他在公司做實驗得了諾貝爾獎，還把公司告上了法庭

中村修二（來源：wikipedia）

　　撰文 | 張華

　　缺失的藍光

　　1973年4月，本文的主人公，19歲的中村修二進入位於四國島的德島大學，成為一名電子工程系的本科生。中村修二大學畢業以後，繼續留在德島大學攻讀碩士研究生。他的導師名叫多田修，多田修的實驗室主要從事半導性鈦酸鋇的物理性質研究，中村修二在實驗室里工作，積累了一些半導體製備的知識，這為他日後獲得諾獎打下了一定的基礎。

　　碩士畢業以後，中村修二進入了大學附近的一家鄉鎮企業——日亞化學工業公司上班。

中村修二入職日亞化工的場景（來源：諾獎官網）

　　這是1979年的春天，LED產業開始迅猛發展。LED是一種半導體發光的器件，在物理學上稱為固體發光技術（solid state light）。日光燈內充的是氣體，所以日光燈這樣的傳統光源是氣體發光；而半導體發光的技術，則是固體發光。LED為什麼能發光呢？簡單地說，半導體中的電子與空穴結合在一起時，會發出光子，其情景類似於一塊石頭（電子）掉到水井（空穴）里，會濺出水花（光子）。

　　當時，市場上開始出現紅、橙、黃、綠等顏色的LED燈。這些LED可以做成五彩斑斕的霓虹燈，裝點著城市街道的夜景。除了製作廣告牌，LED燈在照明產業也有巨大的潛力。因為LED可以大幅降低照明所需的電量。相同功率的LED燈，所需電能只有白熾燈泡的1/10。

　　為什麼LED那麼省電呢？因為LED是冷光源，它不會產生紅外線與紫外線這種對照明無用的損耗。另一方面，LED燈的壽命極長，至少可以到達上百萬小時，也就是說一盞LED燈可以用392年。所以，無論從節能還是從使用壽命來說，LED燈的市場前景被極度看好。

　　但是，儘管五顏六色的LED燈已經出現，當時人們卻無法製造出白色的LED，因此也就沒法用LED燈實現照明。

　　而歸根結底，造不出白色的LED，是因為當時人們無法生產藍色的LED。要產生白光，有兩種方案，一種是藍色與黃色的組合，另外一種是紅色、綠色與藍色的組合。無論怎麼樣，這都需要用到藍光LED。

來源：S。 Pimputkar et al。， Nature Photonics

　　開發藍光LED

　　在日亞化工，中村修二的工作任務就是開發LED。

　　日亞化工是一家以產品銷售拉動增長，而不是以技術推動增長的小公司。日子看起來十分平靜，就好像四國島上的雲淡風輕。但是，中村修二內心並不寧靜，因為他想干一番大的事業。

　　一開始，中村修二主要研究磷化鎵（GaP）與砷化鎵（GaAs）半導體晶體的生長工作。辛苦工作了10年後，他對開發LED的流程與方法已經有了相當的知識與技術積累。

　　1988年，中村修二已經來公司九年了，他走進公司董事長的辦公室，提出了要用氮化鎵（GaN）研製藍光LED——氮化鎵這種半導體可以發出藍光，波長很合適。董事長當即決定資助500萬美元的項目經費，進行破釜沉舟式的研發。對於這樣一個鄉鎮企業，500萬美元的研發費用無疑是一筆巨款。

　　可是，怎麼樣才能做出藍光LED呢？當時的學術界與工業界都還停留在迷糊的狀態。

　　為了學習開發藍光LED技術，公司派遣中村修二在1988年到1989年間去美國的佛羅里達大學進修，學習藍光LED技術所需要的金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）結晶技術。當時的中村修二沒有發表過論文，所以在美國大學裡大家都不把他當研究人員看待，開學術會議也沒人通知他去參加。大家只覺得他是一個在實驗室打雜的人。

　　從美國回來後，中村修二學會了MOCVD技術，公司也購買了設備，中村修二開始用MOCVD技術製備氮化鎵的LED。

　　1991年，中村修二製備的氮化鎵終於發出了藍光。不過，光亮度很暗淡，做照明光看起來是沒希望了。中村修二繼續研究，在1992年研製出了高效率的藍光LED——這種結構叫做雙異質結構，改進了原來的傳統PN結構。這意味著日亞化工可以提供高效率的藍光LED了，這一下子開闢出一片藍海，日亞化工也迅速佔領了藍光LED的市場，快速擴張為一家大企業。

藍光LED燈（來源：wikipedia）

　　「工藝大師」

　　那麼，中村修二的貢獻到底是什麼呢？

　　簡單地說，氮化鎵是一種十分難做出來的半導體材料。而中村修二的主要貢獻，是提出了生長氮化鎵晶體的金屬有機物化學氣相沉積法。在中村修二之前，半導體藍光光源薄膜材料的製備工藝一直做不好，而中村修二解決了這個工藝難題。

　　對於高質量氮化鎵薄膜的生長，中村修二改進了MOCVD過程中組分氣流進入的方式，他設計了雙氣流式金屬化合物氣相外延生長工藝，掌握了批量生產高效率藍色LED的關鍵技術。中村修二在普通藍寶石基片上獲得高效率的氮化鎵薄膜。

　　中村修二的另一個貢獻是氮化鎵空穴導電的調控。

　　LED發光效率與半導體材料的光學折射率有關。一般的半導體材料折射率接近4，而空氣的折射率僅為1。所以，當電子掉進空穴里產生光子後，光線在半導體材料內能順暢傳播，但要想傳播到低折射率的空氣中，卻是非常困難的。

　　對此，中村修二改進了半導體材料，在氮化鎵中摻雜銦氮化鎵來實現周期量子阱結構，降低了材料的折射率，大幅提升了亮度。可以做到300流明/瓦特的發光效率，這是日光燈發光效率的4倍。

　　以上兩大貢獻，使得中村修二把日亞化工的藍光LED推向了全世界。

　　從1991年起，中村修二在日本與美國的學術雜誌發表了多篇論文（日亞化工不一定知情），介紹自己研發藍光LED的過程。正是這些論文，成為了諾貝爾獎委員會授予中村修二諾貝爾物理學獎的重要依據。

中村修二發表的論文之一。在這些論文中，中村修二的工作單位寫的是日亞化工研發部。

　　狀告日亞化工

　　1993年，日亞化工實現了藍光LED的量產。同時，日亞化工以公司的名義申請了藍光LED的專利，據此來壟斷技術，但只獎勵給了專利發明人中村修二2萬日元（約合人民幣1140元）的獎金。

　　1999年底，中村修二從日亞化工離職，前往美國加州大學聖芭芭拉分校擔任教授。由於拒絕簽署「保證3年內不再從事藍光二極體的基礎技術研究」的保證書，在日亞化工工作了20年的中村修二沒能拿到離職補償。

　　2004年1月，中村修二把日亞化工告上了法庭，要求公司支付藍光LED的發明補償金200億日元（大約11億人民幣）。後來，東京高等法庭組織雙方調解，中村修二接受了日亞化工給與的8.4億日元（約4800萬人民幣）的補償。

　　到了2014年，中村修二因為發明高效率的藍光LED，獲得了諾貝爾物理學獎，徹底震驚了科學界。對於他與日亞化工的官司，因為涉及到的案件標的巨大，已經成為專利史上的著名案件。這個案件引起了很多討論，涉及到職務發明的發明人應該如何分享經濟權益，這不但在日本，而且在中國同樣有探討的意義。

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