中国今天开始对镓出口管制：它是怎样成为芯片生产关键原材料的？
图源：Pixabay
撰文｜周 程（北京大学科技哲学与科技史教授）
● ● ●
导言
2023年7月3日，中国商务部、海关总署发布公告，决定自今年8月1日起对镓、锗相关物项实施出口管制。其中与镓有关的管制物项包括：金属镓、氮化镓、氧化镓、磷化镓、砷化镓、铟镓砷、硒化镓和锑化镓等8种。
金属镓乃生产氮化镓、氧化镓等含镓化合物半导体不可或缺的原材料，而含镓化合物半导体在很多情况下又是生产尖端电子元器件的重要材料。其中，磷化镓很早就用于制作红光、黄光、黄绿光发光二极管。近年，磷化镓已成为制作发光二极管（LED）和数码管等光电显示器件的重要材料，而且还可用于制作光电倍增管、光电存储器、高温开关等器件。
以锗、硅为代表的第一代半导体材料在高频特性上的限制催生了以砷化镓为代表的第二代半导体材料。相较于第一代半导体材料，砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性，可用来制作亮度更高的红光、黄光发光二极管。后来，砷化镓又被拓展应用于民用无线通信、光通讯以及国防军工领域。
和前两代半导体材料相比，以氮化镓为代表的第三代半导体材料能够更好的满足现代电子技术对高频、高压、高温、高功率以及抗辐射等恶劣条件的新要求。今日，氮化镓在高亮度发光二极管(LED照明、液晶显示)、高频无线电通信（微波雷达、5G通信）、高速光电子器件（激光器、探测器）、高功率电子器件（快速充电器、电动汽车）、高效能太阳能电池（光伏发电）等领域有着广泛的应用。
具有超宽带隙的氧化镓、具有超窄带隙的锑化镓和带隙可调节的铟镓砷都属于第四代半导体材料，能够轻松应对一些极端环境，在探测器、光通讯、超级计算、人工智能等领域有着广阔的应用前景。
硒化镓则是一种重要的二元半导体，具有优异的抗干扰性能、低损耗性能、耐腐蚀性能和低氧化性能，可用作高精度电子仪器、精密机械的生产材料。
从上述介绍中不难看出，目前，金属镓的价值主要是通过含镓化合物半导体材料的广泛应用来实现的。而含镓化合物半导体材料、尤其是当下被广泛应用的第三代半导体材料的代表——氮化镓的开发则主要是由日本学者奠定基础的。正因为如此，2014年的诺贝尔物理学奖授给了日本的一对师生（赤崎勇、天野浩）和一名日裔美籍学者（中村修二），以表彰他们使用氮化镓外延薄膜率先研制出蓝光LED的伟业。可以说，没有这三位日本学者在上个世纪后期的辛勤付出，很难想象镓相关物项会成为这次的出口管制对象。
人们不禁要问，赤崎勇、天野浩和中村修二是怎样使用氮化镓外延薄膜率先研制出蓝光LED，并由此全面开启含镓化合物半导体应用新时代的？
赤崎勇与天野浩师徒二人的氮化镓应用开发
1. 赤崎勇早期的学习研究经历
赤崎勇1929年出生于日本九州南部的鹿儿岛，在家排行老二。其父毕业于鹿儿岛县立萨南工业学校，主要靠经营佛具店维持家计。他的哥哥毕业于九州大学，先后担任九州大学综合理工学院院长，福冈工业大学校长。受比他大两岁的哥哥的影响，赤崎勇少时颇爱读书学习。但由于日本先后发动了侵华战争和太平洋战争，致使其小学时代和初中时代都在动荡中度过。上初中时，除需要接受高强度的军事训练之外，他还要经常去参加军工厂和农忙季节的劳动。战败前的两年里，他白天几乎都没有上过课，不是去海军航空队参加飞机掩体的建造劳动，就是去海军工厂去当学徒工。1946年，赤崎勇考入鹿儿岛的“七高”，但和他一起学习的大多是比他年长两到三岁的原军校预科生和从其它地方转学过来的插班生。
1949年，赤崎勇考入京都大学理学院。这一年，该院教授汤川秀树荣获诺贝尔物理学奖，极大地提振了日本人从事科学研究的信心。大学期间，赤崎师从著名的分析化学家石桥雅义教授。除化学系课程外，他还选修了不少物理系和工学院的课程。
1952年在京都大学学生宿舍里欣赏音乐的赤崎勇
图源：京都大学
1952年，赤崎勇如期完成大学学业，入职神户工业公司。神户工业公司非常重视科学研究，以致被人们戏称为“神户工业大学”。当时，江崎玲于奈（1973年的诺贝尔物理学奖获得者）、佐佐木正（原夏普公司副社长）也在这家公司从事科研工作。在神户工业，赤崎主要做了两项研究工作，一是弄清美国RCA公司生产的显像管内部的硫化锌荧光薄膜的涂布方法，为仿制显像管奠定工艺技术基础；二是开发使用荧光材料检测核辐射强度技术，以满足市场上日益增长的放射线检测需求。尽管将硫化锌这种化合物半导体均匀地涂成只有几微米厚的荧光薄膜非常费力，但赤崎还是成功地掌握了这项关键技术，并因此和冷光结下了不解之缘。在研制放射线检测器过程中，也需要将荧光材料制成只有几微米厚的结晶层，然后再测试其辐射反应值。由于多晶体对辐射的反应值差异很大，故赤崎很早就体会到了研制单晶体的重要性。
1958年神户工业并入富士通公司。第二年，赤崎勇与其上司有住彻弥一同转入名古屋大学工学院新成立的电子工程系半导体工艺研究室。有住担任教授，赤崎担任助教。在名古屋大学期间，赤崎除协助有住指导半导体专业的研究生开展实验研究外，还自主开展了锗的单结晶研究。当时，制作锗的单结晶大多采用区域精制法，由于用这种方法制备的锗单晶体通常只能使用固相扩散法进行掺杂，故所获得的锗的N型结晶性能不是很稳定。为了从根本上解决问题，赤崎决定使用气相外延生长法制备锗的单结晶。当他好不容易使用气相外延生长法在基板上沉积出锗的单晶体时，得知IBM公司已经抢先使用这种方法制成了锗的单晶体。这使赤崎懊恼不已。但他毕竟成了第一个掌握了半导体薄膜气相外延生长法的日本学者，而且他还因这项研究于1964年在职获得了名古屋大学的工学博士学位。
2.迷上化合物半导体结晶研究
1963年，总部设在大阪的松下电器公司决定扩建主要从事电子技术基础研究的东京研究所。受松下幸之助会长之托在日本各地物色合适人选的东京研究所所长、原东北大学电子工学教授小池勇二郎相中了刚刚升任名古屋大学副教授的赤崎勇。在小池的盛情邀请下，赤崎于1964年4月转赴松下电器东京研究所担任第四基础研究室主任。当时该所设立了八个研究室，拥有近百名科研人员。由于研究资金比较充裕，赤崎到任后决定直接挑战化合物半导体，而不是像锗和硅这样的元素半导体。
赤崎勇最初选择的化合物半导体是有着“魔法水晶”之绰号的第二代半导体材料砷化镓。使用自制实验装置，赤崎与助手一起试制出了纯度更高的砷化镓结晶。不过，其性质与人们此前对砷化镓性质的认识有着非常大的差异。这一发现使赤崎深深地意识到，半导体结晶的性质会随着纯度的提升和缺陷的减少发生急剧变化。1968年参加莫斯科半导体国际会议时，赤崎公开发表了此项研究成果，并受到了与会者的好评。此后，英国皇家雷达研究所（RRE）的希尔苏姆（Cyril Hilsum）等国际化合物半导体研究权威还特地访问了他的实验室。
1962年，先后两度获得诺贝尔物理学奖的巴丁（John Bardeen）的学生、通用电气公司（GE）的何伦亚克（Nick Holonyak）使用磷砷化镓研制出了红色LED，在世界上掀起了可见光LED研究热。在化合物半导体研究领域积累了丰富经验的赤崎勇决定使用磷化镓结晶研制亮度更高的超小型红色LED，并于1969年取得成功。该项技术被应用于警用无线对讲机，使松下电器赢得了首个政府采购订单。之后，赤崎团队又乘胜追击，研制出了双向红光LED，并于1970年代被应用于制作煤气泄漏报警装置和火灾报警装置，使松下电器成了这个领域的领军企业。
1960年代后期，赤崎团队还尝试着使用一些新方法对其它化合物半导体展开了研究。其中，氮化铝结晶研究就是一例。氮化铝的带隙比绝缘体钻石还要大，因此制作氮化铝结晶难度极大。好不容易制备出氮化铝结晶，却因晶体缺陷过多根本无法用于制作二极管。于是，赤崎试着在氮化铝中添加一些氮化镓以制作混合结晶，结果仍不如意。虽然这些研究并没有都达到预期目标，但却为后来的蓝光LED研究积累了不少有益的经验。
1969年，美国RCA公司的研究组使用氢化物气相外延生长（HVPE）法制成了氮化镓结晶薄膜，1972年又使用这种结晶制成了金属-绝缘层-半导体（MIS）型蓝光LED。由于这种非p-n结型二极管的发光效率太低，故无法满足实用要求。之后，众多学者把目光纷纷投向了高亮度蓝光LED。不过，那时学者们既有从碳化硅入手的，又有从硒化锌入手的。赤崎勇则于1973年果断地选择了后来成为第三代半导体材料的氮化镓，因为氮化镓的带隙比较大，电子与空穴复合时发出明亮蓝光的可能性更大；而且氮化镓的硬度高，制成产品后性能会更加安定。
美国RCA公司1972年试制出世界上首个MIS型蓝光LED
图源：IEEE
赤崎勇在制作氮化镓结晶之初使用的是分子束外延生长（MBE）法，这种方法是其在研制砷化镓结晶时摸索出来的。可是，不管他如何努力，在蓝宝石（氧化铝）基板上沉积出的氮化镓结晶都会有裂纹，而且表面粗糙、颜色不纯。不断试错后，1974年初赤崎终于使用MBE法制成了氮化镓单晶体，但他当时并没有对外公开，只是向日本通商产业省进行了汇报。
1975年，日本通商产业省成立了蓝光发光元件委员会，并启动了一个为期三年的官产学协同创新联盟项目：“关于开发蓝光发光元件的应用研究”。赤崎勇成了这个项目中的重要成员之一。但在此后的三年里，赤崎团队并未能使用自制的氮化镓结晶制成p-n结型蓝光LED，只是研制出了一种发光效率得到明显改善的MIS型蓝光LED，而且使用的氮化镓结晶还是用HVPE法制备的。
1970年代后期，RCA公司和飞利浦公司的同行先后放弃氮化镓研究，转向砷化锌研究。当年相中赤诚的小池勇二郎也于1977年过世。由于实用化前景不明朗，赤崎勇的氮化镓结晶研究遇到了前所未有的阻力。当时，日本政府正在筹组“光学测控系统技术创新联盟”，松下技术研究所（松下电器东京研究所于1971年改用此名）希望他能够代表研究所加盟，但由于必须中断氮化镓结晶研究，赤崎毅然决然地谢绝了。1981年8月赤崎转任名古屋大学工学院电子工程学系教授，时年51岁。
3.制备氮化镓单晶体取得突破
名古屋大学素以坚持学术自由而著称，为支持赤崎勇开展化合物半导体研究，专门为其建造了一间无尘实验室。在日本的大学普遍都还没有无尘实验室的时代，名古屋大学能够如此礼遇新入职的赤崎实属不易。此后，为回报名古屋大学，赤崎将自己的研究室建设成了一座“不夜城”。
当时，尽管有不少学者用实验数据否定了制作氮化镓蓝光LED的可能性，但是，赤崎勇基于过往的半导体研究经验断定，这些学者给出的数据并不一定可靠，因为使用不同纯度的半导体材料，得出的数据会存在明显差异。因此，他决定继续使用氮化镓研制蓝光LED，哪怕变成了沙漠上的独行者也在所不辞。不过，他放弃了被实践证明难以行得通的HVPE法和MBE法，改用1971年曾被其他学者一度试用过但没有成功的金属有机化合物气相外延生长（MOVPE）法。
使用MOVPE法研制氮化镓结晶不能没有MOVPE装置。今天，MOVPE装置已成了半导体研究实验室的标准配置，制造MOVPE装置也俨然成了一大产业。但在1980年代初期，MOVPE装置根本就无处可买。因此，赤崎勇只能将从松下技研带过来的实验装置作为基础，把其他教授弃用的旧实验仪器上还能使用的元器件一一拆下，并用科研经费新购部分元器件自行拼装MOVPE装置。尽管自行搭建实验装置非常辛苦，也很耗时，但这样毕竟可以抢在众多学者之前开展MOVPE法氮化镓结晶研究。
在名古屋大学使用MOVPE法试制氮化镓单晶体之初，赤崎勇像过去一样将蓝宝石基板平放在沉积炉内，然后以很低的流速将氮化镓反应气体从上面缓缓吹入炉内。由于蓝宝石基板的温度高达摄氏1千度，致使底部的气体受热上窜，形成对流，氮化镓分子无法稳定沉积到基板上。反复改进后，仍不见好转。于是，赤崎决定将基板按45度倾角斜放，并大幅度提高氮化镓反应气体的流速，结果获得了看上去表面非常均匀的氮化镓结晶。1985年3月，赤崎在日本应用物理学会年会上公开发表了这一研究成果。
实际上，使用MOVPE法获得的氮化镓结晶仍存在晶格缺陷，且混有不少杂质。赤崎勇深入分析后认为，晶格变形主要是因为蓝宝石基板的原子间隔与氮化镓的原子间隔相差过大，也即晶格失配造成的。由于必须承受摄氏1千多度的高温，故只能选用蓝宝石基板。在蓝宝石基板的晶格与氮化镓的晶格大小相差比较大的情况下，如何才能解决沉积在蓝宝石基板上的氮化镓晶格的变形问题？赤崎突然想起，自己在松下技研开发红色激光用半导体材料期间，曾给基板做过一个超薄缓冲层，它可以有效减缓应力变形。尽管当时采用的是液相外延生长法，而不是气相外延生长法，但不妨一试。于是，他把这种想法告诉了1983年考入自己实验室的研究生天野浩。
赤崎勇对照元素周期表琢磨一段时间后认为，碳化硅、氧化锌、氮化镓和氮化铝四种材料比较适合做蓝宝石基板的缓冲层。由于逐个尝试非常耗时，于是他将前两种材料的实验拜托给了自己过去的学生和同事。不过，实验结果都没有达到预期目标。于是，赤崎决定再用氮化铝试一试，因为他在松下技研工作时曾研究过这种材料，对其性质比较熟悉。这项工作自然而然地落到了天野浩的身上。当时，赤崎交待，使用氮化铝给蓝宝石基板制作缓冲层时，温度最好控制在摄氏500度左右，缓冲层厚度不要超过50纳米。
天野不分昼夜地做了一段时间的氮化铝缓冲层实验后，依然没有取得成功。一天，他在做实验时，可能是由于使用的次数太多，实验装置出现了故障，致使沉积炉内温度上不去，当他取出蓝宝石基板时，发现上面已经形成了一层光洁度很高的氮化铝薄层，实验意外地获得了成功。于是，制作氮化铝缓冲层的最佳温控值被赤崎勇和天野浩掌握了。之后，他们师生二人使用MOVPE法很快就制成了表面平坦如镜的高质量氮化镓单晶体。
高质量氮化镓单晶体于1985年研制成功之后，赤崎勇与天野等人于1986年联名公开发表了相关研究成果。名古屋大学同年也为氮化铝缓冲层制作技术申请了专利。不过，用氮化镓制作同质缓冲层一事，赤崎当时没有给予高度重视，只交给一名硕士生来完成，以致没能取得突破。而这次与赤崎、天野一起获得诺贝尔物理学奖的中村修二1991年恰恰是用氮化镓做缓冲层制成了质量更高的氮化镓单晶体。错过近在咫尺的一项更为重要的发现与发明，不能不说是赤崎和天野师徒二人的一种遗憾。
4. 成功研制高效蓝光发光二极管
研制出高质量的氮化镓单晶体后，接下来的难题就是，如何掺杂使其变成P型半导体？因为高亮度蓝光LED需要一个由P型半导体和N型半导体结合而成的p-n结来实现电光转换。氮化镓的N型结晶并不难制备。因为使用氮化铝低温缓冲层技术制成的氮化镓结晶中不可避免地会含有少量带有电子的杂质，因而呈N型结晶性质。但是，氮化镓的P型结晶必须另行制备。
氮化镓与锗和硅不同，当时不论如何掺杂都无法制成P型半导体，以致氮化镓不适合制作P型结晶成了定论。但对赤崎勇来讲，如果无法研制出氮化镓的P型结晶，就无法实现用氮化镓p-n结制作高亮度蓝光LED的既定目标。自己为制备高质量的氮化镓单晶体已经耗费掉了12年的时光，如果现在知难而退，无异于前功尽弃，因此纵使是面临深渊，也只能义无反顾地往前走了。
赤崎勇在给氮化镓结晶掺杂时最初选用的是锌。在赤崎的指导下，天野给氮化镓结晶掺锌很快就取得了成功，初步检测表明，这种晶体符合P型半导体的基本特征。但对其进行霍尔效应检测后确认，它并非P型半导体。虽然没有制成氮化镓的P型结晶，但天野非常偶然地发现，使用扫描电镜观测氮化镓的掺锌结晶时，这种结晶发光量明显增加，而其光谱并未改变。1988年，天野和赤崎等人将这种现象命名为低能电子束辐射效应（LEEBI）予以公开发表。这项意外的发现为后来的氮化镓P型结晶研究奠定了非常重要的基础。
在对为什么给氮化镓掺锌无法获得P型结晶，制作P型结晶的突破口究竟在什么地方之类问题进行一个多月的分析思考后，赤崎勇和天野浩决定用镁代替锌试一试。因为他们在分析掺锌失败的原因时，发现1971年的一项研究提到，镁与镓的电负性差值比锌与镓的还要小。问题是使用MOVPE法制作氮化镓结晶时无法直接掺镁，必须将镁气化。这样就需要进口高纯度的有机镁化合物。尽管进口量很少，但仍耗费了8个月的时间。1988年底，收到材料后，赤崎指导研究室里的一名研究生像制作氮化镓的掺锌结晶一样制成了氮化镓的掺镁结晶。
赤崎勇在名古屋大学执教时期与天野浩等门生的聚会合影
图源：名古屋大学
1989年3月，赤崎团队用低能电子束辐射氮化镓的掺镁结晶后发现，这种结晶在光谱并未改变的情况下，发光强度陡增近80倍。将其与N型结晶结合制成二极管后，发现其完全具备P型结晶的特征。这令赤崎团队兴奋不已。之后的霍尔效应检测结果表明，这种氮化镓掺镁结晶确实是P型结晶。此项成果1989年12月在日本应用物理学会的欧文杂志上发表后，引起了国际学术界的广泛关注。
制作高亮度p-n结型蓝光LED不仅需要高质量的氮化镓P型结晶，还需要高质量的氮化镓N型结晶。尽管使用氮化铝低温缓冲层技术制成的氮化镓单晶体已具备N型结晶性质，但由于这种结晶中的杂质含量非常少，电阻非常大，不太适合制作p-n结型二极管。这样一来，研制高质量的氮化镓N型结晶又成了摆在赤崎勇面前的重要课题。经过不断探索，赤崎团队于1989年秋使用硅烷气体掺硅技术制成了电阻值可控的高质量氮化镓N型结晶。之后，赤崎团队又一鼓作气地于1989年底研制出世界上第一个高亮度氮化镓p-n结型蓝光LED。此时，赤崎已年逾花甲。
1990年，赤崎勇又开始向氮化镓蓝光激光二极管发起挑战。这一年，赤崎在室温条件下使用弱紫外线就使自己研制的高纯度氮化镓晶体受激发光，为氮化镓蓝光激光二极管的研制排除了一个重要的障碍。不过，蓝光激光二极管的开发其后主要是由时任日亚化学公司研究员中村修二完成的。
中村修二的含镓化合物半导体的应用开发
1.确定蓝光发光二极管选题的背景
中村修二1954年5月22日出生于日本四国岛上的爱媛县。其父是日本四国电力公司一名主要负责变电站维护保养的普通员工。中村在家排行老三，上面有一个姐姐和哥哥，下面还有一个弟弟。中村读小学二年级时跟随全家由爱媛县西南部的西宇和郡搬迁至爱媛县西部的大洲市，并在那里读完了市立小学和初中，以及县立高中。
1973年4月，中村修二考入四国岛上的一所普通国立大学——德岛大学的工学院电子工程学系。1977年3月本科毕业后，中村决定留在多田修教授的实验室从事半导性钛酸钡的物性研究。入学不久，他就与在德岛大学附属幼儿园工作的一名女同学结了婚。第二年，妻子为他生了一个可爱的女儿。在这种情况下，中村不得不考虑留在德岛发展。最终，其导师多田教授把他推荐给了自己的同乡好友——日亚化学工业公司总裁小川信雄。
日亚化学公司总部所在的地理位置
图源：日亚公司
日亚当时是一家总部坐落在德岛县阿南市的小型家族企业，创立于1956年，主要生产显像管和日光灯用荧光材料，1979年的年销售额在30亿日元左右。尽管当时的员工数不超过200人，且大多是当地的农家子弟，但它却是日本最大的荧光材料生产厂家。
1979年4月，中村修二正式加盟日亚公司，成了该公司第一个学电子工程出身的员工，并被安排到了主要从事新产品开发的开发科。虽说是开发科，实际上除科长外，只有两名全职研究开发人员。当时，主要生产化工材料的日亚正在思考如何拓展经营范围。产品销售部门提供的信息表明，发光半导体材料市场前景很大，日亚可以从制备红光LED用磷化镓多晶体入手，逐步扩展产品线。这样，如何制备磷化镓多晶体便成了开发科的主要研究课题。
进日亚时，中村并没有想到自己可以从事与材料物性有关的研究，因此当接到磷化镓多晶体研制任务时，感到非常兴奋。但他启动研究后发现，在日亚这样的小型化学公司研制磷化镓多晶体需要解决的难题实在太多。
首先，磷和镓只有在真空和高温条件下才会发生反应；其次，研究经费有限，制备磷化镓多晶体所需的装置必须自制。实际上，即使研究经费充足，为防止技术参数等研发信息外泄，公司也不主张外购。结果，中村只能发挥学生时代习得的本领，自制两温区电热炉等实验设备。
由于反应室必须使用价格昂贵的耐高温石英管制作，为节约经费，中村只好将用过的石英管再加以回收利用，以致用氢氧燃烧器一段一段焊接起来的石英管常常因抗不住磷气化后所产生的高压而发生爆炸。经过不断的探索，中村在进入日亚后的第三年，终于掌握了制备磷化镓多晶体的技术诀窍。不过，这种产品1982年正式投放市场后，并没有达到预期效果。
1982年，中村又根据销售部门的建议，开始研制另一种含镓化合物半导体材料——砷化镓结晶体。尽管制备砷化镓多晶体和制备磷化镓多晶体使用的都是水平布里奇曼法，但砷和镓的反应温度要比磷和镓的高200度，也就是说，高温区的温度必须达到1200摄氏度。这样，不仅需要对先前制作的实验装置进行改进，而且还要更加注意防范石英管发生爆裂。在不断试错之后，中村总算掌握了砷和镓两种原料的配比以及各自的最佳温控值，并解决了石英管爆裂等问题。之后，中村使用自制装置制备砷化镓单晶体也取得了成功。不过，砷化镓结晶投放市场后，销售额同样没有达到预期目标。
1985年，日亚意识到，砷化铝镓单晶体薄膜，即砷化镓和砷化铝混晶薄膜，更有市场前景，于是决定研制砷化铝镓单晶体薄膜。研制混晶薄膜意味着公司现有的装置已无用武之地。当时，制备混晶薄膜多采用液相外延生长法。问题是这种装置虽然可以订购，但交货周期长达一年，而且价格昂贵，于是日亚决定组织力量，自行研制。在中村等人的努力下，液相外延生长装置只花了半年时间便大功告成。
使用液相外延生长装置制备砷化铝镓单晶体薄膜时，需要做大量实验才能逐步摸清溶液组成、加热温度、与基板接触时间的最佳值。而且，薄膜制成之后，还需要对其进行霍尔效应检测。薄膜检测设备当然也得自行研制。经过不断试错，中村于1988年成功地解决了制备高质量的砷化铝镓单晶体薄膜以及使用其制作红外或红光LED等技术难题。
尽管中村修二进入日亚的最初九年，先后开发出了三种含镓化合物，但它们对日亚销售额的贡献并不大。对于公司研发人员来讲，产品开发出来后，若销路不好，很难获得公司的好评。问题是，在小公司开发新产品，即使起步比较早，也难保不被大公司迎头赶上乃至全面超越。因此，小公司开发绝对不能跟风、模仿，必须另辟蹊径、独树一帜。这意味着小公司的研发人员不能只做销售部门的应声虫，不能跟在其它企业后面亦步亦趋，而应根据技术发展的大势明确地做出自己的判断。
基于上述认识，中村认为日亚有必要启动蓝光LED研究。因为蓝光LED的应用前景广阔、市场规模庞大。还有就是，在研制磷化镓多晶体、砷化镓单晶体、砷化铝镓红光LED过程中，日亚在开发含镓化合物半导体二极管方面已形成了一定的技术积累。中村将自己的想法直接向小川信雄总裁汇报后，令他感到意外的是，小川总裁当即表示同意，并答应为此项目提供3亿日元研发经费。1988年的日亚年销售额不到200亿日元，这称得上是一笔巨额投入。
2. 自己动手搭建实验装置
1988年前后，有望被用来制作蓝光LED的化合物半导体材料主要有三种：碳化硅、硒化锌和氮化镓。由于碳化硅属于间接迁移型半导体，不适合制作高亮度蓝光LED，故中村一开始就将其排除掉了。问题是，不论是硒化锌，还是氮化镓，加热后都像樟脑丸一样直接气化，无法使用现有的液相外延生长装置制备其单晶体薄膜。这意味着，如果使用可反应形成硒化锌或氮化镓的气体来生成其单晶体薄膜，必须订购或研制气相外延生长装置。
当时，气相外延生长主要有两种方式，一是分子束气相外延生长（MBE）法；二是金属有机化合物气相外延生长（MOVPE）法。MBE法外延生长效率太低，而且装置价格昂贵，用来在研究室里做些实验还可以，用于工业化生产显然不合适。这样，可供中村选择的方法实际上只有一种，即MOVPE法。这种方法对中村来讲，无疑是一个需要从头开始学习的全新领域。
恰巧，德岛大学的酒井士郎副教授此前访问日亚时提起过，气相外延生长法比液相外延生长法更适合制作化合物半导体薄膜。那时，酒井将接受邀请赴美国佛罗里达州立大学工学院开展MOVPE法研究。如果日亚觉得有必要，可以派遣一人同自己一道去佛罗里达州立大学。日亚公司认为这是一个非常难得的学习机会，于是开始考察适合派遣到美国的人选。最终，中村得以脱颖而出，以日亚派遣的方式于1988年4月赴佛罗里达州立大学工学院学习一年。与此同时，日亚在酒井的指导下向美国有关厂家发出了购置MOVPE装置及其相关设备的订单，并开始在新落成的研发大楼里筹建MOVPE实验室。
中村以研制砷化镓红外LED为名赴美国学习MOVPE法时，因没有获得过博士学位也没有发表过学术论文，遇到了很多困难。对年龄快满35岁的他来讲，没有受到应有的尊重倒是次要的，最令他烦恼的是，实验室的MOVPE装置已各有其主，唯一一台没有被占用的还被拆解得面目全非。在这种情况下，中村只好以这些零部件为基础，自行搭建MOVPE装置。结果，来美国后的最初九个月，中村大多数时候都在从事焊接、配管之类作业。
在搭建MOVPE装置过程中，中村看到了自己的比较优势，增强了开展实验研究的自信。因为和他同在一个实验室的众多拥有博士学位的韩国和中国留学生，不仅连电热炉之类简单的实验设备都不会制作，甚至在实验设备出现故障时都不知道如何检查、修理。这些留学生做实验时遇到很小的挫折就说行不通，进而放弃当初的研究计划。在中村看来，和这些动手能力不强的留学生相比，自己理应有更大的作为。但是，当他搭建好MOVPE装置，在美国的时间只剩下三个月了。因此，他如饥似渴地使用磷化镓和砷化镓做了十余次气相外延生长薄膜实验。尽管没有来得及做更多的实验，但在搭建MOVPE装置过程中积累起来的经验对其后来改造外购的MOVPE装置、研制氮化镓薄膜产生了非常重要的影响。
在美国访问研究期间，中村就开始思考究竟是优先选择硒化锌，还是氮化镓来制作蓝光LED？他在参加学术会议时发现，大多数学者认为使用硒化锌制作蓝光LED更有前途，而仍在执着地使用氮化镓来研制蓝光LED的学者已为数极少。其中一个非常重要的原因是，找不到一个适合用来外延生长氮化镓单晶体薄膜的基板，或叫做衬底。
用外延生长法沉积制作单晶体薄膜时，基板的原子间隔，即晶格大小最好能与半导体结晶材料的晶格大小一致，晶格大小相差越大，沉积出来的半导体结晶薄膜中的晶格缺陷越多，就像在高尔夫球或网球上堆乒乓球比在乒乓球上堆乒乓球更难堆齐一样。由于氮化镓的反应温度超过1000摄氏度，而且反应气体之一氨具有很强的腐蚀性，因此，当时只能选用碳化硅或蓝宝石基板。可是，碳化硅、蓝宝石与氮化镓的晶格常数相差5%乃至15%，以致人们长期无法解决氮化镓结晶薄膜晶格缺陷过多难题。而使用砷化镓基板制作硒化锌结晶薄膜，晶格缺陷要少很多。
但是，中村在回国之前决定采用氮化镓制作蓝光LED。因为过去的经验告诉他，如果跟在别人后面亦步亦趋，即使掌握了使用硒化锌制作蓝光LED技术，也很难绕开众多学者先前发明的专利，更何况美国和日本的一些大公司已经涉足这个领域，以日亚的实力根本拼不过他们。而氮化镓蓝光LED则不然，众多欧美公司已从这一领域撤退，目前仍在从事这项技术开发的基本上只剩下名古屋大学的赤崎勇教授。
简言之，对当年在产品营销上被大公司击败的教训记忆犹新的中村坚持走自己的路，最终选择了当时不被人看好的氮化镓来研制蓝光LED。
3. 高质量氮化镓单晶体薄膜的研制
1989年3月，中村从佛罗里达州立大学回国后不久，日亚在美国订购的MOVPE装置就到货了。在公司安排的数名研究助手的协作下，中村开始安装、调试这套高2米、长4米、宽1米的大型装置。为订购这套装置，日亚花掉了近2亿日元。这在日亚的历史上是前所未有的。此举对中村的研究构成的压力可想而知。
安装、调试完毕之后，中村便开始使用这套装置试制氮化镓单晶体薄膜。在装置允许的参数限度范围内试制三个多月后，中村仍没有取得任何进展。其实，这并不奇怪。如果使用现成的装置就能制成氮化镓单晶体薄膜，那么氮化镓蓝光LED的研制也就不会成为世界性的难题了，更何况这套装置当初还是按照研制砷化镓红外LED的要求定制的。这意味着必须对订购的MOVPE装置进行改造。由于此前已练就一手焊接石英管、改造配管的绝活，而且还亲手搭建过MOVPE装置，故中村决定自己动手改造MOVPE装置。
在中村之前研制氮化镓单晶体薄膜的团队都使用高频电磁场给反应室中的基座加热。由于这种情况下金属线圈绕在反应室周围不接触里面的反应气体，所以无需解决反应气体引起的腐蚀问题。但这样会导致另外一个问题，即反应室及其内部的配管、喷嘴等不能使用容易在磁场中发热的金属材料制作。由于配管和喷嘴只能使用石英之类材料制作，故要根据成膜条件改变配管方式和喷嘴结构非常困难，以致试制氮化镓单晶体薄膜受到很多限制，而且这类装置也很难满足工业化生产的苛刻需求。
中村经过一番思考后，决定采用电阻丝加热器加热。使用气相外延生长法制作氮化镓单晶体薄膜时，反应气体通常选用的是三甲基镓（TMGa）和氨，运载气体选用的是氮气或（和）氢气。由于氨具有强腐蚀性，致使安装在基板下的电阻丝加热器在高温条件下很容易受到腐蚀而断路。解决电阻丝加热器在高温、强腐蚀工况下的断路难题看似很小，实际上耗费了中村很多时间。如同哈伯·博施当年很巧妙地解决了合成氨反应室中的金属内壁遭腐蚀发生爆炸问题一样，中村最终很好地解决了加热器的断路难题。日亚没有为这项技术申请专利，而是将其作为技术诀窍严加保密。
除加热器外，中村还根据制备氮化镓单晶体薄膜的需要对反应室中的配管和喷嘴等进行了一系列改造。1990年元旦前后，中村几乎每天上午都在干些打开真空容器、取出零部件、弯曲金属管道、重新配置线路、焊接石英管、改变喷嘴形状、调整喷嘴高度和角度之类的技术活，下午则使用刚进行过改造的装置试制氮化镓单晶体薄膜，晚上回家后则在思考明天上午如何进一步改造装置以制备出氮化镓单晶体薄膜。经历过无数次失败之后，中村终于在1990年2月产生了灵感。
以单气流的方式，亦即将反应气体和运载气体同时由水平方向喷向基板上方时，气体会在高温基板上方形成对流，因而无法在基板上沉积出高质量的薄膜。所以，必须改变气流的喷入方式，否则很难克服对流的干扰。
采用单气流输气方式容易形成对流
1990年8月27日的实验记录表明，中村尝试着进行了四种喷气方案的实验。之后，中村意识到，如果让反应气体和运载气体由水平方向喷向基板，同时让另一股惰性气体自上而下喷向基板，则有可能起到有效抑制对流的效果。按照这一思路，中村又对实验装置进行了一系列改造，终于于1990年9月在蓝宝石基板上试制出了氮化镓单晶体薄膜。
采用双气流输气方式可以抑制对流
中村后来将上述这种制膜方式命名为Two-Flow MOCVD法，并于1990年10月申请了发明专利。不过，有研究表明，中村产生的这种双气流制膜想法受到了东北大学御子柴宣夫教授的影响。正是因为在参加1990年3月底召开的日本应用物理学会时听到了御子教授的有关报告，中村才获得了改造MOVPE装置的灵感。而且，当时在使用气相外延生长法制作化合物半导体薄膜时，已经有人采用双气流方式。因此，双气流方式本身并没有特别的新颖之处。但是，中村使用TF-MOVPE法首次制成氮化镓单晶体薄膜则是无可争议的历史事实。
中村虽然使用TF-MOVPE法试制出了氮化镓单晶体薄膜，但它的质量并不高。糟糕的是，进入10月后，连这种质量不高的薄膜都再现不了。之后，中村一边改进装置，一边根据自己的经验和直觉调整反应温度和反应时间，终于在1990年底掌握了氮化镓单晶体薄膜的再现条件。不过制备出来的薄膜的表面凸凹不平。
鉴于名古屋大学的赤崎勇团队1985年使用氮化铝制作低温缓冲层，成功地在蓝宝石基板上制作出了平面如镜的氮化镓单晶体薄膜，中村决定也使用低温缓冲层来解决这一问题。但他没有选用氮化铝，而是选用了与制作薄膜相同的材料——氮化镓来制作低温缓冲层。一个月后，中村使用自制的双气流成膜装置采用同质材料制作低温缓冲层取得成功，并在此基础上于1991年1月底制备出了质量远高于赤崎团队的氮化镓单晶体薄膜。中村当然也为这项两步成膜法技术申请了发明专利。
4. 氮化镓P型结晶制造技术的开发
制备氮化镓P型结晶难度极大，以致很长一段时期里，氮化镓不适合制作P型结晶在学术界成了定论。率先攻克这一难题的是名古屋大学的赤崎勇团队。当时赤崎的博士生天野浩在实验过程中意外地发现，使用扫描电镜观测氮化镓掺锌结晶时，该结晶的电阻会明显减小，发光量会显著增大。受到启发后，赤崎勇团队使用低能电子束对氮化镓掺镁结晶进行辐射，于1989年成功地制备出了氮化镓掺镁P型结晶。
使用低能电子束辐射方式制备氮化镓掺镁P型结晶效率太低，难以满足工业化生产的需求。因此，赤崎勇团队的天野浩曾尝试着使用加热处理的方式来制备氮化镓掺镁P型结晶，但没有成功，以致和赤崎团队联合研制高亮度蓝光LED的丰田合成化学公司1991年推出蓝光LED时采用的仍是MIS结构，而不是P-N结型结构。
因此，中村在制定1991年的研究计划时明确写到：“今年的目标：(1)P型氮化镓膜的生长；(2)P-N结型蓝光LED的制作。”
日亚的氮化镓掺镁P型结晶的研制是从再现赤崎勇团队的实验开始的。这项工作主要由中村的研究助手、1989年入职的妹尾雅之来实施。可是，妹尾使用扫描电子显微镜照射中村使用双气流MOVPE法和两步成膜法制成的氮化镓掺镁结晶后，未能再现天野浩当年的实验结果。于是，妹尾于1991年2月中旬试着改用实验室里的电子束蒸镀电极装置来辐射氮化镓掺镁结晶，没料到竟然于次月获得了氮化镓掺镁P型结晶。
由于蒸镀电极装置中的氮化镓掺镁结晶试样是在受辐射升温情况下转变为P型结晶的，故妹尾等人推断受热有可能是导致试样转化为P型结晶的关键。但是，使用这种电极蒸镀装置很难控制电子束的辐射量，故实验结果很不稳定。于是，中村于当年4月专门预订了一台电子束辐射装置。在这台装置尚未到货期间，中村的另一名助手岩佐成人1991年9月在解决氮化镓掺镁结晶与蓝宝石基板因热膨胀系数不同容易发生弯曲变形问题时偶然发现，无需进行电子束辐射，只要将氮化镓掺镁结晶加热到600摄氏度左右后进行退火处理，就可以获得P型结晶。
继妹尾雅之和岩佐成人的实验研究之后，中村围绕氮化镓掺镁P型结晶的形成机理问题做了一系列验证实验，并得出结论：氮化镓掺镁结晶在无氢情况下进行退火处理后就可以转化为P型结晶。1991年底，中村和岩佐成人、妹尾雅之联名为这项氮化镓P型结晶的制备技术申请了专利。
用氮气退火的方式制备氮化镓P型结晶不仅经济、方便，而且薄膜的均匀性更好，光辐射效率更高。这项技术的发明，为日亚后来工业化生产高效率氮化镓基蓝光LED奠定了重要的基础。
5. 双异质结蓝光发光二极管正式投产
在妹尾雅之试制出氮化镓P型结晶后，中村就开始着手试制P-N结型蓝光LED。由于使用双气流 MOVPE装置制作氮化镓N型结晶比较容易，故中村1991年3月就研制出了P-N结型氮化镓蓝光LED。不过，这种二极管通电后发出来的是青紫色的光，而且不是很亮。即便如此，它的性能仍大幅超过了碳化硅蓝光LED。虽说中村当时制作的P-N结型氮化镓蓝光LED已达到了世界最高水准，但他研制氮化镓蓝光LED的目的毕竟不是为了写论文，而是要制成产品，抢占市场，因此单项关键核心技术的突破虽然重要，但更重要的还是把有竞争力的产品尽快推出来。
正当中村为氮化镓蓝光LED的实用化苦苦努力之时，传来了美国3M公司使用硒化锌晶体实现了蓝绿色激光器振荡发光的消息。由于并不知道3M公司研制的激光器震荡发光时间还不到1秒，离实用化要求还差得很远，所以中村倍感失落。倘若3M公司实现了蓝绿色激光器长时间的振荡发光，那就意味着对手跑到自己前面去了，而且把自己远远地甩在了后头。这对中村乃至日亚的刺激都非常大。当时，日亚在蓝光LED这个项目上已投入数以亿计的资金，总裁都已经有点沉不住气了，故不断催促中村尽快把氮化镓蓝光LED推向市场。
是现在就把手上的这个技术并不成熟的P-N型氮化镓蓝光LED推出去？还是继续改进，等颜色和亮度指标达到要求后再推出去？若匆忙把不成熟的产品推出去，大公司很有可能会通过逆向工程迅速赶上甚至超越日亚。权衡利弊得失之后，中村决定顶着压力继续研发，因为他觉得自己有把握在短期内使产品开发跃上一个新的台阶。
当时，摆在中村面前的课题主要有两个：一是调整P-N结型氮化镓二极管的发光波长，使其发出蓝光，而不是青紫色的光；二是提高氮化镓二极管的发光效率，使其亮度更高、节能效果更好。这样一来，氮化铟镓（铟镓氮、InGaN）结晶和双异质结的制备便成了中村团队1992年的研究重点。
颜色与波长的关系
氮化铟镓是在氮化镓中添加同族元素铟制成的一种化合物。通常，氮化镓结晶通电后发紫外光，氮化铟结晶通电后发红光。因此，从理论上讲，人们可以通过往氮化镓中添加不同量的铟来制备蓝光发光晶体。往氮化镓中添加的铟越多，其结晶发出的光越接近红色；添加的铟越少，其结晶发出的光就越接近紫外。关键是加铟量的控制和掺杂结晶薄膜的生长。这样一来，中村此前研制的双气流MOVPE装置又有了新的用武之地。与双气流MOVPE装置格斗好几个月后，中村团队使用气相外延生长法终于试制出了氮化铟镓结晶薄膜。
掌握了氮化铟镓结晶薄膜的制备技术之后，中村便率领年轻的助手们向双异质结发起冲击。1992年9月，中村等人使用双气流MOVPE装置以及刚刚掌握的氮化铟镓结晶薄膜制备技术终于试制出了氮化镓/氮化铟镓双异质结LED。尽管这是一个里程碑式的试制品，但其亮度仍然有限，而且发出的是青紫色光，尚需进一步完善。
为获得更为明亮的蓝光，中村团队紧接着又围绕给氮化铟镓结晶掺杂问题展开了一系列的实验，并于1992年底试制出了人眼可见亮度提高了4倍、波长扩大到450纳米的双异质结LED。1993年2月，助手长滨慎一又根据中村的建议将锌和硅掺进氮化铟镓，获得了比只掺锌要亮数十倍的氮化铟镓掺杂结晶。使用这种结晶制作的双异质结LED亮度有了显著的提升。
中村等人开发的蓝光LED基本结构
1993年3月底，双异质结LED的发光波长进一步扩大到属于蓝光范围的460纳米，亮度进一步提高到2月初的20倍。于是，日亚决定自4月1日起成立“N项目组”，负责蓝光LED的工业化生产。
“N项目组”最初只有17人，但到7月份，人员便增加到40人，其中有好几个人是从日本大公司招聘过来的设计制造经验丰富的技术骨干。在“N项目组”启动后的半年里，通过进一步调整结晶薄膜的外延生长条件，逐步提高了结晶质量，中村团队研制的双异质结蓝光LED在1993年10月亮度达到了1尼特。这个数值是美国科锐公司当时生产销售的碳化硅蓝光LED的100倍。1993年11月30日，日亚召开产品发布会，正式宣布高效率蓝光LED开始投产，并从即日起对外销售。
紧接着，中村修二等人又于1995年9月开发出了亮度为黄绿色60倍的纯绿色LED；一年后，即1996年9月又将白色LED推向市场，从而拉开了白色LED照明的序幕。
结语
通过上面的考察不难看出：
1. 赤崎勇、天野浩和中村修二能够摘得诺贝尔奖桂冠与他们攻克的高效蓝光LED研制难题具有广泛应用前景和巨大社会需求不无关系。
1962年底，何伦亚克使用磷砷化镓研制出红色LED。这对赤崎勇产生的冲击可想而知。赤崎于1964年进入松下电器东京研究所担任第四基础研究室主任后，迅速决定由元素半导体研究转向化合物半导体研究，与其敏锐地看到了可见光LED的应用前景不无关联。1968年，绿色LED也宣告问世；1972年，何伦亚克的学生、孟三都公司的克劳福德（M. George Craford）又研制出了第一个黄光LED，并将红光LED的亮度提高了10倍。至此，红、绿、蓝三原色中只剩下蓝光LED研究尚未取得突破。一旦蓝光LED的研究取得重大突破，那么人类便打开了通往全彩LED显示时代和高效白色照明时代的大门。正是因为有了如此诱人的应用前景的导引，赤崎勇、中村修二等一批学者才会顽强地向蓝光LED发起冲击。因为自己的研究深具应用价值，且具有巨大社会需求，故即使挑战失败，或者只是成了铺路石，那也是有意义的。
对于任何一个有社会责任感的科学家来讲，没有什么比从事一项极有可能在不久的将来给人类带来巨大福祉的研究更令人感到愉悦的。关键是如何才能敏锐地捕捉到深具学术价值和应用前景的研究选题。人们常说板凳要坐十年冷，但这样做需要一个前提，那就是所从事的研究具有重要的学术价值和广阔的应用前景。如果所从事的研究没有太大的学术价值和应用前景，任凭是谁也很难长期坚持，即使能够长期坚持，也很难做出恩泽后世的杰出科技贡献。所以，坚持不懈固然重要，但更为重要的是，所从事的研究的确很有意义，值得人们为之付出。
2. 自己搭建主要实验装置是赤崎勇、天野浩和中村修二得以率先研制出高效蓝光发光二极管的关键。
赤崎勇在研制氮化镓结晶过程中曾使用过分子束外延生长法和金属有机化合物气相外延生长法。这两种方法都是他自己开发的，而且试验装置也都是他自己搭建的。正是因为使用了金属有机化合物气相外延生长这种新型实验装置和氮化铝缓冲层技术，赤崎勇团队才于1986年获得了晶体质量高、光学特性好的氮化镓单结晶。没有这项突破，高效蓝光LED也就不可能得以抢在其他团队之前问世。
中村修二在佛罗里达进修期间就已决定迎难而上，使用氮化镓来试制蓝光LED。由于没有现成的生长氮化镓之类半导体薄膜用的金属化合物气相外延生长装置，所以日亚公司只能从美国订购了一套主要用于生长砷化镓半导体薄膜的金属化合物气相外延生长装置。使用这套进口装置试制氮化镓半导体薄膜不可避免地会遇到很多困难。于是，中村基于过往经验大胆地对这套装置进行了一系列改造。正是因为在不断试错的基础上于1990年研制出了加热器放置在反应室内的双气流式金属化合物气相外延生长装置，中村才能在比较短的时间内试制出一批制备高效率蓝光LED所需的半导体材料。而且这种双气流式特殊装置也为中村开展后续氮化镓掺杂研究带来了很多便利。简言之，正是因为中村能够设计制作出全球唯一的先进实验装置，他的团队才能率先开发出全球第一个双异质结高效蓝光LED。
在科学日益技术化、技术日益科学化的今日，自行改造或设计制作实验装置，确保其先进性和唯一性，在一些情况下已成为开拓研究领域、催生源头创新、推动前沿突破、攻克核心技术的前提条件之一。使用别人已经使用过的实验装置开展研究，无异于跟在先行者后面去海边拾贝壳，虽然偶尔也能够获得一些意外的发现，拾得几个漂亮的贝壳，但其概率要远小于先行者。因此，对于从事实验研究和技术开发的科研人员来讲，没有什么事情比率先获得最先进的测控仪器和实验设备更令人高兴的了。但是，最先进的测控仪器和实验设备靠金钱是很难买得到的，即使买得到，也需要花费很多时间。所以，能否自行设计制作研究开发所需的测控仪器和实验设备，对那些希望开展原始性创新、攻克关键核心技术的科研人员来讲，尤为重要。
3. 一系列偶然发现为赤崎勇、天野浩和中村修二率先研制出高效蓝色发光二极管奠定了重要基础。
幸运女神曾两度光顾赤崎勇团队。一次是在天野浩按照导师的意见给蓝宝石基板制作氮化铝缓冲层时，另一次则是在天野浩使用扫描电镜观测氮化镓的掺锌结晶时。第一次是因为金属有机化合物气相外延生长实验装置出现了故障，致使沉积炉内的温度升不上去，非常偶然地在蓝宝石基板上沉积出了一层光洁度很高的氮化铝薄层，从而解决了为蓝宝石基板制作氧化铝缓冲层的技术难题。如果不能解决制作缓冲层难题，赤崎勇团队就不可能于1985年制备出高质量的氮化镓单晶体。第二次是在给氮化镓单晶体掺锌取得成功后，检测其物理性质时，偶然发现用低能电子束辐射可以增加这种结晶的发光量，从而为后来的氮化镓P型结晶研究奠定了非常重要的基础。
这两次偶然发现既成就了天野浩，也成就了赤崎勇。如果没有这两次偶然发现，赤崎勇虽然在化合物半导体研究领域埋头苦干了数十年，也未必能如愿以偿地研制出高效氮化镓蓝色LED。但是反过来，如果不是因为已在化合物半导体研究领域耕耘数十年，积累了丰富的研究经验，赤崎勇不会想到用氮化铝来做缓冲层，也不会那么快就指导天野浩制备出氮化镓掺锌结晶。
幸运女神同样光顾了中村修二团队。中村的名助手岩佐成人1991年9月在解决氮化镓掺镁结晶与蓝宝石基板因热膨胀系数不同容易发生弯曲变形问题时意外发现，无需进行电子束辐射，只要将氮化镓掺镁结晶加热到600摄氏度左右后进行退火处理，就可以获得P型结晶。这项意外发现为中村团队发明用氮气退火方式制备氮化镓P型结晶的方法创造了重要的条件。正是因为掌握了这项技术，批量生产高效率氮化镓蓝色发光二极管才成为可能。
由此可见，把大量科研资源集中投放到少数声名显赫的精英身上，期待他们率先取得重大科技突破，可能还不如分散风险，扩大资助范围，将希望寄托在众多具有做出重要科学发现潜质的年轻人身上。诺贝尔奖级科技突破从来就不是规划出来的，但当认真做科学研究的人越来越多时，总会有人取得重大科技突破。
参考文献：
[1] Isanu Akasak, Hiroshi Amano. Breakthroughs in Improving Crystal Quality of GaN andInvention of the p-n Junction Blue-Light-Emitting Diode. AAppS Bulletin, 2008, 18(3):26-34.
[2]Shuji Nakamura.The Roles of Structural Imperfections in InGaN-Based Blue Light-Emitting Diodes and Laser Diodes.SCIENCE, 1998,281(5379):956-961.
[3]Shuji Nakamura, Stephen Pearton, Gerhard Fasol.The Blue Laser Diode: The Complete Story. New York: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2000.
[4]The Class for Physics of the Royal Swedish Academy of Sciences. Scientific Background on the Nobel Prize in Physics: Efficient Blue Light-emitting Diodes Leading to Bright and Energy-saving White Light [5]Sources.http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/advanced-physicsprize2014_2.pdf.
[6]The Royal Swedish Academy of Sciences.TheNobel Prize in Physics 2014.PRESS RELEASE,2014-10-07. [7]http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/press.pdf.
[8]赤崎勇.青い光に魅せられて――青色LED開発物語.东京：日本经济新闻出版社，2013。
[9]小山稔.青の奇跡――日亜化学はいかにして世界一になったか.东京：白日社，2003。
[10]仲森智博.高輝度青色発光ダイオード開発物語.日経エレクトロニクス，1995年2-3月.
[11]中村修二.「バカになれる男」が勝つ!.东京：三笠书房，2004.
[12]中村修二.負けてたまるか！——青色発光ダイオード開発者の言い分.东京：朝日新聞出版，2004.
[13]中村修二.ごめん！——青色ＬＥＤ開発者最後の独白.东京：ダイヤモンド社,2005.
[14]中村修二.怒りのブレイクスルー.东京：集英社文庫，2014.
[15]周程. 个人兴趣与社会需求共同驱动型科技突破——赤崎勇何以能获得2014年诺贝尔物理学奖.科学与管理，2014，34(5):3-9.
[16]周程.从实验装置改造能手到诺贝尔物理学奖得主——中村修二在日亚公司研制蓝色LED案例研究.自然辩证法通讯，2018，40（2）：129-139.
