于器件。
但这个问题,在1985年,被赤崎教授的弟子,天野浩解决,这就是著名的两步法。
步骤是,在蓝宝石衬底上先生长一层AlN缓冲层,再将温度升高生长GaN。
由于缓冲层释放了GaN和蓝宝石之间的失配应力,这种“两步法”生长技术使得GaN的晶体质量显著改善,满足了器件制作的基本要求。
这个方法的发现,差不多历时前后5年,师生两个人接力,才算搞定。
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按理说,一般的科学研究工作者,进行某项研究的思路,都是踏着前人留下的足迹前进。尤其是没有达到终点之前。
因为改变前人,甚至推翻前人的工作,完全是得不偿失。
例如两步法的发现,就用时差不多四五年时间。换个人来研究,是不是也要准备个几年时间?
这怎么选择,不是一目了然嘛!
但大侠就是大侠,中村拿到这个论文后,不是继续往下研究,而是放飞自我。
他决定试试在缓冲层中采用GaN而非AlN的方法。
具体思路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。
按照这个思路,中村进行了尝试。
结果嘛,一次成功!
这种方法的核心,是采用了低温GaN缓冲层(500℃左右)替代了AlN缓冲层。这一基于低温GaN缓冲层的“两步法”工艺,成为日后工业界生长GaN基LED的标准工艺。
当然了,做出这步改良的理由,也是异常奇怪。中村给出的解释居然是,别人用过的方法,我不用!
这种“二”的说话方式,成永兴也用过!
不就是强词夺理嘛!
谁不会啊!
你有种!
别人对的方法,你也别用!
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第四关,退火工艺。
LED从本质上说是一个二极管,二极管的核心结构是半导体p-n结。p-n结是由n型半导体(内部含有大量自由电子)和p型半导体(内部含有大量带正电的自由载流子——空穴)组成的界面。
对GaN而言,n型掺杂比较容易实现,但p型掺杂却十分困难。在GaN中经常使用的p型掺杂剂是Zn或者Mg,但是掺入这些杂质后,GaN往往仍体现高阻特性,这意味着p型掺杂剂并没有被激活,没有起作用。
这个问题曾困惑了科学界很久,最后也是被天野浩解决的。解决方法是用低能电子束辐照方法来获得p-GaN。
这个方法的发现,天野浩也是耗时很久。他从86年起就一直在尝试,直到89年,才突然碰运气得到。
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在这个步骤上,中村大侠的“二”病再此发作!
他再次推翻了前面科学家的研究成果,改为加热!
这也就是所谓退火工艺的由来。
根据中村自己的解释,他是在非常偶然情况下,得到了这个意外结果。
在重复电子束照射实验前,他不小心把工作台给加热了!于是,他就发现,在电子束辐照过程中,在样品下面加热可以获得更好的结果。
对此现象,他又继续研究,进而确认,仅仅依靠加热就可以获得p-GaN。而退火工艺的原理,中村大侠并没有给出合理的解释。
从此,热退火就成为了制作蓝光LED的标准工艺,沿用至今。
当然了,事情是否真偶然,谁也不知道。
讲故事谁不会?
退火工艺的背后原理,在很久以后才被人揭示。
p-GaN中的Mg会被MOCVD外延过程中引入的H钝化,形成Mg-H络合物。无论是低能电子辐照还是热退火,都是通过借助外部能量破坏Mg-H键而激活Mg杂质。
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这两个工艺步骤的实现,足以说明中村的逆天运气!
前人耗时五六年的成果,他在很短的时间内,全部推翻,而且找到了更好的方式!
而他发现的这些工艺步骤,即使在三十年后,也无人能改!
有没有这么一种可能:
这些工艺,之所以无人能改,因为它们实际就是三十年后的成熟工艺!但被提前拿到了1990年!
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