄膜替代三元混合结晶， 1988 年笔者设计出了可形成多层薄膜的特殊 MOCVD 装置。之后，中村通过改进该装置，开发出了 Two-Flow 型 MOCVD 装置。关于研究成果的报道态度　　研究和开发就像是汽车的两个轮子，少了哪一个都不行。人们的目光总是容易盯在直接创造出产品的开发上，而往往忽视研究作为另一个车轮的重要性。无论是什么样的产品开发，一个人都不可能完成所有的工作，通常的做法大都是立足于以往的成果基础之上，明确哪些是自己的创意后进行开发。　　笔者认为，媒体不应该只对结果进行报道和评价，而是应该将焦点放在技术开发的过程以及前人的业绩上。这样做不仅是能够形成重视基础研究及独创性的风气，同时也是技术杂志的一份使命。（全文完）; 2144 次阅读|1 个评论

[转载]【高亮蓝光LED开发故事图文版】（5. 突破投产的收获期）: 热度 1 ygan507 2014-10-21 17:18; 【开发故事】高亮度蓝色发光二极管开发（五）：难关突破，终于投产，一鼓作气开发激光器记者：仲森智博 2010/04/02 前文：引言： 20 世纪的伟大发明 —— 高亮度蓝色发光二极管（二）：设备需自制、部件反复用，不堪回首的开发期（三）：带着失意回国，一切从零开始，整日忙于装置改造（四）：苦熬十余载迎来柳暗花明，研发开始迅速推进　　高亮度蓝色发光二极管开发故事的终结篇。从第二篇到第四篇，介绍了自中村修二进入公司、到蓝色发光二极管首次发光的过程。本篇将迎来大结局。高亮度发光二极管将完成开发。 GaN 发光二极管虽然发出了光，但光线相当暗。中村下决心从 pn 结型结构改为双异质（ DoubleHetero ）结构。之后开发速度迅速加快。开发也一帆风顺，在双异质结构中掺入杂质形成发光中心，实现了 1 cd 的亮度，并最终投产。信号灯等应用产品也相继开始出现。 1992 年 4 月，从美国学会讲演归来的中村为了开发出双异质结构，埋头研究 InGaN 膜的生成（表 1 ）。如果将双异质结构导入到 GaN 发光二极管中，亮度应该会大为提高（注 1 ）。（注 1 ：当时已完成的是 pn 结型发光二极管。 pn 结型仅仅将 p 型与 n 型半导体进行接合，构造简单。对 pn 结施加正向偏压以注入电子，当电子在空穴（ Hole ）中再接合时便会产生光。而双异质结构的发光二极管，则在能隙（ Energy Gap ）比发光层更大的半导体层夹入了发光层。发光层与周围半导体层之间的接合方面，两侧均为异质接合（不同材料间的接合）。在对 pn 结施加正向偏压时，所注入的载流子（ Carrier ）并不会全都从能带向能带迁移（再接合）。载流子的大部分将流出到电极，对发光不做贡献。如果是双异质型发光二极管，则发光层的能隙比周围更小。因此，载流子被关闭在发光层中，再接合的概率提高。所以，如果采用双异质结构，可将亮度提到比 pn 结型更高。）表 1 ：蓝色发光二极管开发年表　　从这一时期开始，中村的研究小组才得到资金及人才的投入。这是社长的决心产品化的体现。对于 GaN 发光二极管的研究，日亚已投入了数以亿计的金额。从公司角度来看，这个决策如同从京都清水寺的舞台上纵身一跳，生死只有天知道。终于等到了 GaN 发光二极管发光的这一天。所以公司希望尽早把其变成畅销产品。作为决定投资的对象，社长对其寄予的期待之大不言自明。　　然而，这种期待成了阻碍中村前进的障碍。社长认为哪怕稍微暗点也没关系，成天着急着要把 pn 结型发光二极管产品化。而中村已看透了 pn 结型发光二极管的局限性，希望将研究推向更深层次。因为他拥有短时间内拿出成果的自信。不顾众人反对，发起攻坚战中村决定先从 “ 中央突破 ” 来打开局面。他想方设法向社长介绍改用双异质结构的必要性，希望得到社长的理解。然而，这一努力没有收效。社长主张早日投产，毫不让步。　　既然如此，中村只好改变 “ 作战方针 ” 。中村决定表面上听从社长的意见。不过，只是听听而已。公司会议上，社长要求 “ 赶快投产 pn 结型产品 ” 。 “ 是是，知道了 ” ，中村满口答应。虽然答应下来，但其实中村丝毫没有推进 pn 结型产品化的意愿。中村全然不顾公司的想法，把自己关在实验室里一门心思开始双异质结构研究。　　果然不出中村所料， InGaN 膜的生长实验只用了 2 ～ 3 个月即有了眉目。之后，在 1992 年的 9 月份，双异质结构的 GaN 发光二极管终于试制成功了。虽然成功地发出了光，可是还比较暗（图 1 ）。中村拿给社长看，得到的评价是， “ 是你制作的啊，还是很暗 ” 。图 1 ：实现双异质结构。 1992 年 9 月，试制出双异质结构的蓝色发光二极管，并成功实现发光（ a ）。不过，此时还称不上高亮度。但是，这一成功，在开发现已生产出产品的高亮度蓝色发光二极管（ b ）方面是重要的一步。（ a ）首次发光的双异质结构蓝色发光二极管（ b ）现已生产出产品的双异质结构蓝色发光二极管。虽然还很暗，但能够在 GaN 材料上制作成功双异质结构，并且还发出了光，这本身就具有划时代的意义。其未来将具有无限的发展潜力。中村决定以论文的方式让世界来给出评判。他瞒着公司，持续在研发取得关键性进展时投稿论文。　　论文在欧美的研究人员中引起了巨大反响。表示赞赏的书信、索要中村过去所写论文的增印本的书信络绎不绝。然而， “ 在日本根本得不到承认 ” ，中村回忆当时的状况时这样说。 “ 日本的研究人员不是通过成果内容，而是通过公司名或者大学名来判断论文的可信度的吧。我试着询问过几位研究人员，回答说 ‘ 当时根本不信 ’ 的人居多。等高亮度蓝色发光二极管变成了产品，才急忙去读过去的论文的人估计有不少 ” （中村）。孤独的研究者　　按照公司的规定，在学会上发表论文是被禁止的。论文秘密地投稿不会被公司知道，而在学会上发表的话可能就瞒不住了（注 2 ）。因为在日本国内召开的学会，公司的研究人员会去听听。（注 2 ：在当时，公司规定禁止在学会发表演讲和投稿论文。然而，这一时期中村却投稿了多篇英文论文。在公司里，因为除了中村以外没有其他人订购英文论文杂志，因此不必担心投稿被公司知道。然而，如果在日本国内学会上发表的话，未必不会被公司知道。）不过，参加学会的意义已变得越来越小。这是因为，无法与其他研究人员进行深入的讨论。虽然对中村发表论文的那项成果信以为真的人较少是原因之一，但最主要的是中村太超前了。中村已不需要从学会上得到什么技术了。产品化成功的那一瞬间正在逼近。中村停止了一切学会活动以及论文投稿，精力只集中在 GaN 蓝色发光二极管的产品化上。产品化进入了倒计时阶段。　　这以后的进展是惊人的。为什么光线较暗的原因中村很清楚。第 1 个原因是，发光波长为紫外线。所以首先将其变成眼睛可见的蓝色光即可。为此，中村决定在发光层 InGaN 中添加作为发光中心的杂质（注 3 ）。（注 3 ：发光中心是在导带与价电子带之间、即禁带中设置的杂质能级（下图）。借助这一能级，电子与正孔进行再结合，从而发光。通过导入发光中心，可在采用相同能隙的半导体的同时，增加所发光的波长。）这样一来，所发光的波长从 420nm 跃升至 450nm ，人眼可见的亮度达到以前的 4 倍。这是 1992 年 12 月的事情。然而快速推进的步伐并未因这一成功而停顿。通过进一步调整膜的生成条件，逐渐提高结晶性。亮度在一天天地不断增高（图 2 ）。图 2 ：迅速提高的发光亮度。双异质结构实现了之后，这种蓝色发光二极管的亮度与日俱增不断提高。从最初的试制后过了约半年，亮度就上升到以前的 100 倍，达到 1cd 。终于亮度达到 1cd 终于来到了投产前的最终调整阶段。这一阶段主要是提高 GaN 膜及 InGaN 膜的结晶等级，以提高亮度。同时完善量产技术，提高成品率。中村断绝一切对外联络，把自己关在实验室里的日子。　　经过这样的努力，在 InGaN 双异质结构发光二极管试制成功后不到 1 年的 1993 年 10 月，产品化的条件基本具备了。亮度达到了 1cd 。是当时市售的采用 SiC 的蓝色发光二极管的约 100 倍。　　打破近 1 年的沉寂，蓝色发光二极管终于脱颖而出（图 3 ）。产品发布日定在 11 月 30 日。在此之前，中村与上司一起带着引以为豪的蓝色发光二极管，到日本主要的大学及研究机构等走访了一圈。其中，对这一成功给予了最大祝福的，是日本东北大学的西泽润一校长（图 4 ）。西泽校长当场就提出要向中村赠予博士称号（注 4 ）。（注 4 ：当时，中村已向其母校日本德岛大学申请取得博士称号。中村称，因此不得不割爱拒绝了西泽校长的好意。）图 3 （左）：投产 1cd 的高亮度蓝色发光二极管。中村展示用此次开发的蓝色发光二极管制作的显示板。图 4 （右）：受到西泽润一校长的赞赏。看到高亮度蓝色发光二极管后，日本东北大学的西泽校长立即挥毫题词。由此，中村获得了挺起胸脯发布成果的自信。终于到了产品发布的前一天。虽说是产品发布，但并不像大厂商那样租用一流酒店，召开隆重的发布会。而是向日本经济新闻社的德岛支局长公开了成果的内容。中村说，由于是 “ 亮度达到以往产品的 100 倍 ” 的震撼性成果，所以支局长一开始也并不相信。虽然召开的是只有内部人员参加的小型发布会，但该新闻却发表在了 11 月 30 日《日经产业新闻》的第一版上。接下来的目标还有很多　　自这一天起，日亚化学工业公司里，来自媒体的采访请求、以及来自用户及同行业其他公司的咨询蜂拥而至。每天能接到 40 ～ 50 个电话。这种状况持续了 1 周多。 “ 是这么了不起的一项成果吗 ” ，社长也慌了手脚。电话潮之后，又是一波访问潮。带着技术合作以及资助等各种提案，访问日亚化学工业的人络绎不绝。　　社长一个个地拒绝了这些提案。中村的 “ 人不为者，我为之 ” 信念终于获得了超越大企业的成果。社长同样也坚守其信念，即 “ 不依赖他人 ” 。此前，该公司一直凭借自己的力量进行研发。社长决定今后仍然自力更生搞下去。　　将那些喧嚣抛到脑后，中村继续进行着研究。虽然蓝色发光二极管生产出了产品，但作为研发目标的半导体激光器尚未完成。　另外，蓝色发光二极管完成后，消费者对绿色及蓝绿色发光二极管的需求变得愈发强烈。如果将此次完成的蓝色发光二极管，与早已产品化的红色及绿色发光二极管组合在一起，就能制造出全彩色显示的显示器（图 5 ）。但是，与蓝色及红色二极管的高亮度相比，绿色二极管的亮度较低。需要有更高亮度的绿色发光二极管。图 5 ：采用发光二极管的大型全彩色显示器面世。照片为近畿日本铁道开发、并于 1995 年 1 月设置在日本上本町火车站中央大厅的显示器。像素数为 320×240 。　　另外，红黄蓝 3 色发光二极管至此都已制造出来，将其应用于信号灯的大门也就由此打开。不过，日本的绿色信号灯的颜色是蓝绿色。所以还需要开发与此相匹配的发光二极管。力争实现能带间发光中村首先完成了蓝绿色发光二极管。目前，采用这种发光二极管的信号灯已面世，并获得了实用（图 6 ）。剩下的是激光器以及高亮度绿色发光二极管了。图 6 ：信号灯上所采用的蓝绿色发光二极管。当时在日本爱知县以及德岛县进行了试验性设置。采用发光二极管的信号灯由于不发光时无色，因而可防止误认。要想采用 GaN 材料制造出蓝色半导体激光器，存在着 2 个难题。第一个难题是，需要实现半导体激光器所需的能带间发光（注 5 ）。在夹持 InGaN 的能隙的情况下，可通过能带间发光得到蓝色。通过进一步夹持能隙，还可实现绿色发光二极管以及半导体激光器（注 6 ）。（注 5 ：现在生产的发光二极管如果进行能带间发光，则会发出紫外线光，因此，此前一直是通过将发光中心导入发光层，借此实现蓝色发光。然而，用这种方法制造不出半导体激光器。不过，如果能增加发光层 InGaN 的 In 浓度，并夹持 InGaN 的能隙的话，则可通过能带间发光得到蓝色。如果能进一步提高 In 浓度，则可相应地夹持能隙，从而实现蓝绿色及绿色发光二极管以及半导体激光器。）（注 6 ：在 InGaN 中，通过改变 In 与 Ga 的比率，能够改变能隙。如果逐渐增加 Ga ，能隙可扩大到最大 6.3 eV ，相反如果逐渐增加 In ，能隙可缩小到最小 2.0 eV 。通过这样改变能隙，在红色直到紫外线的波长范围内，可制作出任意光色的发光二极管。不过，越是增加 In ，则制作结晶性较好的 InGaN 膜将变得越困难。）　　另一个难题是，在 GaN 材料上制作出激光器振荡所必需的构造。目前的半导体激光器采用以镜面覆盖双异质结构发光二极管的发光层的构造，借此将光封闭在内，使光发生共振。结晶膜的解理面（注 7 ）被作为镜面使用。但是， GaN 无法劈开。必需用其他手段制作共振面。（解理面＝晶体在某个特定方向上容易裂开并形成的平滑面。制作这种解理面，称为劈开。切断半导体单晶等材料时，会利用劈开的方法。不过，根据晶体的种类，有容易劈开的以及不能劈开的之分。）　　能带间发光有望得到实现。比目前的蓝色发光二极管亮度更高的蓝色发光二极管以及绿色发光二极管，在不久的将来都会制造出来。　　在剩余的难题 —— 共振面方面，目前正在加快完善采用蚀刻法形成共振面的技术。中村充满自信地表示 1995 年年内成功实现室温振荡发光。周围的人终于理解自己了　　所有的事情都在顺利进行。在不被学会承认的情况下，中村坚信能够成功，因而一门心思地搞研究。其付出的辛苦结出了硕果。自此开始，局面完全改变。学会请他去发表演讲的邀请函接连不断。他的生活从终日躲在研究室里，变成了飞来飞去发表演讲。　　研究的环境也大为改观。此前是孤独一人开展研究，如今研究员已增加到 5 人。中村开始主动在工作内容中增加管理工作的比重。虽然他嘴上说 “ 因为我是凡事亲力亲为的性格，所以还有点寂寞 ” ，但看到已能独当一面的年轻技术人员的成长，中村还是满意地眯起了双眼。 “ 不过变化最大的，是得到了周围人的承认吧。过去尽管发光二极管制成了，并且发出了光，但周围的人还是不相信你。又在浪费钱，真的成功了吗，真的能赚钱吗，这么说的比比皆是。现在这种状况改变了。大家对我开始尊敬起来 ” 。这样说着，中村不好意思地笑了。（未完待续，记者：仲森智博）; 2340 次阅读|1 个评论

[转载]【高亮蓝光LED开发故事图文版】（4. 柳暗花明的推进期）: ygan507 2014-10-21 17:13; 【开发故事】高亮度蓝色发光二极管开发（四）：苦熬十余载迎来柳暗花明，研发开始迅速推进记者：仲森智博 2010/03/31 前文：引言： 20 世纪的伟大发明 —— 高亮度蓝色发光二极管（二）：设备需自制、部件反复用，不堪回首的开发期（三）：带着失意回国，一切从零开始，整日忙于装置改造　　本文是高亮度蓝色发光二极管开发故事的第四篇。在第二篇和第三篇中讲到开发人员中村修二进入公司后，在蓝色发光二极管的研究方面取得了初步成果。本篇讲述的是从开发工作开始步入轨道到二极管发出光亮的过程。自从制出作为发光层的 GaN 膜后，开发工作开始顺利推进。中村修二完成了平滑 GaN 膜的生长、 p 型 GaN 膜的制造以及 pn 结发光二极管的试制。中村顺势将有望用于半导体激光器的双异质结结构作为目标。但就在此时，一个意外的障碍出现了。　　在遭遇突然无法制造出高质量 GaN 膜之后，时光转眼就过去两个月了。装置改造，尤其是气体喷出方式的精调仍在继续之中。不过，上天并未抛弃中村。就在 1990 年都快要结束的时候，中村摸索找到了可以使 GaN 膜稳定生长的条件（图 1 ）。图 1 ： GaN 膜再次开始生长。在 1990 年 9 月份以来的两个月内，薄膜持续处于无法生长的状态。一旦气体的喷出角度等出现微小偏离，薄膜就会无法生长。经过两个月的反复试验，终于开始掌握了生长条件。引自 1990 年 12 月 25 日的实验笔记。当初能够制成高质量 GaN 膜几乎是个奇迹。因为只要薄膜的生长条件稍有变化，就会完全无法成膜。当初可以说是在如此严格的条件下，偶然制出了薄膜。不管怎么说还是成功了。中村以此为激励，成功地探索到了稳定的成膜条件。研发形势朝着中村设想的方向发展。辛苦终于得到回报苦苦坚持了十多年。这期间中村经历了接二连三的磨难。埋头研究玻璃焊接的新人时代、每天忍受爆炸事故危险的时代（注 1 ）、忙于制造装置的美国留学时代，等等。原本认为可能会白费的努力，在今天都变成了肥沃的土壤，开始催生丰硕的果实。（注 1 ：中村在进入公司那一年负责的研发课题是制作 GaP 结晶。将 Ga 和 P 封装在石英玻璃中进行加热。这时经常会发生爆炸事故。发生爆炸后玻璃就会四处飞散，周围如同失火。）　　曾经的辛苦丝毫没有白费。玻璃焊接、气体管路以及装置制造，这一切都是为成功开发出蓝色发光二极管所做的铺垫。正是因为拥有这些丰富的经验，中村才能够轻松完成 MOCVD 装置的制造和改造工作。在制造 GaP 结晶时，虽然开发取得了成功但却没能战胜大型厂商的痛苦经历让中村坚定了 “ 做别人没有做过的事 ” 这一信念，这成为了他取得成功的契机。　　就连之前的爆炸经历也都变成了好事。被人认为是危险的 MOCVD 装置改造工作，中村也都能够充满勇气地果敢前行。命运的所有齿轮都向着成功开发出蓝色发光二极管的方向转动。犹如神助的快速开发由此开始了。表 1 ：蓝色发光二极管的开发过程　　尽管如此，当时也就是在 1990 年年底的阶段，中村还只不过是终于制出了发光层的结晶膜而已（表 1 ）。必须要做的事情和必须跨越的障碍还有很多（图 2 ）。首先，必须进一步提高 GaN 膜的质量。最开始制成的 GaN 膜虽然迁移率比较高，但薄膜表面凹凸不平（注 2 ）。这样就无法层叠薄膜制成发光二极管。（注 2 ：在底板上生长单晶膜时，一般采用晶格常数（构成结晶的原子间距离）与将要生长的单晶膜基本相同的单晶底板。原因是单晶底板的结晶排列，会强烈地影响到在其上面生长的薄膜的原子排列。如果可以选择与薄膜具有相同晶格常数的底板，那么在底板上生长的薄膜也可以轻松地成为单晶。至于 GaN ，则没有晶格常数与 GaN 基本相同的底板。因此，一般在底板中采用晶格常数有 15.4% 不同的单晶 Al 2 O 3 （蓝宝石）。强迫 GaN 单晶在其上面生长。因此，很容易形成表面有凹凸的薄膜和多晶膜。）图 2 ：开发目标是 p 型膜的生长和 pn 结发光二极管的试制。在 1991 年年初，中村将这两件事情作为了目标。这一目标在 1991 年 3 月轻松完成了。引自 1991 年 1 月 16 日的报告。为了制出平滑的薄膜，中村在 GaN 膜下面设置了基础层（缓冲层）。日本名古屋大学的研究小组通过将 AlN 膜用作缓冲层，成功地生长出了平滑的 GaN 膜。中村采用相同的方法进行了试制，果真制成了平滑的薄膜。但是，不能原封不动地仿效别人的方法。这不符合中村的 “ 做别人没有做过的事 ” 这一信条。　　因此，中村决定试试在缓冲层中采用 GaN 而非 AlN 的方法。具体方法是在低温生长的非结晶状态的 GaN 膜之上，在高温条件下生长出 GaN 单晶膜。只要这个取得成功，就可以制出与在底板上直接生长单晶 GaN 膜相同的构造。中村立即进行了尝试。成功了！而且意外地简单（图 3 ）。图 3 ：将 GaN 作为缓冲层生长 GaN 膜。通过采用这种方法，可以制成薄膜表面平滑、结晶质量较高的 GaN 膜。引自 1991 年 2 月 4 日的报告。　　中村好像有高人暗中相助一样，万事都顺利得很。中村甚至心里纳闷 “ 这么简单的事情，为什么别人都没有去做呢？ ” 。后来才知道，在缓冲层中采用 GaN 膜，对中村以外的人来说是一件非常困难的事情。因为中村一直使用的 “Two-Flow” 法可以顺利进行。但是对采用不同方法生长 GaN 膜的许多研究人员来说，他们都未能获得满意的结果。　　在缓冲层中采用 GaN 的方法，只有在非常特定的成膜条件下才会取得成功。但是只要取得成功，便可制成平滑且高质量的薄膜。而在缓冲层中采用 AlN 的方法，平滑膜生长的条件范围很大。任何人都可以进行再现实验结果。但是难以制成高质量的薄膜。偷懒都带来了成功　　中村在 1991 年 1 月成功地制成了以 GaN 为缓冲层的高质量 GaN 膜。下一个课题是制作 p 型 GaN 膜。通过向 GaN 膜中加入杂质，可以简单地制成 n 型膜。但却难以制成 p 型膜。　当时名古屋大学的研究小组制成了向 GaN 中添加 Mg 作为杂质的薄膜，而且获得了通过向该薄膜照射电子束、制成 p 型 GaN 膜的实验结果。中村也仿效了这一方法。但这次实验进行得非常不顺利。虽然将试料放到扫描电子显微镜中照射了电子束，但是一点都未能形成 p 型。　　在改变各种条件推进 P 型膜制作的过程中，一件小事却成全了 p 型膜。这就是采用荧光体评测用装置而非电子显微镜进行电子束照射后，材料形成了 p 型。日亚化学工业的主力产品是 CRT 中使用的荧光体。日亚化学工业有许多在加热荧光体的过程中照射电子束，然后评测发光状态的装置。只有采用这种装置制作的材料在照射电子束后形成了 p 型。　　但是，并不是采用该装置制作的所有材料都能形成 p 型。偶然形成 p 型的试料，其实是由一个偷懒的行为带来的结果。评测荧光体时，需要一边加热载物台一边照射电子束。下一次使用该装置时，要等到加热的载物台冷却后才能使用。而形成 p 型的材料，就是中村偷懒，未等到载物台冷却便照射了电子束的那些试料。成功了！发光了！还太暗！不过，只照射电子束是不行的。中村通过一边加热试料一边照射电子束，首次制成了 p 型膜。这是一个新发现。不过，中村不知道为什么这样做就可以形成 p 型。反复思索后中村得出的结论是：其实不需要照射电子束。中村的感觉是对的。进行实验后发现，只进行加热也可以制成 p 型膜。这个发现推翻了原来的需要照射电子束的定论。这样可以比原来预想的简单地多地制成 p 型膜。 n 型膜和 p 型膜制成后，剩下的就是二极管了。中村在 1991 年 3 月试制出了 pn 结（注 3 ）型 GaN 发光二极管，并观测到了首次的发光情况（图 4 ）。二极管终于发光了。当时大家都以为中村一定会高兴得蹦起来，结果中村在看到发光后反而多少有些失望。在发光层中采用 GaN 的发光二极管发出了紫外线。用肉眼来看的话，即便是奉承，也无法说达到了明亮的程度（图 5 ）。听到喜讯赶来的社长轻声嘟囔道， “ 好暗啊。这样可没法作为商品出售 ” 。（注 3 ： pn 结发光二极管可以说是只接合 p 型和 n 型半导体的、构造最简单的发光二极管。向 pn 结中加载正向偏压，然后注入少数载流子。此时，作为少数载流子的电子处于偏离热平衡状态的高能量状态。该电子与作为多数载流子的空穴复合时会发光。利用这种发光现象的就是 pn 结发光二极管。）图 4 （左）：评测二极管发光状态的中村首次观察 GaN 二极管的发光情况是在 1991 年 3 月。图 5 （右）： pn 结 GaN 发光二极管。亮度为数 mcd 。由于是紫外线发光，因此外表较暗。让中村更加失望的消息也在此时从美国传来。这就是美国 3M 公司采用 II-VI 族的 ZnSe 类材料，成功实现了蓝绿色半导体激光器的振荡发光。 “ 完了。让 II-VI 族抢先了。对手甚至跳过发光二极管阶段，直接成功地实现了半导体激光器 ” 。就在成功近在咫尺的时候，中村却完全陷入了意志消沉的状态。杂志和学术期刊更是争先恐后地报道： “ 蓝色发光基本上就是 II-VI 类族了。 GaN 希望渺茫 ” 。目标是激光器就在此时，美国的一个学会向中村发出了邀请，请他去做特邀演讲。虽然请示了社长，但得到的答复如同中村预想的那样是 “ 不许去 ” 。日亚化学工业禁止员工在学会发表任何成果（注 4 ）。即便是特邀演讲也不例外。虽然美国学会盛情相邀，但中村不得不拒绝了邀请。不过，对方也非常执着。他们以为被拒绝的原因是因为日亚化学工业是一家中小企业，拿不出差旅费，便又再次发出了邀请：我方负责差旅费和住宿费，希望能到会发表演讲。（注 4 ：当时，日亚化学工业按照社长的方针，完全禁止员工向学会投稿或进行学会发表。但是，中村曾经有过一段因为没有写论文而在美国不被认可为研究人员的痛苦经历，他偷偷地向学会寄出了论文。除了中村以外，在日亚化学工业甚至没有人会阅读杂志和学术期刊，因此即便发表了论文也不担心会被发现。论文写作是在休息日进行的。中村甚至有过休息日在公司正对着电脑写论文时社长到来，结果中村慌忙拔掉电源开关的经历。）　　中村给美国的学会写了回信： “ 如果想让我去发表演讲的话，请给我们社长写封信。只要社长不同意，我就无法去发表演讲 ” 。不久，社长收到了一封长信。被对方热情所打动的社长，勉强答应了。不过，费用由日亚化学工业承担。社长表示 “ 没有比免费更可怕的事情了 ” 。　　强忍着被 ZnSe 抢先的失望感，中村向美国出发了。他在美国第一次知道了 ZnSe 类半导体激光器的全貌。当听说寿命还只有秒级的时候，中村非常欣慰。他试制的 GaN 类 pn 结发光二极管的寿命已经超过 1000 个小时。他还没有输！　　向周围的人询问后才知道，原来大家其实都已经知道了 “ZnSe 类虽然可以振荡，但寿命较短 ” 这个事实。只有一直被禁止参加学会活动的中村不知道，才独自一人陷入了意志消沉的状态。　　总之真是太好了！中村原本是强忍着失望出发到美国的，回来的时候却是精神百倍。下一个研究目标已经决定。他豪迈地表示 “ 绝不输给 ZnSe 。要用 GaN 制造出半导体激光器 ” 。要想制造半导体激光器，就不再是 pn 结，而必须实现双异质结构造了（注 5 ）。中村回国后立即着手制作实现双异质结结构所需要的 InGaN 膜。他很有自信。因为他相信只要做就一定会成功。（注 5 ：双异质结结构是指通过能隙大于发光层的半导体层来夹住发光层的结构。发光层和周围半导体层之间的接合，两侧都是异质结（指不同材料间的结合，相同材料间的接合称为同质结）。向 pn 结中加载正向偏压时，注入的载流子并不是都从一个能带过渡（复合）到另一能带。载流子的大部分都流出电极被浪费了。采用双异质结时，发光层的能隙小于周围。因此，可以将载流子锁在发光层中，提高复合概率。双异质结结构用于高亮度发光二极管和半导体激光器中。）　　但是，难题一个接着一个。在中村刚开始实验，就碰到了一个很大的障碍。而且问题还出现在意想不到之处。（未完待续，记者：仲森智博）; 2123 次阅读|0 个评论

[转载]【高亮蓝光LED开发故事图文版】（3. 从零开始的改进期）: ygan507 2014-10-21 17:07; 【开发故事】高亮度蓝色发光二极管开发（三）：带着失意回国，一切从零开始，整日忙于装置改造记者：仲森智博 2010/03/30 前文：引言： 20 世纪的伟大发明 —— 高亮度蓝色发光二极管（二）：设备需自制、部件反复用，不堪回首的开发期　　本文是高亮度蓝色发光二极管开发故事的第三篇。上篇讲述了开发人员中村修二从进入日亚化学工业到选定蓝色发光二极管作为研究课题的过程。本篇将继续讲述中村从着手开始研究到成功地使选定的 GaN 材料生长出结晶膜的故事。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 …… 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（ Universityof Florida ）学习一年（表 1 ）。表 1 ：蓝色发光二极管的开发年表。　　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（ metalorganic chemical vapor deposition ，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 （ molecularbeam epitaxy ）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 （ metalorganic chemical vapor deposition ）法是在底板上沉积薄膜的 CVD （ chemical vapor deposition ，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。图 1 ：中村在美国时制造的 MOCVD 装置。中村 1994 年秋季访问弗罗里达时，与自己安装的这台仍在运转的装置再会　　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（ Energy Gap ）为 3.4 eV 。通过与 InN （能隙为 2.0 eV ）及 AlN （能隙为 6.3 eV ）形成混合结晶，可使能隙介于 2.0 eV 到 6.3 eV 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。）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，以及名古屋大学赤碕勇教授（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。）图 2 ：底板的加热方法。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 ——NH 3 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（图 3a ）。图 3 ：改变气体的导入方法。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。（ a ） 1990 年 8 月 27 日的实验笔记；（ b ） 1990 年 9 月 10 日的实验笔记。 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 3b ）。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 …… 图 4 ：高迁移率 GaN 膜生长成功。 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。（未完待续，记者：仲森智博）; 2245 次阅读|0 个评论

[转载]【高亮蓝光LED开发故事图文版】（2. 不堪回首的开发期）: ygan507 2014-10-21 17:01; 【开发故事】高亮度蓝色发光二极管开发（二）：设备需自制、部件反复用，不堪回首的开发期记者：仲森智博 2010/03/29 前文 : 引言： 20 世纪的伟大发明 —— 高亮度蓝色发光二极管　　本文将以连载形式介绍高亮度蓝色发光二极管的开发故事。本篇为中村修二从进入日亚化学工业到着手研究蓝色发光二极管的整个过程。中村在进入该公司后一直在开发金属 Ga 、 InP 、 GaAs 、 GaAlAs 等单结晶材料及多结晶材料。为了节约经费，从设备到部件加工的整个过程均由中村一人完成。虽然开发最终取得成功，并顺利启动了业务，但产品却卖不出去。焦急之下，中村选择了蓝色发光二极管作为下一研究课题，而这是一种只要能业务化必定会畅销的产品。　　总部位于日本德岛县阿南市的日亚化学工业（以下简称日亚，注 1 ）是当地颇为有名的公司。因为该公司有长达三周的夏季休假制度。员工将这一长假全部用到了阿波舞的练习上。而且到阿波舞演出正式举行时，该公司还会派出员工组成的 “ 日亚方阵 ” 跳上大街。（注 1 ：日亚化学工业是总部位于日本德岛县阿南市的化学品厂商。员工数量在 1994 年 4 月为 640 名，销售额在 1993 年 1 月～ 1993 年 12 月为 167 亿日元。主要产品为 CRT 及荧光灯等使用的荧光体材料，占销售额的 8 成～ 9 成。此外还制造化合物半导体材料、真空蒸镀材料、溅射靶材以及液晶面板背照灯等使用的 EL （场致发光）灯等。公司成立于 1956 年 12 月。在中村 1979 年进入公司时，销售额约为 40 亿日元，员工数量约为 200 名。）日亚在一举成为全球闻名的公司是在 1993 年底（表 1 ）。这源于该公司开发出了亮度达到 1cd 的蓝光发光二极管，并成功实施量产。曾一度被公认 “ 要到 21 世纪才能实现 ” 的高亮度蓝色发光二极管由此顺利地进入了实用期（注 2 ）。（注 2 ：日本电子机械工业会（ EIAJ ）电子显示器和电子管业务委员会电子显示器 2000 年研究会在 1993 年 7 月公布的《电子显示器产业 2000 年前景调查研究报告》中曾这样描述： “ 在可视 LED 中，蓝光 LED 被公认为最难实现高亮度化的产品，而且实际的开发进展也颇为缓慢，为了在 2000 年达到 1cd ，业界几乎找遍了一切可能性 ” 。）表 1 蓝色发光二极管的开发年表　　对于日亚的壮举，该领域的技术人员及研究人员与全世界一样感到震惊。而更惊奇的是，实现如此壮举的，并非在该领域长期从事研究的海内外知名大学，也非大型电子厂商，而是一家地方城市的化学厂商。由此，日亚的称呼从 “ 夏季休假的日亚 ” 变成了 “ 蓝光发光二极管的日亚 ” 。为了孩子选择回乡　　几乎全靠一己之力开发成功高亮度蓝色发光二极管的是当年 40 岁的研究人员中村修二（图 1 ）。中村 1979 年从德岛大学研究生院毕业后进入日亚。专业是电子工程学。图1：日亚总部内的蓝色发光二极管显示器展示区。站在左侧的就是开发成功蓝光发光二极管的中村修二。　　学生时代，中村当然向往到东京或大阪等大城市工作。但到了毕业参加工作时，中村却已经有了孩子。他在上大学时就结婚了。 “ 单身的话，可以留在城市闯一闯。但有了孩子的话，还是到乡下生活的好。不想因为工作而牺牲家庭 ” 。正是这种想法最终使中村与日亚结下了不解之缘。　　但并不是说中村就没有犹豫过。实际上，中村也曾到总部位于京都的京瓷面试过。尽管通过了严格的考试，顺利获得了进入京瓷的机会，但结果中村还是放弃了。最后，中村选择留在了当地，也就是妻子娘家的所在地德岛市。　　日亚是中村的大学导师介绍的。虽然自己的专业是电子工程学，但中村希望从事材料开发工作，因此导师向他推荐了这家公司。不过，当中村来到日亚时却颇感意外。这只是一家员工仅 200 人的小型化学公司，到处都有一股刺鼻的硫化氢（ H 2 S ）的气味（注 3 ）。 “ 这家公司怎么这么脏啊！ ” ，这就是日亚给中村留下的第一印象。（注 3 ：硫化氢的气味类似臭鸡蛋味。 ) “ 濒死 ” 的开发课　　进入日亚后，中村被分到了开发课。进入公司后中村发现，这里的员工全部都是阿南附近的人，像他这样来自德岛的还真少见。而且，中村还是该公司第一个学电子专业的员工。中村感觉公司是考虑到他学的专业与众不同，所以才把他分配到可以做新业务的开发部门的。　　中村最初负责的开发课题是提炼用于化合物半导体 GaP （注 4 ）中的金属 Ga 材料。虽说是开发课，但其实只是一名课长带着两名开发人员和几个助手的小部门。办公场所是由带屋顶的停车场改造的，只是在四周增加了围墙，十分简陋（图 2 ）。（注 4 ： GaP （磷化镓）是 III-V 族化合物半导体的一种。属于能带为 2.3 eV 的间接迁移型。通过电子 - 空穴的再结合可获得较强的发光现象（主波长为 590 nm ），因此可用作发光二极管的材料。但波长 580 nm ～ 590 nm 的黄色发光二极管用材料目前大多使用可获得高亮度的 GaAsP 及 In-GaAlP 等。）图2：开发课原址。现在用于对废弃物进行化学处理。气味仍像当年一样刺鼻。在置物架上，中村曾经用过的石英管还放在那里，只是上面布满了灰尘。在开始提炼金属 Ga 的几个月后，营业部门要求除了金属 Ga 之外还要制造有望畅销的 GaP 。当时开发课已经处于垂死状态，甚至开始有传言说 “ 马上就要撤销了 ” 。在这种情况下，恐怕也只有启动这一有望形成赚钱的业务了。公司随即指定中村来负责开发。当时的开发人员有两名。一名继续负责金属 Ga 的提炼，而另一名，也就是中村，则开始着手开发 GaP 。　　表面上听起来这是 “ 为了开拓新业务而进行的开发课题 ” ，但实际情况仍然严峻。因为并没有预算。所以无法购买相关设备。也买不起昂贵的部件。结果，只有完全靠自己来制造有关设备（图 3 ）。图3：中村自制的电炉黄昏时分的 “ 爆炸惯犯 ” 要使 GaP 实现结晶生长，需要使用昂贵的石英管。操作时，将石英管的一端封上，在管的两端放置金属 Ga 和 P 。然后再封上另一端，对管内进行真空处理。之后加热石英管，内部的材料就会气化，相互反应便可形成 GaP 。最后割开石英管，将反应生成物取出就能获得 GaP 。　　不过，问题是如何处理使用过的石英管。由于石英管价格昂贵，因此不能用完就扔掉。至少在日亚不能这样做。于是，中村决定将切断的石英管重新焊接起来，进行再利用。　　从那以后中村就开始没完没了地焊接石英管。 “ 我进入公司难道就是为了当一个焊工吗？ ” ，中村不止一次地问自己。而且最头疼的是爆炸事故频频发生。对封有 Ga 和 P 的石英管进行高温加热使，管内的压力会上升到 20 ～ 30 个大气压。这时，只要焊接部位有小小的损伤或是强度不足的话，石英管就会破裂。　　早上将材料封到石英管中。下午开始加热，当温度达到最高时正好是傍晚。爆炸总是发生在要下班的时候。巨大的声响往往传遍整个公司。 “ 又是中村 ” 。员工们一边调侃着，一边赶紧回家。上司不理解　　而此时此刻，中村在实验室里却正忙着上演一场激烈大战。　　逐渐习惯事故频发场面的中村制定出了一套自我保护措施，在自己的桌子与紧靠桌子设置的 GaP 制造设备之间吊起了金属板。这样就不用再担心爆炸时被飞散的石英片打中了。　　不过，石英管一旦爆炸的话，破裂的石英管碎片就会与加热到高温的 P 一起飞射出来。 P 是也可用作火柴材料的可燃物。当然会燃烧。带着火的碎块会向四处飞散。所以中村要追上去一个个将火灭掉。事故频发程度事后让中村回想起来都奇怪 “ 竟然平安无事没有出大事故 ” 。　　可是长期这样下去的话，身体可吃不消。怀着这种想法，中村与当时的上司谈了多次。只要采用对石英管内部进行高压处理的方法，爆炸事故就不会停止。因此中村想改用在低压也可制造出 GaP 的方法。但是，公司的想法很顽固： “ 发生爆炸是焊接得不好，并非方式的问题 ” ，所以没有接受中村的提案。　　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 （砷化鎵）是一种为人所熟知的最普通半导体材料。能带为 1.4 eV ，属于直接迁移型。电子迁移率为 8800 cm 2 /Vs ，空穴迁移率为 420 cm 2 /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 850 nm ），因此还被广泛用作发光二极管及半导体激光器材料。) 　　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。图 4 ：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（ Epitaxial Growth ），是制造半导体器件时的重要技术。液相外延（ LPE ： Liquid Phase Epitaxy ）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。）图 5 ：中村开发的液相沉积设备中村开发的装置目前仍在使用。　　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。（未完待续，记者：仲森智博）; 2326 次阅读|0 个评论

[转载]高亮蓝光LED开发故事图文版，原载日经技术网】（1. 前言）: ygan507 2014-10-21 16:46; （ 1995 年 1 ～ 3 月《日经电子》连载， 2010 年《日经技术网》连载中文稿。原网站浏览全文需注册，虽有国内网站进行了转载，但很遗憾存在无图无附注以及版式混乱等许多问题。这里连载的是版式优化的图文完全版，分为个六个部分。由于博文标题的字数限制，每部分博文的标题为博主所加，但力图反映原标题的风味。原报道的标题（标红）见各个博文。）【开发故事】高亮度蓝色发光二极管开发六个部分的链接如下：引言： 20 世纪的伟大发明 —— 高亮度蓝色发光二极管（二）：设备需自制、部件反复用，不堪回首的开发期（三）：带着失意回国，一切从零开始，整日忙于装置改造（四）：苦熬十余载迎来柳暗花明，研发开始迅速推进（五）：难关突破，终于投产，一鼓作气开发激光器（六）：学者对研发报道的不同观点中文稿原载日经技术在线网： http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/72306-201410080857.html 【开发故事】引言：20世纪的伟大发明——高亮度蓝色发光二极管记者：仲森智博 2010/03/29 20 世纪 90 年代中期使得超过人类身高的超大屏幕全彩显示器成为可能、 2000 年前后又为手机屏幕彩色化做出贡献的，就是高亮度蓝色发光二极管。蓝色发光二极管技术还成为了开发蓝色激光器的基础，其实用化使得录制高清节目的蓝光成为现实。高亮度蓝色 LED 通过与红色和绿色 LED 组合便可制造出各种颜色，接踵而来的便是促生出取代白炽灯和荧光灯的新一代节能照明巨大市场。　　日本的企业及大学为开发高亮度蓝色 LED 做出了巨大贡献。在 GaN LED 的研究阶段，名古屋大学赤崎勇教授（现为名城大学特聘教授）领导的研究小组取得了出色的成果。在之后的实用化及高亮度化阶段，日亚化学工业的中村修二（现为美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授）发挥了重要作用。 1995 年 1 ～ 3 月《日经电子》连续报道了中村从 GaN 类蓝色 LED 的研究开始到产品化为止的故事，此次本站将刊登该系列报道（指中文稿，转载者注），希望能向读者展现在该技术开发过程中，技术人员的艰辛与快乐。高亮度蓝色发光二极管之父：中村修二（未完待续，记者：仲森智博）; 3006 次阅读|0 个评论

[转载]中村修二：填补“绿光空白”《环球科学》2009年第5期: 热度 1 ygan507 2014-10-17 09:42; 中村修二：填补“绿光空白” 时间:2014-10-08 09:46 来源:环球科学（huanqiukexue.com）　　本文刊载于《环球科学》2009年第5期，这篇文章讲述了2014年诺贝尔物理学奖得主中村修二在发明了蓝光LED后，又如何挑战另一个难题：制造出坚固紧凑的氮化镓基绿光激光器。（《环球科学》链接： http://www.huanqiukexue.com/html/newcy/newxxjs/2014/1008/24871.html ）对于四季如春的南加利福尼亚来说，1月份正是一年中稀有的雨季。2007年1月下旬一个星期六的上午，美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（U.C.S.B）校委会的成员们正在冒雨召开周末分析例会。校长杨祖佑（Henry Yang）突然接到一个紧急电话。他匆匆向身边的助手交待了几句，就抓过自己的外套和雨伞，急急忙忙地穿过雨幕下微寒的校园，走进了固态发光与显示中心的大楼。本文作者之一中村修二就是这个科研中心的成员，因为发明了第一个蓝色发光二极管，他刚刚获得千禧科技奖。而在取得这项突破性进展之后，中村修二又进入固态（半导体）发光领域继续从事开创性研究，十几年来，相继研发出了绿色发光二极管和目前的蓝光播放器（Blu-ray disc player）中的核心器件——蓝光激光器。杨祖佑校长在10分钟后到达科研中心，人们正聚集在一间小小的测试实验室里。“中村修二也是刚到不久，还是穿着那件皮夹克，站在那里询问一些问题，”杨校长回忆道。中村修二的同事史蒂文·登巴斯（Steven DenBaars）和詹姆斯·C·斯佩克（James C. Speck）正与几个研究生及博士后讨论着什么。大家一边讨论，一边轮流看显微镜。轮到杨校长时，他从显微镜中看到，一束耀眼的蓝紫色光芒从玻璃般的氮化镓（gallium nitride，GaN）芯片中射出来。几天以后， U.C.S.B固态发光与显示中心的合作伙伴之一，日本东京罗姆微电子公司（Rohm Company）的另一个科研小组也采用类似技术完成了上述壮举。蓝色发光二极管本身并不是一个巨大的革命，但日本日亚化工（Nichia Chemical Industries，中村修二在那里工作到2000年）、索尼和其他一些公司在制作蓝光播放器所用的廉价氮化镓蓝光激光器时都陷入了困境。这些二极管的传统制作方法存着一些固有的缺陷，成品率低、成本高。 U.C.S.B和罗姆微电子公司的研究小组正在研发一种新的方法，用氮化镓及相关合金的晶体层来制作激光二极管。这种方法不仅意味着成品率更高，还有望取得更大突破：制造出坚固紧凑的氮化镓基绿光激光器——这是科学家和工程师一直梦寐以求的。绿色发光二极管将比目前的器件更加高效。进化使人类对绿色最为敏感，但各种激光器却无法直接发出绿光。上述成果即将改变这一现状，填补全色激光显示和激光投影仪所需的红绿蓝三色单元中的“绿光空白”。这将使激光投影仪更快地应用于电视机和电影院，能够比其他系统显示更为丰富的色彩；手持“微型投影仪”也将更快地应用到手机之类的电子产品当中。大功率绿色发光二极管还可应用于DNA测序、工业流程控制、水下通讯等许多领域。新视角传统制作方法是将镓、铟和氮原子沉积在蓝宝石衬底上，晶体层平行于衬底C面。新方法则使用了氮化镓衬底，晶体生长方向也改变了。上世纪90年代中期，人们开始使用氮化镓及其合金材料来制作发光二极管和激光二极管，这一重要进展催生了高亮度蓝光固态发光技术。此前，大多数研究者把研究重点放在硒化锌及其相关化合物上。新方法将一层非常平整的、纳米级厚度的铟镓氮薄膜夹在两层氮化镓之间（参见第28页插图），这种结构被称为异质结构（heterostructure）或者量子阱（quantum well）。通过施加适当的电压，研究者建立起一个垂直于这些层的电场，来驱动存在于铟镓氮活性层中的电子和空穴（晶体原子之间共价键上的价电子脱离后而形成的空洞，可以简单理解为带正电荷的准粒子）。在这些狭窄沟道里，电子和空穴相互复合、湮灭，并形成光子（photon）。活性层半导体材料的性质精确决定了这些光子能量。增加合金中铟的含量，可以降低光子能量，从而使光波波长变长，使颜色由紫到蓝，由蓝到绿。发光二极管中的光子几乎没有停留，立即离开量子阱，最多反射一两次就会射出器件，或者被其他层吸收。但激光二极管能产生相干光（coherent light），光子大都被限制在沟道中。两个高度反射的镜面，通常是二极管两端经过抛光处理的晶体表面，使光子在沟道内不停地来回反射，进一步激发电子－空穴复合。通过这种“受激发射”过程产生的激光，就像铅笔芯一样，细而直，颜色也极纯。氮化镓二极管的传统制法，是把一片蓝宝石薄衬底（现在更常用的是氮化镓衬底）放入反应室。热气流依次把镓、铟和氮原子沉积在衬底上，每一个单晶层中的元素量都须精确控制。每一层中的原子按照已经存在的晶体结构自动排列，这些结构则由衬底决定。晶体层一个原子一个原子地生长，平行于衬底C面，垂直于晶体六边形结构的对称轴（参见第29页插图）。不幸的是，带正电荷的镓离子或铟离子和带负电荷的氮离子一层层间隔排列，它们之间的静电力和内应力会产生垂直于C面的强电场，强度可能高达100伏/微米，相当于在一个普通人的头顶和脚底加上2亿伏的高压。电场把电子和空穴拉开，使它们难以复合并产生光子。实际情况是，电子堆积在长长的量子舞厅的一端，空穴则聚集在另一端，双方都不愿意走到对面去彼此相见。当发出的光线由紫变蓝、由蓝变绿时，一种令人困扰的“量子限制斯塔克效应”（quantum-confined Stark effect）就变得特别严重：随着二极管中流过的电流逐渐加大，越来越多的载流子会屏蔽一部分使电子和空穴彼此分开的内部电场，让能量较高的电子和空穴有机会复合，使发光波长朝蓝色方向偏移［称之为蓝移（blue shift）］。由于存在这些问题，十多年来，绿色激光二极管和高效率绿色发光二极管都只能是一个无法实现梦想（演讲者常用的激光笔也能发出绿光，但采用的方法无非是让半导体激光器发射红外辐射，再通过一种复杂而低效的倍频技术转换为另一种激光罢了）。 U.C.S.B和罗姆微电子公司研究小组开创的方法试图回避这些问题，他们首先沿大块结晶氮化镓的M面切片，然后把所得到的M面薄晶抛光（参见第29页插图）。在这些所谓的非极性衬底上制作的二极管，不会遇到常规极性C面器件的问题，因为由极化和内部应力引起的“惹事生非”的电场要弱得多。生长在氮化镓衬底上的二极管，也比蓝宝石上的二极管发光效率更高，这是因为它们的结晶缺陷（crystalline defect）更少。结晶缺陷是指不同层间界面上细小的不规则和不匹配，这种缺陷会起到关键作用，让电子和空穴在复合时产生不必要的热量，而不是我们想要的光。它们在生长过程中很容易向上蔓延，贯通二极管中的各个连续层，形成所谓的线位错（threading dislocation），并直达活性层。当日亚化工和索尼公司首次尝试生产蓝色激光二极管时，这些缺陷就起到了极大的破坏作用。和蓝宝石衬底相比，采用氮化镓衬底生长氮化镓或相应的合金，出现缺陷的情况就少得多。因此，生长在非极性氮化镓上的二极管可以发出更多的光，并减少相应的热量释放。非极性技术最早是在上世纪90年代后期提出的。从2000年以来，好几个研究小组都开始尝试利用这种技术，这里面就有U.C.S.B的登巴斯和斯佩克的小组。由于缺乏高质量氮化镓衬底，早期器件性能一般。然而从2006年开始， U.C.S.B中心的另一个合作伙伴——日本东京的三菱化学株式会社，开始向罗姆微电子公司和U.C.S.B的研究小组提供优良的低缺陷M面氮化镓衬底。这些边长不到1厘米的衬底，是从铅笔橡皮擦般大小的小氮化镓晶体上切下来的。有了新材料，2006年年底，罗姆微电子公司和U.C.S.B制造出了更高效的发光二极管，并在2007年初开始努力研制更具有挑战性的激光二极管。2007年1月27日，在那个下雨的星期六的上午，U.C.S.B研究生马修·施密特（Matthew Schmidt）在实验室里完成了制作激光二极管最后的步骤，把二极管拿到附近的测试实验室接上了电源。当他提高流经二极管的电流时，突然，一束蓝紫色光束发射出来了。 “哇！”施密特想，“我终于可以毕业了！” 他马上打电话给他的导师登巴斯。登巴斯的第一个念头是马修·施密特在开玩笑，但他还是很快通知了杨校长和研究小组中的其他人。于是便有了本文开头那一幕。他们都在数分钟内抵达实验室，亲眼看到了这个令人惊讶的成果。这是第一个非极性氮化镓激光二极管，工作波长为405纳米；罗姆微电子公司几天后制作的第一个类似器件也能发出同样波长的激光。流经这些二极管的电流只有日亚和索尼生产的商用器件的2~3倍，表明任何发热问题都是可以优化的。走向绿色科学家使用非极性和半极性衬底制得的二极管，发光波长更长，越来越接近绿光。在取得上述突破之后，U.C.S.B团队决定放弃极性二极管方面的大部分工作，专注于非极性器件，并且开始研究基于“半极性”氮化镓衬底的相关生长方法。半极性晶片切割角与主轴线约成45°角（参见第29页插图）。虽然在半极性衬底上制备的二极管中，内部电场要比非极性二极管中的电场高，但仍比极性二极管中的电场低得多。U.C.S.B的研究人员希望从中找出一种结构，制造出第一个绿色激光二极管，甚至波长更长的高功率发光二极管。罗姆微电子公司也在这些领域发力，把精力集中在了非极性衬底上。新衬底本身并不足以超越蓝色。绿色激光二极管需要在铟镓氮活性层中增加更多的铟，但额外的铟会加大内应力并影响晶体结构。它增加了晶体缺陷的数量，反过来又降低了光输出，并产生多余的热量。尽管缺陷增加，发光二极管仍然可以工作，但当颜色由蓝变绿时，效率会明显下降。而且，激光二极管更加挑剔，不能容忍如此多的缺陷。迄今为止，这种激光二极管取得的最高波长是488纳米，在频谱中处于蓝绿色（或青色）区域。铟镓氮层还必须在大约700℃的温度下生长，才能够防止铟原子从它与其他原子的结合物中分离出来。然而，与它相邻的氮化镓层生长温度却高达1,000℃，明显高出许多。高温导致的原子分离可以形成不均匀的铟合金，我们或称之为“岛屿”。这种“岛屿”又会导致不同位置的电子和空穴复合能量不同。这一变化使发射光谱范围太宽，无法产生激光所需的相干单色光。因此，提高反应温度在铟镓氮层上生长娇贵的氮化镓层时必须特别小心，以免形成过多“岛屿”。但是，随着铟浓度的增高，这种晶体生长过程会更为艰难。在极性二极管中，要减少这些“岛屿”的形成更加困难，超强的内部电场使人们不得不制备超薄的铟镓氮层，厚度不超过4纳米，只有大约20个原子厚。这种做法有助于让电子和空穴紧靠在一起，提高相遇发光的机会。由于非极性和半极性二极管内部的电场几乎可以忽略，铟镓氮活性层就可以做得较厚，可达20纳米。尽管这些更坚固的层中仍有“岛屿”形成，但它们大都出现在与氮化镓层相接的界面附近。限制这些“岛屿”可以提高产生激光所需的狭窄光谱的机会。更厚、更坚固的活性层也有助于用其他方式简化制造工艺，取消二极管多层结构中原先用来限制和引导光子的“包层”。自从2007年1月取得技术突破以来，U.C.S.B和罗姆微电子公司的研究小组一直站在最前沿，稳步推进这项新技术，几乎每个月都有新成果。2007年4月，U.C.S.B报道，波长为402纳米的非极性蓝紫色发光二极管的量子效率，即发射的光子数和注入的电子数之比，已达到45%以上。这表明，该器件的性能在短短一年内提高了100倍。数月后，该研究小组又报道了发光波长高达519纳米的半极性绿色发光二极管，效率接近20%。不幸的是，这些二极管的发光波长蓝移严重，原因仍然不明。最近，U.C.S.B制作了半极性黄色发光二极管，工作波长为563纳米，效率高于13%，这是第一个用氮化镓及其合金制作的高效黄色发光二极管。非极性激光二极管的性能也开始朝相对应的极性器件靠拢。2008年5月，罗姆微电子公司实现了非极性激光二极管，发光波长高达481纳米，已经非常接近极性二极管所创造的488纳米的纪录了。大时代科学家一方面想方设法降低衬底成本，使新产品早日能够量产，同时还准备首次研制出绿色激光二极管。但是，在实验室中制备一个器件，往往与商业中的大规模生产不一样。也许，对于非极性和半极性氮化镓激光二极管和发光二极管而言，无论紫色、蓝色、绿色还是黄色，制约它们大规模生产的最大障碍是，能否找到价格合理且足够大的衬底。目前，三菱公司提供的氮化镓衬底是从小型晶体材料中切割而来的，表面积约1平方厘米。如果要量产，这个面积还须提升20倍。罗伯特·沃克（Robert Walker）是美国加利福尼亚州门洛帕克市创投公司的半导体工业专家，他认为要制造经济的激光二极管，衬底直径至少要大于5厘米，成本要控制在每片2,000美元左右。此外他还提到，要制造更简单（同时也更便宜）的发光二极管，衬底的成本还得降低一个数量级才行。极性蓝光、绿光二极管已经发展得非常成熟，例如北卡罗来纳州达勒姆市的科锐公司（也是U.C.S.B固态发光中心的合作者）2007年下半年在碳化硅衬底上制作出的发光器件——非极性和半极性二极管必须与这些成熟技术展开竞争。三菱正在扩大生产，并提升制作工艺的效率，旨在实现非极性氮化镓衬底的商业化。研发出非极性氮化镓衬底制作方法的藤户健史（Kenji Fujito）认为，这是一个缓慢而艰苦的过程。目前，三菱只能制作出足够U.C.S.B和罗姆微电子公司研究使用的非极性或半极性氮化镓衬底。藤户称，他们至少需要一到两年才能制作出直径5厘米的衬底。沃克则预测，无论是三菱还是其他衬底供应商，例如北卡罗来纳州罗利市的Kyma科技公司，都还需要好几年的时间，才能提供价格可以接受的非极性衬底。但U.C.S.B的登巴斯教授预计非极性二极管会出现得更早，因为更高的产量可以降低总成本，从而使得低廉的衬底成为可能。研究工作还在继续进行。罗姆微电子公司、U.C.S.B，以及其他一些研究小组，已经着眼于实现第一个绿色激光二极管。2008年9月，U.C.S.B报道了非极性和半极性氮化镓二极管在蓝绿光（480纳米）和绿光波长（514纳米）的激光光学泵浦受激发射。即使用另一束激光泵浦二极管作为激发源，这与真正的激光二极管中采用电流来驱动二极管的方式差距并不大。如果在今年晚些时候，无论哪个研究小组宣布实现了电子激发的受激辐射，我们都不会感到惊讶。（撰文：中村修二（Shuji Nakamura）迈克尔·赖尔登（Michael Riordan）翻译：陈振审校：朱启）本文来自“科学美国人”中文版《环球科学》2009年第5期（微信ID：huanqiukexue）。电子版详见：http://www.huanqiukexue.com/html/danye/dianzizazhi.html; 2380 次阅读|2 个评论

再次残酷对比中关村和日本的中村: 热度 17 laserdai 2014-10-15 18:27; 上篇博文简单对比了中关村和中村修二，得出明显的结论是，整个一个大中关村，还不顶日本一个小中村。不知道得罪了哪位，竟然被从博文目录中隐藏了，真是莫名其妙！其实那篇的本意是说： 1。中村修二的蓝光二极管给日本企业带来了巨大的商业利益，光其中的专利费就是个天文数字； 2。反观中国的蓝光二极管，没有专利，利润率非常低，基本上都是给日本人打工，日本人赚钱； 3。过去好几年，本博主一直认真关注中关村，在老中关村的那些大街留下本博主无数脚印，知春路的地铁站，本博主也算踩坏了不少台阶的楼梯。纵观整个中关村，里面没有一个产业能跟蓝光二极管相比较，全部都是些不上档次的底端产业，虽然人数很多，但是商业额很少，利润率更低。（别举太阳能电池板的故事，跟蓝光情况完全一样，中国是纯粹给人家打工的。）所以上篇博文简洁而就，但是认真论述起来需要一部书，以后就作为一个专题，有时间和功夫就来一段，先看看下面借来的资料。 huangnigang1 2014-10-7 20:25 　　 LED 产业依其制造过程,大体上可分上游磊晶成长(Epitaxy或Epiwater)､中游晶粒制作(Chip)及下游封装(Packing)三个阶段｡还有一个最上游的厂家,就是基板(Substrate)厂家,通常是蓝宝石基板,也有CREE的独门秘籍碳化硅基板。磊晶必须由MOCVD机台生产，没有MOCVD机台，也就意味着只是LED颗粒封装厂家。 MOCVD机台由AXITRON、VEECO和太阳日酸三家公司垄断，日本厂家通常是自己生产MOCVD机台，极少数买太阳日酸的机台。MOCVD分两种，一种是红黄光，又称四元，一种是蓝绿光，称三元。红黄光主要是生产字符显示用LED，大屏幕显示用。技术门槛最低，应该说没有门槛。蓝绿光经过表面特殊加工如涂特殊配方的荧光粉，可以从发蓝光变为发白光。所有电子产品，如笔记本电脑、电视和手机的背光光源大部分都是LED，那些所谓LED电视是指采用LED而非CCFL做背光源的电视，与OLED电视有着天壤之别。　　白光LED是复杂的专利纠纷，日本日亚化学第一个发明白光专利，五大公司 Nichia､Osram､Toyoda Gosei､Cree 和 Lumileds 几乎控制了整个白光 LED 产业,这里专利密集,可以说是雷区重重，中国没有一家企业获得白光LED的专利，包括三安光电，而三安光电收购台湾璨圆的股份，就是觊觎璨圆的白光LED专利，璨圆当年找到日本三井财阀的大佬从丰田合成那里高价买了LED的专利，不过璨圆可不会那么傻，把专利给三安光电，2013年1月，璨圆特别声明，并无与三安有任何专利或技术授权之情事。且再次重申，「藉由此次三安预计投入之股款，璨圓将扩大在台的投资，并积极的延揽人才、留住人才、增加就业机会，以持续提升台湾之研发能力及LED产业核心竞争力。故本公司并无专利及技术授予三安之计划。　　所有LED照明都必须是白光，无论是手电筒还是路灯还是台灯。所有背光源都必须是白光。这也就是说，中国没有一家LED厂家能够生产照明和电子产品背光源用的LED，只能做那些技术含量为零的广告牌或者RGB LED。因为它们没有一家取得白光LED专利。　　中国所有的照明用LED颗粒都是进口，主要是Cree的，这公司在惠州有个封装基地。所有电子产品背光源用LED颗粒都是进口的，国内这些所谓的LED照明厂家都不过是做个系统集成，封装，做PCB板，做个外壳，这就是所谓的高科技，手工作坊也可以做，技术含量为零，甚至是负的。　　全球最大的 LED企业日亚化学公布2012年业绩，2012年该公司收入6.8%，达2874亿日元，大约折合32亿美元，是中国所有LED磊晶企业的3倍还要多。日亚化学利润总额为722亿日元，大约9亿美元，是中国所有磊晶企业的10倍，如果不计政府补贴，是40倍。而日亚化学的资本负债率仅为7.6%，中国LED企业资本负债率均在60%以上。日亚化学自1999年发明蓝光Led起，就高居全球第一名13年，中国企业落后日亚最少50年。　　政府补贴也是大力鼓吹LED泡沫，地方政府补贴三安光电的名目繁多，一度达24个。其中，最大的两个名目为：MOCVD设备采购补贴项目政府补助9.11亿元、日芯光伏科持有限公司设备采购补贴款4.8亿元。此外，还有重点新产品、LED芯片产业化等各种补贴名目。政府补贴催生大量骗贷上马LED项目，不过这些都都不了了之，80%的企业买了MOCVD只是为了骗取政府的补贴，每台MOCVD在2011年补贴50%，也就是大约500万人民币，这些企业根本就没打算生产，它们的生产技术也让它们根本没法生产。　　。。。中村修二为日亚化学获得了近20000亿日元受益，尚不包括将来的和向其他公司专利授权的收入。日亚一举成为世界LED巨头，但日亚化学仅仅支付他2万日元的奖励。1999年中村离开公司，向日亚索要赔偿金600亿日元，2005年双方以8.4亿日元（6700万元人民币）和解。　　实际中村修二是个傻子，他应该来中国猛炒LED股票，何必跟老东家闹翻法庭上见，在中国股市炒LED股票，3个月包赚一倍。半年包赚两倍，3年10倍，至于业绩、科技含量，这是赌场，谁在意啊！　　中国人说科技，地球人都笑了。庞大的中关村，有这样的故事吗？有这样的实力吗？有这样实业吗？有这样的产业吗？有这样的气概吗？中关村，你是恐龙，大而无用！; 个人分类: 社会文化历史|7446 次阅读|67 个评论

整个一个中关村，还不顶日本一个中村: 热度 25 laserdai 2014-10-14 19:05; 中关村开始很小，就是某某P大学东南们外的那片荒凉之地，后来当朝开发高科技，很多人就过来胡搞瞎搞和乱搞，包括拉板车的当代骆驼祥子柳传志等，于是有了人气，同时开始了乌烟瘴气，因为成了没有知识产权的盗版碟的集散地，还有各色各样鬼鬼祟祟的销售群体。就这样的地摊和地摊货盛行的地方，还逐渐做大了，形成了一个品牌，搞得整个大城市都是中关村：从南边的乡下地方亦庄，到北面上地的生物医药基地，从东面的望京到西面的石景山钢铁厂旧址。就这样，满城都是地摊，满城都是胡搞瞎搞和乱搞的高科技，还有各色各样鬼鬼祟祟的销售群体。中关村的高科技牛皮从哪里来的？周围有几个某国的好大学，比如P大学等，赔款大学等等，还有好几个院，比如某国跟风科学院，某国山寨工程院，某国臭老九跟风工程物理研究院，某国电子部很多山寨研究所等等等。中关村名字来源不吉祥，原来名字是中官村，埋葬中官的墓地，所以阴气很重，况且中官实际上就是太监，其实是阉人，不是男人也不是女人，这样的人戾气很重，生前不能发泄，死后埋在这里，所以阴气中带有戾气，所以中关村的风水其实并不好，很糟糕。这么大一个中关村，其实还不如日本的一个中村。中村是谁，全名中村修二，就是发明高效蓝光二极管的那位，具体事迹请参见博文：中村修二模式：企业转型VS人生转型中关村附近那些大学研究院那么多年了，都没有出一个真正的人物能够真正开创出一个高科技，从而可以和中村修二比得起。中关村现在那么多产值，加起来的总产值总利润，没有办法和中村修二发明的蓝光二极管的总产值总利润比得起。还是这句话：整个一个大中关村，还不顶日本一个小中村。; 个人分类: 高技术与经济|3608 次阅读|28 个评论

中村修二模式：企业转型VS人生转型: 热度 15 大毛忽洞 2014-10-14 03:36; 中村修二模式：企业转型 VS 人生转型中村修二获得诺贝尔物理学奖，同时创造了中村修二模式。中村修二的博士论文封面（来自其母校主页新闻）中村修二，多么响亮的名字，每个字都闪耀着中华文化的时代主旋律。 “中村”，超越了“中关村”，就因为舍弃了一个“关”字。 “关”即“卡”，中国成语云：“一夫当关，万夫莫开”，另外一种解释就是“一万个秀才遇到一个兵，有理也说不清”。再看“修二”：一个“修”字，缀古串今；一个“二”字，合纵连横。 “修身齐家治国平天下”，起于一个“修”字。“一人之下，万人之上”，道出“二”字之真谛。因此，“修二”就是“独一无二”。请看中村修二是如何实践的。二十岁娶老婆成家，读本科带家属（读书的最高境界）；三十而立， 25 岁研究生毕业工作， 35 岁开始发表文章；四十而不惑， 1994 年自修拿到博士学位（修身最高境界）；五十知天命， 2004 年和日亚化学打官司，确立“ 一个人完成开发”的世界品牌，同时获赔8亿4000万日元。在“团队”、“群体”和“协同”疯狂时髦的时代，中村修二能够实现并缔造“ 一个人完成开发”，堪称世界奇迹！由此可见，中村的“修二”原来是“独一无二”。 “修二”、“修二”，修二为一。中村修二的模式反衬出一个事实：对于原始创新，有时大规模的 “团队”、“群体”、“协同”运动，完全是在瞎起哄！如果从 1999 年把“中村修二”分为两部分：中村（ 1979 年— 1999 年），帮助企业转型，同时修炼自己；修二（ 1999 年—现在），实现了自己转型。根据加州大学（ Solid State Lighting Energy Electronics Center ）介绍和中村修二自己的简历（ CV ），用数据和事实说明中村修二模式的内涵。 1977 年获得电子工程学士学位（ 23 岁）； 1979 年获得电子工程硕士学位，同年到日亚化学公司工作（ 25 岁）； 1994 年获得电子工程博士学位（中村修二在职拿到博士学位， 40 岁）。中村修二的本科、硕士和博士在同一所大学（德岛大学， University of Tokushima ）同一个专业（ Electrical and Electronic Engineering ）完成。本科、硕士、博士，在同一所大学，同一个专业，仍然能创造奇迹！ 1989 年， 35 岁的中村修二发表了第一篇文章。中村修二的“修身齐家治国平天下” 中村的蓝光 LED ，成功帮助日本一家企业实现转型。（下面用到的素材来自日经中文网，有的段落已经被俺改写，有的用“新闻报道”起头摘引）说起蓝光 LED ，不得不说日本的日亚化学公司。中村修二参加工作时，日亚化学只有 200 人的规模。总部位于日本德岛县的日亚化学工业是当地颇为有名的公司。因为该公司有长达三周的夏季休假制度（一个公司的节日办就这么牛）。员工将这一长假全部用到了阿波舞的练习上。而且到阿波舞演出正式举行时，该公司还会派出员工组成的“日亚方阵”上街大跳阿波舞（类似中国的大妈舞）。 1993 年底，日亚依靠中村修二的蓝光 LED ，一举成为全球闻名的企业。也就是说，中村修二研究生毕业到该公司工作了 14 年之后，开发出了 LED 蓝光二极管，并成功实现批量生成。中村修二不但帮助日亚实现了转型，同时也在修炼自己。截止到 1993 年底，中村已经第一作者发表了 19 篇文章。对于日亚能批量生产出蓝光 LED 的壮举，全世界该领域的科学技术人员都感到震惊。而更令人没有想到的是，实现如此独一无二壮举的，并非在该领域长期从事研究的海内外知名大学，也非大型寡头电子厂商，而是一家地方小城的化学小厂商。因为中村修二，日亚的宣传广告由“夏季休假的日亚”变成了“蓝光 LED 的日亚”。齐家修身：老婆孩子热炕头，就近选择回乡进日亚工作中村修二，让日亚几乎变成蓝光 LED 代名词的。中村修二玩命地“修二”，几乎全靠自己之力开发成功高亮度蓝色发光二极管。 1993 年蓝光 LED 开发成功时，中村修二已经是 40 岁的人了。中村 1979 年从德岛大学研究生院毕业后进入日亚，专业是电子工程学。下面是中村修二大学母校的电子工程专业的相关课程和师资，可以看出德岛大学的凝聚态物理学还是很强大的。 Solid State Physics Kawasaki, Yu / Kishimoto, Yutaka / Nakamura, Koichi ≫ Crystal Physics Murai, Kei-ichiro ≫ Semiconductor Device Physics Nagase, Masao ≫ Semiconductor Physical Electronics Nishino, Katsushi / Sakai, Shiro ≫ Semiconductor Device Physics Nagase, Masao ≫ Semiconductor Physics Isu, Toshiro / Tomita, Takuro ≫ Semiconductor Quantum Engineering Kitada, Takahiro / Kumagai, Naoto / Lu, Xiangmeng ≫ Semiconductor Physics Isu, Toshiro / Tomita, Takuro Solution Chemistry Yoshida, Ken Spectoscopic Measurement Iwata, Tetsuo 新闻报道说：学生时代，中村向往到东京或大阪等大城市工作。但到了毕业参加工作时，中村却已经有了孩子，因为他在上大学时就结婚了。 “单身的话，可以留在城市闯一闯。但有了孩子的话，还是到乡下生活的好。不想因为工作而牺牲家庭”。正是这种想法最终使中村与日亚结下了不解之缘。由此可见，中村修二真正懂得“老婆孩子热炕头”的中国哲学。中村修二也打算“北漂”或“东漂”，但是，中村懂得如何“修”“二”。新闻报道说：中村也曾经犹豫过。实际上，中村也曾到总部位于京都的京瓷面试过。尽管通过了严格的考试，顺利获得了进入京瓷的机会，但结果中村还是放弃了。最后，中村选择留在了当地，也就是妻子娘家的所在地德岛市。日亚是中村的大学导师介绍的。虽然自己的专业是电子工程学，但中村希望从事材料开发工作，因此导师向他推荐了这家公司。不过，当中村来到日亚时却颇感意外。这只是一家员工仅 200 人的小型化学公司，到处都有一股刺鼻的硫化氢（ H2S ）的气味，类似臭鸡蛋味。“这家公司怎么这么脏啊”，这就是日亚给中村留下的第一印象。现在的日亚已经鸟枪换炮今非昔比。就是因为德岛出了个中村修二。从中村修二发表的文章中可以看出，下面的报道符合中村修二文章的主题词。中村最初负责的开发课题是提炼用于化合物半导体 GaP 中的金属 Ga 材料。虽说是开发课，但其实只是一名课长带着两名开发人员和几个助手的小部门。办公场所是由带屋顶的停车场改造的，只是在四周增加了围墙，十分简陋。在开始提炼金属 Ga 的几个月后，营业部门要求除了金属 Ga 之外还要制造有望畅销的 GaP 。当时开发课已经处于垂死状态，甚至开始有传言说“马上就要撤销了”。在这种情况下，恐怕也只有启动这一有望形成赚钱的业务了。公司随即指定中村来负责开发。当时的开发人员有两名。一名继续负责金属 Ga 的提炼，而另一名，也就是中村，则开始着手开发 GaP 。要使 GaP 实现结晶生长，需要使用昂贵的石英管。而由于石英管价格昂贵，因此不能永安就扔掉，至少在当时的日亚不能这样做。于是，中村就开始没完没了地焊接石英管。而且最头疼的是爆炸事故频频发生。对封有 Ga 和 P 的石英管进行高温加热使，管内的压力会上升到 20 ～ 30 个大气压。这时，只要焊接部位有小小的损伤或是强度不足的话，石英管就会破裂。早上将材料封到石英管中。下午开始加热，当温度达到最高时正好是傍晚。爆炸总是发生在要下班的时候。巨大的声响往往传遍整个日亚公司。“又是中村”。员工们一边调侃着，一边赶紧回家。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。从 1982 年起，中村开始着手与 GaAs 结晶生长有关的研究课题。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。不用说，爆炸事故依旧是频繁发生。就像所有打江山的人一样，中村修二也是靠四五个人，两三条枪起家的。中村修二是真正精通“地雷战”的人。没有枪没有炮，要靠自己造。新闻报道说：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 膜的结晶生长。单结晶的生长方法选择的是液相生长方式。当然，液相生长的设备也是中村自己制造的。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，中村修二准备打歼灭战！上级对下级做政治思想工作，如同大灰狼“玩弄”小白兔。下级对上级做政治思想工作，如同小白兔“玩弄”大灰狼。事实证明，中村修二非常善于政治思想工作。中村通过与社长直接谈判，最后终于成功地购入了发光二极的制造设备和检测设备。“如果不自已制造发光二极管，即使用户说不行也无法反驳”。中村修二成功地把日亚引入了 LED 领域。而且制造单晶的人员也得到增加， GaAlAs 单晶的开发由此步入了正轨。最后，中村顺利完成了开发。新闻报道说：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，中村依靠自己一人之力确立了 GaAlAs 单晶的制造技术。而且还成功地将其变成了一项业务。历史就是这么写成的：秦皇汉武，唐宗宋祖。中村修二很明白这种历史唯物主义哲学。蓝光 LED 就是他中村修二的。新闻报道说：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。 1988 年 3 月，中村修二登上了飞往美国弗罗里达的航班。他将以研究员的身份在佛罗里达大学学习一年。从 1979 年到 1988 年，中村在日亚已经工作了 9 年。中村去美国学习，有点像唐玄奘去印度学习。唐玄奘没有改换门厅，中村修二也没有随便改换门厅。在中国，空前绝后的超级大海龟应该是唐玄奘，而非钱学森。钱学森值美国几个师的价值，而唐玄奘值半个印度的价值。唐玄奘的《大唐西域记》既是大唐的历史，也是印度的历史。新闻报道说：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（ molecular beam epitaxy ，分子束外延）和 MOCVD 法（ metal organic chemicalvapor deposition ，金属有机物化学气相沉积）。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。中村修二能去美国访问，依然靠给老板做政治思想工作。唐玄奘去印度是偷渡去的，因为普通老百姓给皇帝做政治思想工作比登天还难。偷渡在唐朝不是死罪也是重罪，当唐玄奘把自己修炼成天下第一高僧的时候，唐太宗就把唐玄奘偷渡之罪一笔勾销。新闻报道说：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。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佛罗里达的吗？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。从目前的中村修二的简历可以看出，中村已经获得多个中国科研单位的头衔。从今年开始，中村修二在中国的头衔会越来越多。俺猜想，中村修二可在中国获得头衔的协会，行业和领域：物理学领域；材料科学领域； LED 行业；企业转型协会；政治思想协会；海龟协会；人才引进办；人才跳槽办；节日办；等等。新闻报道说：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。中村修二发表第一篇文章是在 1989 年，中村去美国的时间是 1988 年。由此可见，中村修二去美国最大的收获是在观念上，即中村要开始修炼自己—发表文章。新闻报道说：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，对方却没有把他当作研究人员对待，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。 1989 年，中村发表了 1 篇文章（非日本刊物）； 1990 年，中村发表了 1 篇文章（日本刊物）； 1991 年，中村发表了 6 篇文章（ 5 篇是日本刊物）； 1992 年，中村发表了 5 篇文章（ 4 篇是日本刊物）； 1993 年，中村发表了 6 篇文章（ 3 篇是日本刊物）。中村在日亚干了 9 年，在 9 年研发实践的基础上，中村开始修炼自己。仅仅用 5 年的时间，发表了 19 篇文章，中村就把自己修炼到了独一无二的境界！中村一边修炼，一边发功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…… 中村的设备是独一无二的，因为中村的设备是自己制造的。新闻报道说：中村美国短暂的学习之后，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。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。　　新闻报道说：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。　　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。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…… 　　就在1990年都快要结束的时候，中村摸索找到了可以使GaN膜稳定生长的条件。当初能够制成高质量GaN膜几乎是个奇迹。因为只要薄膜的生长条件稍有变化，就会完全无法成膜。当初可以说是在如此严格的条件下，偶然制出了薄膜。中村以此为激励，成功地探索到了稳定的成膜条件。　　n型膜和p型膜制成后，剩下的就是二极管了。中村在1991年3月试制出了pn结型GaN发光二极管，并观测到了首次的发光情况。二极管终于发光了。当时大家都以为中村一定会高兴得蹦起来，结果中村在看到发光后反而多少有些失望。在发光层中采用GaN的发光二极管发出了紫外线。用肉眼来看的话，即便是奉承，也无法说达到了明亮的程度。听到喜讯赶来的社长轻声嘟囔道，“好暗啊，这样可没法作为商品出售”。　　让中村更加失望的消息也在此时从美国传来。这就是美国3M公司采用II-VI族的ZnSe类材料，成功实现了蓝绿色半导体激光器的振荡发光。“完了，让 II-VI族抢先了。对手甚至跳过发光二极管阶段，直接成功地实现了半导体激光器”。就在成功近在咫尺的时候，中村却完全陷入了意志消沉的状态。杂志和学术期刊更是争先恐后地报道：“蓝色发光基本上就是II-VI类族了。GaN希望渺茫”。　　强忍着被ZnSe抢先的失望感，中村向美国出发了。他在美国第一次知道了ZnSe类半导体激光器的全貌。当听说寿命还只有秒级的时候，中村非常欣慰。他试制的GaN类pn结发光二极管的寿命已经超过1000个小时。　　向周围的人询问后才知道，原来大家其实都已经知道了“ZnSe类虽然可以振荡，但寿命较短”这个事实。中村原本是强忍着失望出发到美国的，回来的时候却是精神百倍。下一个研究目标已经决定。他豪迈地表示“绝不输给ZnSe，要用GaN制造出半导体激光器”。要想制造半导体激光器，就不再是pn 结，而必须实现双异质结构了。成功之路：中村不但懂材料，还精通器件，还懂晶体发光物理。 Solid State Physics Kawasaki, Yu / Kishimoto, Yutaka / Nakamura, Koichi ≫ Crystal Physics Murai, Kei-ichiro ≫ Semiconductor Device Physics Nagase, Masao ≫ Semiconductor Physical Electronics Nishino, Katsushi / Sakai, Shiro ≫ Semiconductor Device Physics Nagase, Masao ≫ Semiconductor Physics Isu, Toshiro / Tomita, Takuro ≫ Semiconductor Quantum Engineering Kitada, Takahiro / Kumagai, Naoto / Lu, Xiangmeng ≫ Semiconductor Physics Isu, Toshiro / Tomita, Takuro Solution Chemistry Yoshida, Ken Spectoscopic Measurement Iwata, Tetsuo 看看中村母校电子工程专业的相关课程，好像专门为中村修炼蓝光LED设置的。中村修二的母校德岛大学电子工程专业向世人展示了：啥叫教学改革？啥叫教学计划改革？啥叫课程设置改革？啥叫师资？啥叫引进师资？啥叫专业？啥叫学科？新闻报道说： 1992年4月，从美国学会讲演归来的中村为了开发出双异质结构，埋头研究InGaN膜的生成。如果将双异质结构导入到GaN发光二极管中，亮度应该会大为提高。从这一时期开始，中村的研究小组才得到资金及人才的投入。这是社长的决心产品化的体现。对于GaN发光二极管的研究，日亚已投入了数以亿计的金额。从公司角度来看，这个决策如同从京都清水寺的舞台上纵身一跳，生死只有天知道。终于等到了GaN发光二极管发光的这一天。所以公司希望尽早把其变成畅销产品。作为决定投资的对象，社长对其寄予的期待之大不言自明。对于开发产品来说，企业才是创新的主体。一个200人的小企业，就懂得这个大道理。新闻报道说：然而，这种期待成了阻碍中村前进的障碍。社长认为哪怕稍微暗点也没关系，成天着急着要把pn结型发光二极管产品化。而中村已看透了pn结型发光二极管的局限性，希望将研究推向更深层次。因为他拥有短时间内拿出成果的自信。　　中村决定先从“中央突破”来打开局面。他想方设法向社长介绍改用双异质结构的必要性，希望得到社长的理解。然而，这一努力没有收效。社长主张早日投产，毫不让步。　　既然如此，中村只好改变“作战方针”。中村决定表面上听从社长的意见。不过，只是听听而已。公司会议上，社长要求“赶快投产pn结型产品”。 “是是，知道了”，中村满口答应。虽然答应下来，但其实中村丝毫没有推进pn结型产品化的意愿。中村全然不顾公司的想法，把自己关在实验室里一门心思开始双异质结构研究。果然不出中村所料，InGaN膜的生长实验只用了2～3个月即有了眉目。之后，在1992年的9月份，双异质结构的GaN发光二极管终于试制成功了。虽然成功地发出了光，可是还比较暗。中村拿给社长看，得到的评价是，“是你制作的啊，还是很暗”。中村修二在发功开发蓝光LED的同时，始终不忘修炼自己。报道说：虽然还很暗，但能够在GaN材料上制作成功双异质结构，并且还发出了光，这本身就具有划时代的意义。其未来将具有无限的发展潜力。中村决定以论文的方式让世界来给出评判。他瞒着公司，持续在研发取得关键性进展时投稿论文。论文在欧美的研究人员中引起了巨大反响。表示赞赏的书信、索要中村过去所写论文的增印本的书信络绎不绝。然而，“在日本根本得不到承认”，中村回忆当时的状况时这样说。 “ 日本的研究人员不是通过成果内容，而是通过公司名或者大学名来判断论文的可信度的吧。我试着询问过几位研究人员，回答说‘当时根本不信’的人居多。等高亮度蓝色发光二极管变成了产品，才急忙去读过去的论文的人估计有不少”。看看这个自然段，中村说出了全世界三分之二科技人员的心里话！新闻报道说：产品化成功的那一瞬间正在逼近。中村停止了一切学会活动以及论文投稿，精力只集中在GaN蓝色发光二极管的产品化上。产品化进入了倒计时阶段。这以后的进展是惊人的。为什么光线较暗的原因中村很清楚。第1个原因是，发光波长为紫外线。所以首先将其变成眼睛可见的蓝色光即可。为此，中村决定在发光层InGaN中添加作为发光中心的杂质。这样一来，所发光的波长从420nm跃升至450nm，人眼可见的亮度达到以前的4倍。这是1992年 12月的事情。然而快速推进的步伐并未因这一成功而停顿。通过进一步调整膜的生成条件，逐渐提高结晶性，亮度在一天天地不断增高。由此可见，中村不但精通材料和器件，还精通晶体发光物理。新闻报道说：　　终于来到了投产前的最终调整阶段。这一阶段主要是提高GaN膜及InGaN膜的结晶等级，以提高亮度。同时完善量产技术，提高成品率。中村断绝一切对外联络，把自己关在实验室里的日子。　　经过这样的努力，在InGaN双异质结构发光二极管试制成功后不到1年的1993年10月，产品化的条件基本具备了。亮度达到了1cd，这是当时市售的采用SiC的蓝色发光二极管的约100倍。　　打破近1年的沉寂，蓝色发光二极管终于脱颖而出。产品发布日定在1993年11月30日。　　自这一天起，日亚化学工业公司里，来自媒体的采访请求、以及来自用户及同行业其他公司的咨询蜂拥而至。每天能接到40～50个电话。这种状况持续了1 周多。“是这么了不起的一项成果吗”，社长也慌了手脚。电话潮之后，又是一波访问潮。带着技术合作以及资助等各种提案，访问日亚化学工业的人络绎不绝。　　社长一个个地拒绝了这些提案。中村的“人不为者，我为之”信念终于获得了超越大企业的成果。社长同样也坚守其信念，即“不依赖他人”。此前，该公司一直凭借自己的力量进行研发。社长决定今后仍然自力更生搞下去。　　将那些喧嚣抛到脑后，中村继续进行着研究。虽然蓝色发光二极管生产出了产品，但作为研发目标的半导体激光器尚未完成。　　另外，蓝色发光二极管完成后，消费者对绿色及蓝绿色发光二极管的需求变得愈发强烈。如果将此次完成的蓝色发光二极管，与早已产品化的红色及绿色发光二极管组合在一起，就能制造出全彩色显示的显示器。但是，与蓝色及红色二极管的高亮度相比，绿色二极管的亮度较低，需要有更高亮度的绿色发光二极管。　　此外，红黄蓝3色发光二极管至此都已制造出来，将其应用于信号灯的大门也就由此打开。不过，日本的绿色信号灯的颜色是蓝绿色。所以还需要开发与此相匹配的发光二极管。中村首先完成了蓝绿色发光二极管。目前，采用这种发光二极管的信号灯已面世，并获得了实用。总而言之，中村于1979年到日亚工作（硕士研究生，25岁），到1993年中村共发表19篇文章，1994年中村在职修炼拿到博士学位，这时中村已经40岁。中村50岁的时候，干了一件非常了不起的事情。五十知天命，2004年中村和日亚化学公司打官司，确立“一个人完成开发”的世界品牌，同时获赔8亿4000万日元。新闻报道说： 2004 年，中村起诉其开发蓝色发光二极管（LED）期间就职的日亚化学工业公司，要求其支付发明补偿金。在日本，中村是拷问企业研究人员和企业关系的「异类分子」，而这背后存在着不为人知的纠葛……。中村修二依法科研，依法修炼，值得我们学习！一场官司之后，中村修二真正成为了科学家了。新闻报道说： 2004 年1月30 日下午3点过后，东京地方法院。「发明者的贡献度，即使保守估算也不低于50％。原告几乎靠一己之力完成了世界性的发明」。在审判长开始宣布这一历史性的「支付发明补偿金200亿日元的判决」时，中村表情依然严肃，丝毫不为所动。后来其本人接受采访时表示，法院特有的措辞表让其「最初不理解其含义」。随后嘟囔了一句「我是研究人员。诉讼并非本职工作。」「在日本的公司，即使拿出诺贝尔奖级别的发明，也仍被当做奴隶对待。」由于不堪忍受隶属于企业、身为打工型研究人员的处境，中村以曾经工作的企业日亚为被告提起诉讼，要求其支付200亿日元作为发明补偿金。在通过诉讼获得全面胜利之后，中村在记者会上强硬地称，「这是理所当然的。」但其实在开庭之前，中村的内心世界完全不同。当时，对蓝色LED一案进行跟踪采访的日本经济新闻（中文版:日经中文网）的记者为了避开已经聚集到地方法院门前的媒体，在霞关一家地下咖啡馆，和中村一起等待开庭。平时中村总是以独特的尖锐声音高谈阔论，但此时却沉默不语，显得心神不宁。记者直截了当地问:「中村先生，说实话，您觉得（判决的补偿金额）达到多少算是胜利？」在沉默片刻之后，中村挤出了一句话。「当然有两个零最好，但说真的，这很困难。社会上有人认为一旦达到10亿日元左右就算是巨大胜利。大概就是这种情况吧……」中村一边摇头，一边像在思考自己的话，再次陷入了沉默。在有点感冒的前一天晚上，中村接到了负责打这个官司的升永英俊律师的电话。对于询问诉讼成败的中村，升永模棱两可地表示，「说实话，我也不知道（审判长）会以什么金额作为双方都能接受的妥协点」。凌晨3点过后，中村就睡不着了，「一边想『是不是最好不要那么期待』，一边心情平静地制作每周2次的研究所课程所使用的数据」。但是，中村对于诉讼最为念念不忘的，实际上并非补偿金额。而是「一个人完成开发」这一点。这是为什么呢？在审判前后进行的数次采访中，透漏出了一点线索。中村对于日本的科学研究现状乃至教育制度，都直言不讳地表示了批评。「在日本，企业和研究人员就是老爷和仆人的关系。这是不是有点奇怪？」、「考试无法产生创造型人才。应该废除大学考试制度。」记者插话说，「您真是想说就说啊，」对此中村爽朗地一笑而过。但是，仅仅有一次，中村告诉记者说，「刚才的话请当做没听见。」那是在话题涉及其任职日亚公司时代的研究伙伴、以及在背后支持中村、并为蓝色LED的商业化四处奔走的当时上司之际。「当然非常感谢他们。但在投资者（日亚）要求停止相关研究之后，违背命令、一个人继续从事研究的只有我一个人。」「一个人完成的发明」是诉讼的争论焦点之一。在白铁皮屋顶下，中村利用自己找来的研究器具，致力于当时被认为不可能成功的高亮度蓝色LED的开发。当时，曾是日亚开发团队一员的一位技术人员作证说，「要说中村完全靠自己力量完成研究，感觉有些不对，但中村一个人埋头于（蓝色LED的研究）则是不争的事实」。但是，中村曾公开表示，当时的日亚会长小川信雄（已故）「采纳了违背公司命令、坚持从事蓝色LED研究的我的越级申诉。至今仍然心存感谢，他是伟大的经营者，我心怀尊敬」。可见并非完全没有周围的协助。「虽然能理解您的心情，但为什么非要走到这一步呢？」面对这样提问的记者，中村只是轻声说了一句话——「诉讼姑且不谈，还要争取诺贝尔奖呢。」在开庭之前，中村曾多次为「审判长是否理解科学」感到担心。从当时的法庭陈述推测其内心可以发现，中村可能认为，如果不清楚能否充分理解科学的法官，作出低估自己功绩的判决，荣获诺贝尔奖的机会可能会远去。在判决作出约1年后，中村与日亚实现了和解。获得的补偿金仅为8亿4000万日元。讽刺的是，这个金额与中村在「200亿日元判决」作出之前谈到的基本相同。在仅仅1年里，补偿金减少至约24分之1，中村对于接受这个结果似乎也存在抵触。但是如果继续斗下去，有可能面临地方法院作出的「一个人完成发明」这个评价被推翻的风险。即使放弃200亿日元，也要获得诺贝尔奖。那么，中村是否就是仅仅追求名誉的功名心强烈的研究人员呢？中村的确很有野心。但是，事实并非仅仅如此。有一次，听说记者是由理科转到文科的，中村就一口断定说，「你这样做真是严重失败。为什么这么做？现在可不是在报纸上写文章的时候。」毫无改变的是中村每句话都非常直接。在记者显得有些生气之后，中村接下来说：「对不起。我的意思是没有比科学家更有意思的工作了。上法庭这种事，说实话真不想干。我是科学家。应该在科学的领域里战斗。我希望告诉大家，这是非常有趣的。同时也希望孩子们能拥有这样的梦想。（在法庭上）科学家这个工作获得极大关注，将来希望成为科学家的孩子们出现增加，这才是我真正的希望。」说到这个话题后，就难以停止了。当时，直到回美国的飞机即将起飞，中村一直在畅谈「科学梦想」。观察他的眼睛，他不再是在法庭上与曾经的雇主展开「互相揭短」的前公司职员，而是成为了纯粹的科学家。参考文献：中村修二——异类的诺奖得主【来自日经中文网】诺贝尔获奖者中村修二与蓝光 LED 的开发故事【来自日经中文网】; 个人分类: 诺贝尔奖的奇思妙想|12731 次阅读|39 个评论

[转载]2014诺贝尔物理学奖Scientific Background全文(官网)的中译文: 热度 2 ygan507 2014-10-11 11:05; 2014年的诺贝尔物理学奖颁发给了三位蓝光 LED 研究的开创者。获知颁奖消息后，我第一时间将评奖委员会编写的物理学奖的科学背景（Scientific Background）全文翻译成中文，首发于SEMI中国网站，下面是转载自该网站的中文译稿。链接如下，如需转载请标明原出处，谢谢！ http://www.semi.org.cn/news/news_show.aspx?ID=39305classid=125 高效蓝光LED成就了高亮节能白光光源 — 2014诺贝尔物理学奖的科学背景（瑞典皇家科学院物理部编写，2014-10-7）中文翻译：哈尔滨工业大学化工学院甘阳教授（英文原文来源：The Nobel Prize in Physics 2014 - Advanced Information. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 7 Oct 2014. 网址： http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/advanced.html ）发光二极管（Light-emitting diodes，LEDs）是基于半导体元件的窄带光源，发光波长范围从红外到紫外。第一个LEDs的研发于1950s（ 1950s指20世纪50年代，下同（译者注））和1960s年代就在几个实验室进行，发光波长为红外到绿光不等。但是，蓝光LEDs的研发却非常艰难，又用了30多年才实现，其中需要研究高质量晶体的生长技术、宽带隙半导体的p型掺杂控制技术，而这些技术只有在1980s末期在GaN体系上得以实现。另外，高效蓝光LED的研发也需要制备出具有不同组成的GaN基合金，并需要将之集成为异质结和量子阱类的多层结构。高效蓝光LEDs的发明成就了照明用白色光源。荧光材料受蓝光LED照射激发，会发出绿、红谱段的光，它们与蓝光合并后看起来就是白光。另外，具有不同互补色（红/绿/蓝）的几个LEDs一起用也可以形成白光。以上两种技术被用在当今的高效电致发光白光光源中。这些光源具有很长的寿命，已经在通用照明领域被用以替代白炽灯和荧光灯。因为照明用电占整个电能消耗的20-30%，而这些新型白光光源耗费的电能仅仅是普通灯泡的1/10，所以使用高效蓝光LEDs实现了显著的节能效果，这一发明将造福人类。因此，今年的诺贝尔物理学奖颁给了高效蓝光LEDs的发明者：I. Akasaki、H. Amano和S. Nakamura。一、早期历史（序号为中译者所加，下同（译者注））第一例用固体器件电致发光的报道源自任职于Marconi Electronics的H. J. Round，时间为1907年。他在SiC晶体上的两个触点间施加电压，在低电压时观察到黄光发射，高压下却观察到了多种颜色发射。前苏联的O. Losev（1903-1942），一位器件物理学奖，于1920s至1930s期间也在国际期刊上发表了几篇有关SiC电致发光的文章。这些研究先于现代固态材料电子结构理论的建立。半导体物理和p-n结研究的进展（1940s时期），成就了1947年美国贝尔电话实验室（Bell Telephone Laboratories）的晶体管伟大发明，Shockley、Bardeen和Brattain分享了1956年诺贝尔奖。研究者也开始意识到p-n结也能用做发光器件！1951年，任职于美国Signal Corps Engineering实验室的K. Lehovec等就据此解释了前述SiC电致发光现象：载流子注入结区后电子和空穴复合后发光。但是，实测的光子能量要低于SiC的能隙，他们认为此复合过程可能是杂质或晶格缺陷主导的过程。1955年，用其他几种III-V型化合物也观察到了载流子注入电致发光现象。1955-1956年，贝尔电话实验室的J. R. Haynes发现Ge和Si电致发光现象的机制也是p-n结区中电子和空穴的复合所致（如图1）。图1. p-n结发光的原理示意图。p-n结施加正向偏压后，电子沿n到p的方向注入，空穴以相反方向注入，电子和空穴复合发光（自发发光）。LED发光效率要高，很重要的一点是所用的半导体材料为直接带隙型；间接带隙型LED发光效率不高的原因是需要光子辅助复合这一过程。LED器件的量子效率等于比值：（发射光子数）/（给定时间内接触结区中注入电子数）。红外LEDs 随后，基于GaAs的高效p-n结的制备技术进展迅速。GaAs的优势在于其直接带隙特性—电子和空穴的复合不需要光子辅助就能进行。GaAs的带隙为1.4 eV，相应发光波长在红外区。1962年夏，研究者观察到了GaAs的p-n结发光。数月后，液氮温区（77 K）的GaAs激光在三个研究组独立且几乎同时地实现，他们是美国的的General Electric，IBM和MIT Lincoln实验室。不过，激光二极管的广泛应用还要几年的时间。后来的激光二极管之所以能在室温下连续工作，需要提升对载流子的约束并降低损耗，而这些要归功于异质结构（Z.I. Alferov和H. Kroemer的相关研究获2000年诺贝尔奖）以及稍后量子阱的发展。可见光LEDs 紧随1950s末期的实验研究，基于GaP（间接带隙为2.2 eV）的高效LEDs的研究在三个研究组并行地开展，他们是德国Philips Central实验室（H.G. Grimmeiss）、英国Services Electronics实验室（SERL）（J.W. Allen）和美国Bell电话实验室（M. Gershenzon）。他们的研究目的各异，包括通讯、发光、电视、电子设备指示灯和电话等。采用不同浓度的各种掺杂（例如Zn-O或N），他们获得了红光到绿光的不同发光波长。1960s后期，几个国家的不少厂家生产基于GaP的红光和绿光LEDs。基于Ga、As和P（GaPxAs1-x）的混合晶体引起了研究者的兴趣，因为能获得的发光波长比GaAs基的要低：x0.45时材料具有直接带隙特性，此时发光波长就在可见光范围！美国General Electric实验室的N. Holonyak Jr.等在1950s后期开始研究GaPxAs1-x体系，成功制备出基于该体系的p-n结并观察到LED发光，在1962年还报道了710 nm的激光二极管发光。二、蓝光LEDs的早期工作实现蓝光发射的历程要艰难的多。早期研究者曾尝试了高间接带隙的ZnSe和SiC，但并没有实现高效发光。成就蓝光LEDs的材料是GaN（Gallium Nitride，氮化镓）！！！ GaN是一种III-V型半导体，属纤锌矿结构。GaN能在蓝宝石（Al2O3）或SiC衬底上生长，尽管其与衬底的晶格常数不同。GaN也能通过掺杂来改性，如掺Si后为n型半导体，掺Mg后为p型半导体。但掺杂会干扰晶体的生长过程，使之易碎。一般而言，GaN晶体中的缺陷赋予晶体良好的电子迁移率，也就是说，未掺杂的GaN是天然的n型半导体。GaN的直接带隙为3.4 eV，相应发光波长在紫外区。 1950s末期，Philips Research实验室已经开始认真研究基于GaN的新发光技术的可行性，尽管那时GaN的带隙才刚刚被测定。H.G. Grimmeiss和H. Koelmans用不同的激活剂，实现了基于GaN的宽光谱段高效光致发光，据此他们申请了一项专利。然而，当时GaN晶体的生长非常难，只能得到粉末状的小晶体，这样是无法制备p-n结的。Philips的研究者决定还是集中力量研究GaP体系（如前述）。 1960s末期， GaN晶体生长已经可以籍HVPE 技术（Hydride Vapour Phase Epitaxy，氢化物气相外延）在衬底上沉积来实现了！美国、日本和欧洲的数个实验室，均在研究GaN的生长和掺杂技术，以期实现蓝光LEDs。但是，材料方面的几个问题看起来还是难以逾越——表面粗糙度没法控制，HVPE生长用材料被过渡金属杂质污染，用作p型掺杂的原子被H钝化（H与受体掺杂原子形成配合物）。其中，当时无法理解H的作用机制。该领域的带头人J. I. Pankove在一篇1973年的综述中作了如下评述：“尽管过去两年GaN的研究有不少进展，该领域仍然存在很多问题。GaN技术的主要目标应该定位于（1）无应变单晶的合成制备，（2）浅能级受体原子的高浓度掺杂”（以提供有效的p型掺杂）。由于进展不顺利，该领域的研究工作再次停滞不前！三、新的生长技术 1970s年代，涌现出MBE（Molecular Beam Epitaxy，分子束外延）和MOVPE（Metalorganic Vapour Phase Epitaxy，金属有机气相外延）这样新的晶体生长技术。研究者开始用这些技术生长GaN 。早在1974年，Isamu Akasaki开始研究GaN，当时他任职于东京的Matsushita Research研究所。1981年，他开始担任名古屋大学的教授，并与Hiroshi Amano等一起继续GaN的研究。直到1986年，他们用MOVPE技术才获得了晶体质量高、光学特性好的GaN 。取得这一突破的背后是长期系列的实验和观察的积累。薄层（30 nm）多晶AlN先在蓝宝石衬底上低温（500 °C）行核，然后被加热到GaN的生长温度（1000 °C）。加热过程中，AlN层演化为具有细晶粒和择优取向（也是GaN后续生长方向）的组织结构。生长的GaN晶体中，位错密度开始高，但随厚度达到几微米后迅速降低。实现GaN的高表面质量，对LED器件制备后续步骤中的薄多层结构的生长非常重要。终于，他们首次得到了高质量的器件级GaN（如图2a所示）！另外，他们也能生长n型掺杂本底浓度很低的GaN晶体。任职于日亚化学公司（Nichia Chemical Corporation，当时是日本的一家小型化学公司）的Shuji Nakamura后来也开发出一种类似的技术，即用低温生长的薄层GaN替换AlN 。图2. a) 蓝宝石衬底上AlN缓冲层法生长GaN 。b) Mg掺杂GaN的电阻率随退火温度的变化曲线。四、GaN的掺杂制备GaN的p-n结的一个主要问题是难于可控地实现GaN的p型掺杂。1980s末期，Amano、Akasaki等取得了一项重要发现：他们注意到用扫描电镜观测Zn掺杂的GaN（Zn-doped GaN）时，发光量得以增加，表明此时p型掺杂效果更好！同样，Mg掺杂的GaN（Mg-doped GaN）经低能电子辐照后，p型掺杂效果也有提升。这一重要突破扫清了GaN的p-n结研究的障碍！！！ Nakamura等在几年后解释了电子辐照效应的机理：Mg或Zn等受体掺杂原子与H形成配合物而被钝化，而电子束则能解离这些配合物，从而活化了被钝化的掺杂原子。Nakamura发现即便简单的热处理（退火）也能有效活化Mg受体掺杂！H中和掺杂原子的效应在此前的文献中也有报道（对其它材料体系），如Pankove 、G. F. Neumark Rothschild 及其他研究者。制备高效蓝光LEDs的关键一步是合金（AlGaN和InGaN体系）的生长和p型掺杂，这些是制备异质结所必需的条件。1990s初期， Akasaki研究组和Nakamura研究组成功制备出了此类异质结。五、双异质结结构和量子阱红外LEDs和激光二极管的研究已经表明：异质结和量子阱是实现高效率的保障。在异质结和量子阱中，电子和空穴被注入到极小空间内，其内的复合过程更高效、损耗小。Akasaki等研发出基于AlGaN/GaN的异质结构，Nakamura则利用InGaN/GaN组合、InGaN/AlGaN组合来制备异质结、量子阱和多量子阱，并大获成功。1994年，基于InGaN/AlGaN双异质结，Nakamura等实现了2.7%的量子效率（如图3）！籍此重要突破，高效蓝光LEDs的研发和应用的道路终于畅通了！两个研究组继续研发蓝光LEDs，目标是更高效、多样化和广泛应用。两个研究组在1995-1996均实现了基于GaN的蓝光激光。图3. 基于InGaN/AlGaN双异质结蓝光LED的结构示意图。六、历史发展总结（本节标题为译者所加（译者注））现今的高效GaN基LEDs确实源自不同领域的长时间积累和多项相关突破，包括基本材料物理和晶体生长领域的突破、先进异质结构设计相关的器件物理领域的突破，以及出光率优化设计相关的光学物理领域的突破。有关蓝/绿/红和“白”光LEDs的历史发展进程可以总结如下图4。图4. 商业LEDs演进的历史。PC-White表示磷转换白光，DH表示双异质结构。纵轴的wallplug效率是（输出出射光功率/输入电功率）这一比值。七、LEDs的应用照明技术正在经历一场革命，即从使用白炽灯泡和荧光灯管过渡到使用LEDs的革命。爱迪生在1879年发明了白炽灯泡，其效率仅约16 lm/W，也就是说电转化为光能的效率仅有约4%（流明（lumen，lm）是表征光通量的单位，已经将人眼的光谱响应考虑在内）。P. Cooper Hewitt在1900年发明了荧光灯管（含水银），其效率达70 lm/W。与上述白炽灯泡和荧光灯管相比，目前白光LEDs的效率已经达到了300 lm/W，也就是说其wallplug效率超过了50%！照明用白光LEDs通常是利用高效蓝光LEDs激发荧光材料将蓝光转换为白光。高质量LEDs具有很长的寿命（100000小时），也越来越便宜，因此其市场正呈爆发式增长。不久的将来，三色LEDs或许会取代目前的蓝光LED+磷组合来实现高效照明。这一技术将实现光颜色组成的动态控制。用LEDs取代白炽灯泡和荧光灯管将极大地缩减照明用耗电量。因为照明用电占整个工业经济耗电量的20-30%，各国正大力推广用LEDs取代传统照明技术。如今，GaN基LEDs是背光液晶显示（LCD）的主导技术，该技术正广泛用于手机、平板电脑、笔记本电脑、电脑显示器、电视屏幕等。蓝光和紫外光GaN基激光二极管正用于高密度DVD，推进了音乐、图片和电影的储存技术。展望未来，可能的应用将包括紫外光AlGaN/GaN LEDs用于水净化处理、紫外光杀灭细菌/病毒/微生物的DNA等。在电力供应不足或没有通电的地方，白天可以用太阳能电池板发电并储存在电池中，晚上从电池供电给白光LEDs实现照明。在这些地方，我们见证了从煤油灯到白光LEDs的直接过渡！！！参考文献 1. H.J. Round, Electr. World, 49, 308 (1907). 2. O.V. Losev, Telegrafi ya i Telefoniya bez Provodov 44, 485 (1927); Phil. Mag. 6, 1024 (1928); Compt. Rendu Acad. Sci. 39, 363 (1940); USSR patent 12191 (1929). 3. K. Lehovec, C.A. Accardo E. Jamgochian, Phys. Rev. 83, 603 (1951). 4. G.A. Wolff, R.A. Hebert J.D. Broder, Phys. Rev. 100, 1144 (1955). 5. R. Braunstein, Phys. Rev. 99, 1892 (1955). 6. J.R. Haynes, Phys. 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Koide K. Manabe, Int. Phys. Conf. Ser. 129, 851 (1992). 38. S. Nakamura, M. Senoh, T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 32, L8 (1993); S. Nakamura et al., J. Appl. Phys. 74, 3911 (1993). 39. S. Nakamura, T. Mukai M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64, 1687 (1994). 40. I. Akasaki, H. Amano, S. Sota, H. Sakai, T. Tanaka M. Koike, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L1517 (1995). 41. S. Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35, L74 (1996). 42. M.H. Crawford et al., “Toward Smart and Ultra-Efficient Materials, Devices, Lamps and Systems”. 有关LEDs历史的更多资料： E. Fred Schubert: Light Emitting Diodes, 2nd edition, (2006). H.G. Grimmeiss and J.W. Allen, J. Non-crystalline Solids 352, 871 (2006). S. Nakamura and M.R. Krames, Proc. IEEE 101, 2211 (2013). R.D. Dupuis and M.R. Krames, J. Lightwave Tech. 26, 1154 (2008).; 3944 次阅读|2 个评论

土里掘三将获得2026年诺贝尔生理学或医学奖: 热度 3 zlyang 2014-10-10 20:08; 土里掘三将获得2026年诺贝尔生理学或医学奖田中耕一（日语：田中耕一／たなかこういち，Koichi Tanaka） 2002年诺贝尔化学奖。 The Nobel Prize in Chemistry 2002。 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/tanaka-bio.html 日本文部科学省与大众传媒都不知道“田中耕一是谁”，因为他既非学术界人士，也没有博士学位。中村修二（日语：中村修二／なかむらしゅうじ，Shuji Nakamura） 2014年诺贝尔物理学奖。 The Nobel Prize in Physics 2014。 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/nakamura-facts.html 1965年，中村修二转学进入兵库县尼崎市・尼崎市立杭瀬小学校，1967年毕业。1973年爱媛县立大洲高等学校普通科毕业，1977年德岛大学工学部电气工程科毕业，1979年获得德岛大学工学硕士学位。 1994年，中村修二以论文“ InGaN高亮度蓝色LED的相关研究”取得德岛大学论文博士学位。所以，没有博士学位的民科土里掘三，将获得2026年诺贝尔生理学或医学奖 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026!; 6424 次阅读|8 个评论

中村修二真的是日亚化学的普通员工么？: 热度 2 Synthon 2014-10-9 02:57; 自从中村这哥们得了诺贝尔奖，中文网上一堆人说人家公司好，人家制度好，能给个普通员工那么多经费那么大的自由度如何如何。问题在于，中村他不是普通员工啊，他是研发的部门负责人啊，不信你去看看他的简历，在去美国访学之前和之后都是部门负责人。这下就说通了嘛，一个几百人的公司，研发部门的一个负责人说要上这个项目，公司老板还是会考虑的嘛。 http://ssleec.ucsb.edu/sites/ssleec.ucsb.edu/files/attached-files/Shuji_Nakamura_CV03012011.pdf 1989 – 1993 Nichia Chemical Ind., Ltd. Group Head, Research and Development 2nd Section 1988 – 1989 University of Florida Visiting Research Associate, Electronic Engineering 1985 – 1988 Nichia Chemical Ind., Ltd. Group Head, Research and Development 1st Section; 个人分类: 其他|14487 次阅读|3 个评论

Santa Barbara的诺贝尔: 热度 35 hongfei 2014-10-8 14:34; Santa Barbara的诺贝尔 10.07.2014 Santa Barbara的中村修二（Shuji Nakamura）今天早上醒来在床上看见今年诺贝尔物理学奖的新闻，获得者中有美国加州大学圣巴巴拉分校教授中村修二（Shuji Nakamura），记得太太以前好像写过有关中村修二的报道，就赶紧去告诉正在准备早餐的她。听到我的新闻，她不以为然地说：“我早就知道中村修二会得诺贝尔奖。不信就去看我2008年采访Santa Barbara校长杨祖佑先生的文章。” 她说的那篇文章是2008年2月19日发表在科学时报上的报道《加州大学圣巴巴拉分校校长杨祖佑：寻找天才为大师建大楼》。科学时报《加州大学圣巴巴拉分校校长杨祖佑：寻找天才为大师建大楼》报道链接： http://news.sciencenet.cn/htmlnews/20082198153320201531.html 杨祖佑（Henry T.Yang）从1994年到现在，在加州大学圣巴巴拉分校已经做了20年校长（Chancellor），而在此期间，该校已经有六位教授获得诺贝尔物理、化学和经济学奖。其中好几位诺贝尔奖获得者都是杨祖佑任校长之后请来的，也包括今天获得诺贝尔物理学奖的中村修二。关于聘请中村修二到Santa Barbara，太太的文章中是这样写的：杨祖佑决定邀请中村修二加盟加州大学圣巴巴拉分校。“当我们飞到日本时，发现中村修二在地下室做实验，职位只是一个技术员，我知道这就是我们的机会。”他说：“于是我们为他配备研究团队，甚至让团队中的研究人员到日本工作一年，学习日语，为他营造一种日本文化环境，让他能愉快地呆在大学里。” 2006年，中村修二获得芬兰千禧年基金会颁发的2006年千禧年技术奖，表彰他发明了革命性的新光源——蓝色、绿色和白色的发光二级管和蓝色激光。 Santa Barbara的杨祖佑（Henry T.Yang）太太说，她2007年12月在杭州采访杨祖佑，是丘成桐教授建议的。当时她在杭州采访第四届华人数学家大会，采访中丘先生对她说：“Santa Barbara的杨祖佑校长也在这里，国内很少有人了解他。国内报纸上常常报道的是加州大学Berkeley分校的华裔校长田长霖。田长霖更多是因为在世界知名的Berkeley做校长，才变得有名。杨祖佑更厉害，他任校长这些年已经使得加州大学Santa Barbara分校世界知名。你应该采访他，这样可以让大家了解什么是真正好的大学校长。他这样的校长才是中国大学需要的。” 这是后来那篇《加州大学圣巴巴拉分校校长杨祖佑：寻找天才为大师建大楼》报道的由来。到今年为止，杨祖佑已经在Santa Barbara做了20年校长。国内大学校长的任期如果没有上限，也许对大学的建设和发展会更好吧？ Santa Barbara校网杨祖佑校长信息链接： https://chancellor.ucsb.edu/index.cfm Santa Barbara的David Gross 杨祖佑1997年从普林斯顿聘请David Gross加盟Santa Barbara，2004年David Gross获得诺贝尔物理学奖。说来我跟David Gross还有一面之缘，今天也就一并想起来了。 2005年10月4日诺贝尔物理学奖宣布那天晚上，中国科学院理论物理研究所欧阳钟灿所长在北京友谊宾馆宴请David Gross夫妇，也顺便请了我太太和我。我太太在此之前采访过Gross，而Gross夫人也做科学传播工作，所以她们俩正好有共同的话题可以相互交流。这种事情本来没我啥事儿，但欧阳老师和我还算熟悉，他大概也不认为我对物理是一窍不通，另外还可以适当时候客串几句翻译，所以也顺便请了我。我们入席的时候，瑞典那边还没有宣布2005年物理学奖获奖者的名单。Gross说了一组他自己觉得可能获奖的日本物理学家的名字。饭吃到一半结果宣布出来，当年的物理学奖颁给了量子光学和激光光谱学，和他预测的并不一样。不过2008年三位日本物理学家的确获得了诺贝尔物理学奖，可见Gross心中还是有数的。我在和Gross交谈的时候说了一件我至今仍然还觉得尴尬的评论。席上我坐在Gross旁边，所以跟他东聊西聊。其中我鬼使神差地对他说：“您和您的第一个学生的工作就让你们一起获得了诺贝尔奖，世界上还能有比这更幸运的事情么？”这句话刚出嘴边我就开始后悔，因为这似乎有暗示他沾了学生的光的嫌疑。Gross对这句话没有直接回答，只是不露声色地王顾左右而言他。这是我那天晚上记忆最深刻的一个插曲，从那以后我时常告诫自己，以后对诺奖得主说话，一定要多经过几遍脑子。 Santa Barbara和我我和Santa Barbara的关系，是当年在国内的时候参与该校Alec Wodtke教授主持的一个中美联合项目，在2005和2008年在Santa Barbara化学系做过两次学术报告。Alec在六年前去了德国做马普所的一个所长。有以下一篇博文为证，其他就不多说了。《There is always plenty of room at the top》博文连接： http://blog.sciencenet.cn/blog-176-37559.html 我，太太，Gross夫妇（2005年10月4日友谊宾馆）两位同行（2005年10月4日友谊宾馆）吴岳良、欧阳钟灿、David Gross 等（2005年10月4日友谊宾馆）; 个人分类: 奇闻逸事|32391 次阅读|44 个评论

2014诺贝尔又来了（2）中村传奇: 热度 30 arthurw321 2014-10-8 13:02; 插播广告一个：如果您也想写写故事，听听旧闻，可以选择加入QQ群322730455，微生海狸，萌物部落。记得带一篇自己的故事当投名状！中村是个日本人。一个本来很普通的日本人。一个原本可能籍籍无名一辈子就那样过去的日本人。但是他明显不是个那样的人。今年的诺贝尔物理学奖颁发给了他，以及另外两个日本人。哦，也许不该说中村是日本人了。因为他已经有了美国国籍。一、初章中村修二确实二中村的全名叫中村修二。有点二。下面就叫中村了。中村只是个硕士。德岛大学出品。德大不算最好的，但是在日本还能排进前三十。中村的专业是电子工程学。德大主要的学科倒是工学。研究生毕业以后中村不想干专业了，想玩材料开发去。他的导师就给他推荐了一个企业，叫日亚化学（多好的导师啊还管介绍工作！给我来一打！）。中村为什么会去日亚那么一个乡村小企业呢？因为他大学里就结婚了。按照日本人强烈的家庭观念，结婚了就不能去大城市闯荡了，只能在家乡呆着。所以，他选择留在了德岛市。当时的日亚化学只有 200 多个员工，到处都是令人掩鼻的臭鸡蛋味（硫化氢）。中村心想，这旮旯咋辣么脏啊！原本是想去东京大阪啥的闯荡一下的，没想到一不小心就结婚了。都是爱情的力量啊！也许中村得了诺贝尔奖，也应该先感谢一下老婆吧？进了日亚才发现，咦， I`m the first Electronic Engineeringgaduate ！但是很遗憾，没有加薪……一开始中村负责提炼制造半导体的金属材料镓。实验室就是停车场。小公司嘛，因陋就简了。后来公司又让中村做磷化镓，就是下面那货。那时候公司穷啊，啥都买不起啊，中村果然不愧是工科生啊！于是就自己一点点做设备开始研究。这才是真正的白手起家啊！做磷化镓需要用石英管（就是比较高级的玻璃管），把磷和镓放在石英管的两端，然后抽真空高温加热，反应就完成了。问题在于，想当年石英管还比较贵，现在就是几十块钱最多上百的玩意嘛，当年日亚穷啊！买不起啊！必须循环使用……于是没办法，每次循环的时候石英管因为密封不严密都可能爆炸，还好这玩意不是很容易伤人再说就中村自己做试验，于是没发生很大的人命事故……但是天天下班的时候都要嘭！的一声为大家送别，也有点受不鸟啊。中村也想和公司申请用新技术降低爆炸的危险，但是老板完全不鸟他啊。你算哪根葱，肯定是你自己的问题！不管。到 1982 年，中村终于脱离苦海，因为磷化镓已经研制成功了，虽然不怎么值钱。此时距离中村硕士毕业已经三年了。不搞磷化镓了，中村又开始搞砷化镓。因为根据营业部可靠情报，砷化镓明显会比磷化镓更值钱。企业嘛，就是奔着钱去的。只不过这次和上次一样，还是没钱买设备……于是中村又拿起了自己的电焊机。学焊工哪家强？日本日亚也不错嘛。当然，日亚的员工依然每天都能按时听到爆炸声。搞完了砷化镓，又搞了砷铝镓。不过令人苦恼的是，这些材料都不怎么赚钱。日亚也很愁啊，你看我给你提供了实验场地（虽然就是个停车场），还给你提供了实验设备（虽然没花几个钱），但是我们是私人公司啊，要赚钱啊。不过，这三种材料对于中村来说还是很骄傲的。毕竟从研究、制造到质量管理、直至销售 , 全部是中村一个人担当的。简直就是一个人顶起了半边天啊！尽管如此，残酷的现实还是不停地打击着中村。做出来的东西不赚钱，自己不能升职，不能加薪，老婆孩子不能住上大 house ，肿么办啊！再这样下去，不如分分钟切腹自杀好了。二、次章梅花香自苦寒来于是中村决定开始攒大招。他久经挑选，选择了一个看起来能发大财的项目，高亮度蓝色发光二极管。就是这个东西让中村获得了诺贝尔奖，也让我们每家每户都能用上节能灯。你敢说你家没节能灯吗？(当然普通节能灯和荧光灯还不是一回事。不过这个比较深，我就不说了哈（其实是我也不懂）) 首先是日亚派中村去美国溜达了一圈，学了点技术（估计这时候就心动了）。然后回来，公司也把高亮度蓝色发光二极管当作了公司的重点攻关项目，下钱下人，出了血本，就是想捞一把。能不能成功？当然能。因为我们有中村啊。一开始的氮化镓发光二极管是 pn 结型结构，暂时称之为结构 1 。结构 1 比较老旧，发的光也比较暗。中村一眼就觉得这玩意不靠谱，于是一门心思想研发双异质结构的发光二极管，简称结构 2 。但是公司老板是个山炮啊，他就是想快点赚钱，再快点赚钱。于是成天催中村赶紧做个差不多的结构 1 发光二极管出来就得了，赶紧卖钱是正道。但是中村不为所动，阳奉阴违，一心一意搞自己的研究，没想到还真给他研究出来了！还就用了不到 3 个月！ 1992 年的 9 月份 , 双异质结构的氮化镓发光二极管终于试制成功了。但是因为颜色比结构 1 的还暗，所以老板完全没放在心上。但是中村心里不服，憋着一股劲，把实验过程不断写成论文。这一下子中村在业界出名了。因为别人都没做出来嘛。全球各地的科研人员给中村的信像雪片一样飞来，当时要是有电子邮箱就好了。终于，经过始终不断地阳奉阴违（哦不，是不断努力），高亮度蓝色发光二极管终于产生啦！比市面上的产品亮一百倍！一百倍啊！日本东北大学的西泽润一校长看到这一成果，立即就要送中村一顶博士帽。西泽校长真是高瞻远瞩，早就看出这小子有得诺贝尔的希望嘛。产品发布会以后，日亚公司上上下下顿时陷入了连续不断的人潮中。因为大家都对这个东西很感兴趣。不过日亚老板把所有人都拒绝了。因为日亚的信念就是自力更生。可能也正因为此，日亚才能变成现在 LED 业界数一数二的公司。当然中村也有自己的信念，你不干，我干！于是别人都做不出来的氮化镓高亮度蓝光二极管，他做出来了。你可能会问，蓝色发光二极管与我们现在的白光节能灯有啥关系？其关系是，蓝光的能量比较高，能在荧光粉作用下激发出黄光，大家都知道光线是三原色，只要有三原色就会出现白光。所以只有蓝光二极管才是节能灯的真正始祖。蓝光光碟也是。中村此后又相继研发了蓝绿色发光二极管，高亮度绿色发光二极管，以及蓝色半导体激光器。所有这一切都是在日本科研人员不承认地情况下自己一个人偷偷做出来的。辛苦终于获得硕果。我想，中村最得意的不是发明了这么多东西，而是获得了周围人的承认吧。毕竟这种成就感和满足感……你懂的。不过中村依然有自己的烦恼。在一次采访中他说，在日本公司里，“不管你取得了多大的成就，你的职位和薪水都不会有什么变化——不光是日亚，别的公司也这样。” 等到他真正做出来的时候，只拿到了区区 2 万日元的奖励，专利也不归个人所有。后来中村实在无法忍受了，于是一气之下就在 1999 年跳槽到了大美利坚。 2002 年，中村又一纸诉状告上法庭，要求日亚支付 200 亿日元赔偿。 2005 年东京高等法院裁定，日亚化学支付中村修二 8 亿 4000 万日圆，双方和解。就这也要近 5000 万人民币呢，更不用说一开始的 200 亿了，那可是 11 亿大洋啊！三、终章二又如何自 NB 总之呢，这就是中村的故事了。现在他已经在美国加州大学圣巴巴拉分校一边享受加州美好的阳光一边喝橙汁啦！简直是屌丝逆袭的典范啊。知道怎么才能屌丝逆袭了吗？很简单，就是要有一点二的精神。别人不干的，你干。别人不敢做的，你做。别人不能做的，你自己想办法做。不要觉得没资源没能力，没能力可以学，没资源就自己创造资源。不要觉得学历多重要，没有博士头衔也能得诺贝尔奖。当然最重要的是，如果你真的想得个诺贝尔，先学会发论文……最好英语。失败不可怕，重要的是要失败的有意义。不成功也不要急，早晚会成功的，只要你能坚持下去。就是这样，也许下一个传奇，就是你。参考网址： http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3OTgzMzUzOA==mid=200915106idx=2sn=69d701d31c2684f9eb427dab1bdacfbe#rd http://www.guokr.com/post/633955/ 等图片来自网络。; 个人分类: 渭城朝雨浥轻尘-原创|17657 次阅读|35 个评论

蓝光二极管的中村修二“二”在何处？: 热度 41 laserdai 2014-10-8 01:43; 这篇比较多的专业术语和知识。上篇博文扯到，中村的成功在于其修练上很“二” ，所以才能修成正果。这里搜集出一些网络资料，看他 “二” 在何处。 1988年，在日本一个叫阿南的小城市里，一位普通的日亚（Nichia）公司职员厌倦了十年来生长一些磷化镓（GaP ）砷化镓(GaAs)单晶的活，冒然越级走进公司董事长的办公室，提出了要制备氮化镓(GaN) 蓝光发光二极管，董事长当即决定资助500万美元的设备支持。三年后这位中村修二同学便在《应用物理快报》（Applied Physics Letter）上发表了生平第一篇英文文章：一种用于生长氮化镓新颖的金属有机物化学气相沉积法(MOCVD) 。论文一发表便轰动了世界半导体产业界和科学界，要知道这个时候世界上有多少大公司、著名大学科研机构都在为半导体蓝光光源薄膜材料的制备工艺头痛不已，而氮化镓 (GaN) 正是III-V族半导体材料中最具有希望的宽禁带光学材料。问题并不在于这些科学家们不知道氮化镓，物理学上关于这种材料的能带结构、PN导电类型调控以及发光特性都有大量的理论和实验上的成果，真正让人头疼的是如果要实现这种材料的器件化，必须要使基板材料和氮化镓晶格匹配才行！正是因为这个难题全世界科学界和产业界几乎都把氮化镓抛在脑后，一股风地去研究能生长在砷化镓基板上的硫化锌(ZnS)、硒化锌（ZnSe）等II-VI族半导体，即便这些半导体材料发光效率并不高，而且使用寿命很短。正如中村修二后来打趣的说，因为这些大公司的研发力量把II-VI族半导体的山头都占满了，不能竞争，只有另辟蹊径走别人不走的路。这里符合，独上高楼望断天涯路的境界。一个人走在这条荒无人烟的路上，这确实是一条中村修二自己踏出的路，没有实验员，没有助手，难怪整个科学界都感到惊讶。他在短短四年时间克服了两个重大材料制备工艺难题，一个是高质量氮化镓薄膜的生长；另一个是氮化镓空穴导电的调控。前者他改进了金属有机物气相生长 (MOCVD) 过程中组分气流进入的方式，经过无数多次试验，终于在普通蓝宝石基片上获得高电子迁移率的氮化镓薄膜；解决后一个问题采用的方法更加具有传奇色彩，当时日本Meiji大学的Akasaki和Amano教授（因此跟中村一次得奖）已经报道镁掺杂的氮化镓薄膜利用电子束辐射可以实现空穴导电，但是中村修二实验发现只要控制工艺中的氢气浓度就可以大规模地得到p型掺杂材料。1994年4月，当中村修二在美国旧金山举办的春季材料会议上打开他发明的蓝色二极管那一瞬间，整个会议厅的科学家们如同小孩看烟火一般不断发出赞叹的声音。我们有时候很惊讶为什么日本这个国家总是出现这么多科学上的‘奇迹’，中村修二是个公司的普通职员而已，发明蓝色二极管之前他也只是日本一个不知名大学（德岛大学）毕业的硕士生。回想到2002年诺贝尔化学奖奖给日本岛津公司的田中耕一，一时间世界化学家们都不知道这个人是谁，日本化学界也都茫然地面对记者的提问，后来才知道田中耕一只是岛津制造所的一个小职员，本科生学历，所发表的关于测定蛋白质质量的论文也只是登载在日本一个小刊物上。对比起来，当我们中国科学界沉醉于谈论SCI、影响因子和量化指标的时候，科学变成了一个急功近利炫耀的舞台，而不是充满冒险、乐趣、坚守和奉献的探索之旅，浮躁有理么？我们的科技体制到底要将科学轨道扳向何方？中村修二虽然把最有显示度的结果都发表在美国的《应用物理快报》上面，但是对于核心的工艺成果却是通通发表在引用因子非常低的《日本应用物理杂志》（JJAP）上面。当然器件物理领域一些繁琐的革新是无法上一些物理化学明星期刊的，成果的优劣当然没有必要用这些期刊的高影响因子来证明。我们很多时候喜欢反过来说，国内大学科研院所网站上科技新闻的特点就是一有突破就是在Nature，Science，Cell，JACS，PRL等等上面发了什么文章，如果没有这些期刊充面子简直提不上创新。另一方面，为什么中村会将工艺上的突破全部让本国刊物来发表？我猜测这个和日本应用物理学会对于重大知识产权的保护有很大的关系，如果试图发表在他国刊物上，必然会经受‘同行求疵’而不是‘同行评价’，严重的还会出现被压制或者被某个小组抢先一步发表。原创性成果的抢先发表有时候是科学家们的战争。但是我们还是应该鼓励好的成果在做好知识产权保护之后（如申请专利或者在国际会议上简要宣布）发表在国际刊物上。中村修二发明的氮化镓蓝光二极管对人类的贡献是显而易见的：利用深紫外发光可以高效率地净化生活用水；光纤通信的传输效率得到提高；超长使用寿命和高电光转换效率的全固态白光光源将极大促进绿色能源进程。美国能源部（DOE）主持的一个关于全固态照明应用节能报告中指出，2027年如果用半导体发光技术取代现有主要照明工具的话，将可以节省近660TWh，相当于让40个1000兆瓦的发电站停工。激光方向的院士杜祥琬帮中国算了一个帐：如果都改用节能灯，可以节约一千亿度电，长江三峡每年是800亿度，就是说我们能节约一个三峡还要多。爱迪生曾经说过一句很有名的话：我们将生产出最便宜的电力，让富人去买蜡烛！半导体发光照明的最终实现，将来在昏黄的白炽灯下怀旧或会变成一种奢侈的享受呢。这真是一场III-V族半导体引发的能源革命。; 个人分类: 科普|23405 次阅读|81 个评论

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