他在公司做实验得了诺贝尔奖,还把公司告上了法庭

作者: 张华

来源: 环球科学

发布日期: 2019-07-17 11:01:22

中村修二在日亚化工公司开发出高效率的蓝光LED,获得诺贝尔物理学奖,后因专利补偿问题与公司对簿公堂。

1973年4月,本文的主人公,19岁的中村修二进入位于四国岛的德岛大学,成为一名电子工程系的本科生。中村修二大学毕业以后,继续留在德岛大学攻读硕士研究生。他的导师名叫多田修,多田修的实验室主要从事半导性钛酸钡的物理性质研究,中村修二在实验室里工作,积累了一些半导体制备的知识,这为他日后获得诺奖打下了一定的基础。硕士毕业以后,中村修二进入了大学附近的一家乡镇企业——日亚化学工业公司上班。

这是1979年的春天,LED产业开始迅猛发展。LED是一种半导体发光的器件,在物理学上称为固体发光技术。当时,市场上开始出现红、橙、黄、绿等颜色的LED灯。这些LED可以做成五彩斑斓的霓虹灯,装点着城市街道的夜景。除了制作广告牌,LED灯在照明产业也有巨大的潜力。因为LED可以大幅降低照明所需的电量。相同功率的LED灯,所需电能只有白炽灯泡的1/10。

但是,尽管五颜六色的LED灯已经出现,当时人们却无法制造出白色的LED,因此也就没法用LED灯实现照明。而归根结底,造不出白色的LED,是因为当时人们无法生产蓝色的LED。在日亚化工,中村修二的工作任务就是开发LED。一开始,中村修二主要研究磷化镓与砷化镓半导体晶体的生长工作。辛苦工作了10年后,他对开发LED的流程与方法已经有了相当的知识与技术积累。

1988年,中村修二已经来公司九年了,他走进公司董事长的办公室,提出了要用氮化镓研制蓝光LED。董事长当即决定资助500万美元的项目经费,进行破釜沉舟式的研发。可是,怎么样才能做出蓝光LED呢?当时的学术界与工业界都还停留在迷糊的状态。为了学习开发蓝光LED技术,公司派遣中村修二在1988年到1989年间去美国的佛罗里达大学进修,学习蓝光LED技术所需要的金属有机物化学气相沉积结晶技术。

从美国回来后,中村修二学会了MOCVD技术,公司也购买了设备,中村修二开始用MOCVD技术制备氮化镓的LED。1991年,中村修二制备的氮化镓终于发出了蓝光。不过,光亮度很暗淡,做照明光看起来是没希望了。中村修二继续研究,在1992年研制出了高效率的蓝光LED。这种结构叫做双异质结构,改进了原来的传统PN结构。

这意味着日亚化工可以提供高效率的蓝光LED了,这一下子开辟出一片蓝海,日亚化工也迅速占领了蓝光LED的市场,快速扩张为一家大企业。中村修二的贡献是提出了生长氮化镓晶体的金属有机物化学气相沉积法。在中村修二之前,半导体蓝光光源薄膜材料的制备工艺一直做不好,而中村修二解决了这个工艺难题。

对于高质量氮化镓薄膜的生长,中村修二改进了MOCVD过程中组分气流进入的方式,他设计了双气流式金属化合物气相外延生长工艺,掌握了批量生产高效率蓝色LED的关键技术。中村修二在普通蓝宝石基片上获得高效率的氮化镓薄膜。中村修二的另一个贡献是氮化镓空穴导电的调控。LED发光效率与半导体材料的光学折射率有关。一般的半导体材料折射率接近4,而空气的折射率仅为1。

所以,当电子掉进空穴里产生光子后,光线在半导体材料内能顺畅传播,但要想传播到低折射率的空气中,却是非常困难的。对此,中村修二改进了半导体材料,在氮化镓中掺杂铟氮化镓来实现周期量子阱结构,降低了材料的折射率,大幅提升了亮度。可以做到300流明/瓦特的发光效率,这是日光灯发光效率的4倍。1993年,日亚化工实现了蓝光LED的量产。

同时,日亚化工以公司的名义申请了蓝光LED的专利,据此来垄断技术,但只奖励给了专利发明人中村修二2万日元(约合人民币1140元)的奖金。1999年底,中村修二从日亚化工离职,前往美国加州大学圣芭芭拉分校担任教授。由于拒绝签署“保证3年内不再从事蓝光二极管的基础技术研究”的保证书,在日亚化工工作了20年的中村修二没能拿到离职补偿。

2004年1月,中村修二把日亚化工告上了法庭,要求公司支付蓝光LED的发明补偿金200亿日元(大约11亿人民币)。后来,东京高等法庭组织双方调解,中村修二接受了日亚化工给与的8.4亿日元(约4800万人民币)的补偿。到了2014年,中村修二因为发明高效率的蓝光LED,获得了诺贝尔物理学奖,彻底震惊了科学界。对于他与日亚化工的官司,因为涉及到的案件标的巨大,已经成为专利史上的著名案件。

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