一片 2 英寸（约 5 厘米）直径的白色半透明、塑料质感的小圆片，在国际市场上的售价居然可以达到5,000到7,000美元；不但供不应求，而且由于国际贸易的技术壁垒，一片难求——这当然不是普通的塑料片，是被称为“第三代半导体材料”的氮化镓晶片。
你可能难以想象，一片2英寸的氮化镓晶片可以生产出1万盏亮度为节能灯10倍、发光效率为节能灯3-4倍、寿命为节能灯10倍的高亮度LED照明灯；也可以制造出5,000个平均售价在100美元以上的蓝光激光器；氮化镓晶片还可以被应用在电力电子器件，使得系统能耗降低30%以上；它也将是未来微波通信的核心材料，并使得同样面积的微波基站传输覆盖面积比目前至少提升一倍以上。
“第一代半导体是硅，主要解决数据运算、存储的问题；第二代半导体是以砷化镓为代表，它被应用到于光纤通讯，主要解决数据传输的问题；第三代半导体以氮化镓为代表，它在电和光的转化方面性能突出，在微波信号传输方面的效率更高，所以可以被广泛应用到照明、显示、通讯等各大领域。”苏州纳维科技总经理徐科解释道。
氮化镓是一种人造材料，自然形成氮化镓的条件极为苛刻，需要2,000多度的高温和近万个大气压的条件才能用金属镓和氮气合成为氮化镓，所以在自然界几乎不可能实现。1998年，美国科学家研制出了首个氮化镓晶体管。
然而，氮化镓禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，使得它成为迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系，并可以成为制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件的关键基础材料。
现在LED盛行的风潮下，氮化镓作为半导体发光二极管应用于LED照明也已经在中国发展得风起云涌。然而，徐科介绍说，目前市场上大规模应用于LED照明的氮化镓芯片距离氮化镓真正的“神奇能量”还相距甚远。
“这主要是由于目前市场上广泛使用的LED氮化镓芯片通常是基于蓝宝石或碳化硅衬底晶片制备而成，这种衬底决定了每平方厘米LED芯片的缺陷密度达到上亿个；但如果能将LED芯片的衬底晶片变为氮化镓本身，那么LED芯片的缺陷密度将降低为现在的百分之一甚至千分之一。那时再应用于LED产品时，不但有效解决了发光时的散热问题，还能使单位面积亮度提升10倍。”
纳维科技正是专注于氮化镓衬底晶片生产的公司，作为半导体的一族，纳维公司在产业链中的角色类似硅芯片产业链中的晶圆生产商。无论是氮化镓晶片生产，还是以氮化镓为衬底的芯片器件，都需要精密的纳米加工工艺。由于技术门槛极高，在全球能够规模化生产氮化镓晶片的公司屈指可数，日本的住友、日立电缆在这个领域中占领着制高点，其次为美国公司。
徐科带领的纳维科技是全球第7 家，也是中国唯一一家具备氮化镓晶片生产能力的公司。“虽然我们到2010 年底才推出自己的产品，但我们产品的性能已经超越了几家先进入的国际巨头，并且有能力迅速将产能提升。”
1995 年，徐科还在中科院上海光学精密机械研究所攻读博士学位时，便开始了对晶体生长、氮化物半导体材料外延生长的研究。此后，无论是去日本留学、工作，还是回国到北京大学物理系任教，徐科从未离开过他所致力研究的氮化物半导体领域。
通过10 多载潜心研究，徐科掌握了让氮化镓的大尺寸人工制备在1 个大气压、1,000 多度的环境中成功合成的技术。他认为，“一项研究做了十几年，如果再不能推向应用，这项研究就失去了它存在的价值。”
2006 年，徐科加入刚刚在苏州成立的中科院纳米技术与纳米仿生研究所，而他的目标就是把氮化镓晶片实现产业化。
2007 年4 月，徐科拿出80 万元与中科院纳米所合资成立了苏州纳维科技，专注于氮化镓晶片的设备制造和晶片生产。此后，纳维科技陆续得到了风险投资和政府支持的研发资金累计近3,000 万元。
“虽然我们在公司成立之初已经掌握了氮化镓晶片制备的技术，但从实验室的样品变为可以规模化生产、高品质的产品，这仍然是一个需要相当大资金和人力投入的过程，这也是目前我们在整个高科技投入中非常薄弱的一环。”徐科坦诚道。
要实现规模化的生产，必须拥有自动化的生产设备。纳维科技成立后的3 年多中，徐科和他的团队专注于将氮化镓生产的实验室设备变为工业化生产的设备。“研发能力和氮化镓晶片的自行设备制造能力是我们的两大核心竞争力。”徐科说。据他透露，纳维自行研发的设备成本仅为国际同行的1/10。
在产品研发方面，徐科把目光放在了更大尺寸的氮化镓晶片制备上。“目前仅个别日本公司掌握了4 英寸氮化镓晶片的制造技术，但还没有产品出来，而我们预计到2012 年底，我们的4 英寸氮化镓晶片产品将可以投产，2014 年可以生产出6英寸的晶片。”
除了做大之外，将氮化镓晶片做得更薄，使之直接成为氮化镓器件（或芯片）的一部分，生产出“无衬底氮化镓晶片”是徐科追求的另一目标。氮化镓芯片的厚度通常为0.1 毫米，目前以蓝宝石衬底做出来的氮化镓芯片通常厚度为0.4 毫米，在使用过程中必须“削薄”后封装使用。
“目前的氮化镓晶片衬底也同样需要作‘削薄’处理，但未来当我们把氮化镓晶片做得足够薄，就可以直接成为氮化镓器件的一部分，那样我们及整个产业的成本都将极大降低，目前我们已经在研发相关的技术，预计两三年后可以投入产品。”
在徐科看来，作为第三代半导体的氮化镓器件之所以售价高昂，主要是由技术垄断造成的。“现在蓝宝石基底的LED芯片价格仅为几毛钱，而氮化镓基底的LED 芯片价格则为20 美元，规模化生产后，他们的成本应该没有太大差别，”徐科说，“我认为几年之内，氮化镓晶片将由现在5,000 美元一片，降到300 美元一片，晶片的尺寸也会越来越大，这将让成本进一步降低，苏州纳维公司在这方面具有很厚实的竞争力。”
在氮化镓应用方面，除了LED 照明，徐科认为消费电子是未来氮化镓应用最广阔的市场。将氮化镓应用于DVD 中的蓝光激光器，可以极大提升对数据读写的准确率，未来的同样容量的DVD 光盘可能变得只有耳塞那么小。
将氮化镓应用于手机投影是另一个被看好的应用，“手机投影从技术上已经可以做到，唯一的问题就是电池无法支持大功率和长时间的照明，但如果把氮化镓用到其中，这个问题就会迎刃而解。”
在市场应用的探索过程中，纳维的合作伙伴正试图将氮化镓应用于医学造影——比如拍摄X 光片的设备中，可以将放射物质的剂量减少几百倍，从而降低患者的辐射危害。
同样由于氮化镓拥有极高的光电转换能力，如果能将氮化镓用于光转化为电，那么在太阳能电池领域将是一场革命，因为其理论的光电转化效率可以达到76%。氮化镓材料还可以利用太阳能将水直接分解为氢和氧，为人类提供清洁可再生能源。
“毋庸置疑，氮化镓的未来市场是一个数万亿美元的市场。”徐科称。然而，让徐科觉得颇为挑战的是产业链的发展——在整个产业链中，国内在氮化镓基底的器件研发和生产上仍然面临断层。“我们期待更多的企业发现氮化镓的价值，愿意投入资本和时间来开发相关的应用和产品。”
正因为如此，纳维科技仍然会将很多产品以极低的价格、甚至免费赠送给相关下游产业发展自己的产品。“我们从不担心这个市场的空间和自身的盈利能力，我们希望看到更多有远见、看重未来广阔市场空间的公司和我们一起来推动中国整个产业链的发展和成熟！”
责任编辑：solar_robot
