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。
半导体材料发展至今已历三代：第一代半导体材料以锗和硅为代表，被广泛运用于集成电路制造领域;第二代半导体材料以砷化镓、磷化铟为代表，主要应用于以光发射器件为基础的光显示、光通信和光存储等光电子系统;第三代半导体材料则以氮化镓、碳化硅、金刚石为代表，具有具有宽的带隙、强的原子键、高的热导率、高熔点(1700摄氏度)、耐腐蚀等优点。特别是在传统材料的功率器件发展到材料极限，已经很难满足高频、高温、高功率、高效能、小型化等方面新需求的情况下，氮化镓则可凭借其材料特性，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面取而代之。
也正是因此，诸多科技公司纷纷致力于氮化镓功率器件的研发和生产——2015年1月，富士通和美国Transphorm在会津若松量产氮化镓功率器件;2015年3月，松下和英飞凌达成共同开发氮化镓功率器件的协议;同月，东芝照明技术公司开发出在电源中应用氮化镓功率元件的卤素LED灯泡……国内也有中航微电子、中镓半导体等公司从事该领域的研发和生产，上海市政府则投入100亿资金用于半导体材料的研发(不局限于氮化镓)。
可以说，氮化镓已经全球半导体研究的前沿和热点。那么，“高大上”的第三代半导体材料是怎样和普普通通的电灯产生交集的呢?
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。
由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长，使得半导体业重新考虑半导体所用设计和材料。随着多种更快、更小计算器件的不断涌现，硅材料已难以维持摩尔定律。由于氮化镓的优异材料特性--氮化镓基LED比传统LED外形更小、功率更高、发光度更强，使其在LED电视、显示器和普通照明领域获得大展拳脚的空间，而中国一旦完成对飞利浦旗下子公司Lumileds的控股，则有可能获得氮化镓方面的相关技术。 如军事、宇航和国防、汽车领域，以及工业、太阳能、发电和风力等高功率领域。氮化镓具有比硅更高的能效，因此所需热沉数量少于硅。应用领域的扩展和军事需求的增加是驱动氮化镓半导体器件市场增长的主要力量。需求量的增加主要是由于氮化镓器件所能带来的在器件重量和尺寸方面的显著改进。另外，氮化镓器件击穿电压的提升有望推动氮化镓在电动车辆中的使用量。
更关键的是，氮化镓在高频大功率应用方面，其功率密度是现有的砷化镓材料器件的10倍，不仅可以广泛运用于通信基站、电动机车、电动汽车、风力发电等民用领域，还可以用于相控阵雷达等特殊领域。
全球光子集成电路市场呈现分散和竞争激烈的态势。主要的行业参与者包括日本的富士通（Fujitsu）公司、日亚化学工业株式会社、加拿大的氮化镓系统（GaN System）公司、美国的飞思卡尔（Freescale）半导体公司、国际整流器（IR）公司、科瑞（Cree）公司、射频微系统公司等。
氮化镓是一种宽能隙材料，它能够提供与碳化硅（SiC）相似的性能优势，但降低成本的可能性却更大。业界认为，在未来数年间，氮化镓功率器件的成本可望压低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等价格。事实上，在过去两年间，氮化镓功率器件已有明显进展，例如国际整流器公司（International Rectifier）已推出GaNpowIR、EPC推出eGaNFET器件，以及Transphorm推出600伏氮化镓晶体管等。
“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。”
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。
前不久，国内相关单位公开展出了氮化镓微波器件（GAN芯片），它具备功率大、环境适应性好等优点，可以用于雷达、电子战及通信系统等多种环境。
目前中国海军正在设计、建造的055型驱逐舰，它配备的有源相控阵雷达可能将配备GAN器件，这样055型驱逐舰将会拥有当今最具威力的舰载雷达。
根据雷达探测距离公式，决定雷达探测距离有两个参数：天线孔径和功率，因此为了提高雷达的探测距离，研制者都会想方设想来提高雷达天线孔径和功率，当年美苏反导条约专门对双方反导雷达的这两个参数进行了限制，美国海军最新的伯克F3构型，它采用了AMDR有源相控阵雷达替代此前的SPY-1，其天线孔径就由后者的3.66米增加到4.27米，以提高雷达的探测距离。
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。
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。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。
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。在氮化镓应用方面，除了LED 照明，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。”
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。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。
按照美国人的规划，伯克F3构型雷达天线的尺寸都不够理想，为了对付新世纪三高目标（高隐身、高机动性能和高超音速）目标，美国海军原来更加依赖CGX巡洋舰，它的天线孔径尺寸超过了6米，CGX因为成本和费用太高而下马，不过美国海军还是想办法把新一代有源相控阵装备在了福特 级航母上面，以弥补大孔径雷达数量上的不足。功率是雷达所重视另外一个指标，这个指标讲起来容易做起来，它需要相关器件能够承受住大功率微波辐射所带来高电压、大电流、大插损以及散热方面带来的设计问题以及 可靠性等一系列问题。目前各国有源相控阵雷达多采用砷化镓器件，这种器件虽然具备具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，但是它的缺点就是导热性能低、击穿场强小，这样就限制它的发射功率， 尽管多芯片功率合成可以实现大功率，但由于器件的阻抗太低，进行内匹配和功率合成的难度很大；G a N是高电子迁移率晶体管(H E MT)，而且其宽禁带特点决定它可以承受更高的工作结温、更高的击穿场强、更高的电子饱和速度、更高的功率密度，作为大功率应用，G a N的热导率是G a As的3倍，能有效改善器件的散热特性，从而使器件的冷却系统大为简化，并且能够实现高工作电压；从电路应用角度看，G a N功率器件的应用，使阻抗匹配容易实现，功率合成的结构简化，从而大大降低系统结构的复杂度，也就降低了制造成本，并且简化的系统结构还有助于提高可靠性。GaN技术改变太空在恶劣的环境下使用的电源转换器，例如太空中，必须要有能耐承受辐射所造成的损害。在电气性能方面，氮化镓场效应晶体管好40倍，本身能够承受老化的辐射耐受功率MOSFET（radiation tolerant power MOSFET）的10倍的辐射（与其商业上的对手相比，辐射耐受MOSFET的性能明显差很多）。GaN技术改变电力的使用今天，我们用电线为愈来愈多需要电力供电的小工具提供电源。我们经常随时、随身携带这些产品，但正如我们所知道的，它们的电池必须要经常频繁地充电。在2015年，采用GaN技术的无线充电系统将可以无线的方式来提供能量，为手机和平板计算机充电。在未来5年到10年，因可将薄薄的传输线圈整合进建筑物的地砖和墙壁中，所以也可一并省去对墙壁电插座的需求！
当一台电动汽车停在一个嵌有发射线圈的楼层时，就是利用这种相同的技术来充电，而它们早已引进使用。目前有一个正在进行中的计划，它将把无线充电器嵌进到公车站中，在公交车在公车站停留的一分钟中，便可充足再开一英里的电，而开往下一站。
GaN技术可以在安全的频率上实现高效的电力传输，这对硅晶体管而言，是一件艰难的工作。将GaN技术带到更高的电压和更高的频率，可以扩展无线电力传输的距离。
GaN技术改变医疗
技术的进展也带来了医疗上长足的进步。在一些领域，像是植入系统、成像、和人造器官等，在技术上都有重大的发展，这些都是因为GaN技术的出现而实现的。
无线充电早已经对植入系统（如心脏泵）的发展产生重大影响。成像技术也以极快的速度在改善！由于采用氮化镓场效应晶体管和集成电路的更小和更有效之检测线圈的发展，而让MRI机器的分辨率可以大幅改善。也由于今天的氮化镓场效应晶体管的体积已小到足以放进内部有微缩成像系统的食用药锭中，而让结肠镜检查诊断成为过去式。藉由早期预警和非侵入性的诊断，这一类的非侵入性的突破可大幅地降低医疗成本。由于我们把整个系统整合在一氮化镓芯片，小型化和影像分辨率进一步改善了医疗照护的标准，同时，也把医疗费用降下来了。
因此，无论是对半导体产业的发展，还是在军事应用方面，氮化镓都有非常重要的意义。美国政府之所以阻止中国投资人收购飞利浦旗下子公司的照明业务，既有出于技术在军事应用和国家安全方面的考虑，但更多的还是出于*压打**中国半导体产业发展，保持美国科技公司技术优势方面的考量。
美国缘何“担忧”
中国被一些网友誉为“发达国家粉碎机”——任何一个工业领域，只要中国人突破了技术门槛，那就基本没外国人什么事了。部分发达国家在失去高附加值的工业品以剪刀差获取高额利润后原形毕露，在造血能力大幅萎缩后，又要维持高福利，进而产生“老欧洲病”，比如深陷债务危机的“欧洲四猪”。
在去工业化的浪潮下，美国本土劳动力密境型制造业大量转移到第三世界国家，半导体等资本技术密集型产业对美国的重要性不言而喻。近年来，中国以资金、政策，以及对外技术合作、海外收购等多种方式扶持本土半导体产业，不仅在投入上不惜血本，而且在局部领域成果斐然：
IC设计领域
一方面整合国内IC设计公司——紫光在2013年底以18亿美元和9.1亿美元分别将国内最大的两家IC设计公司展讯和锐迪科收购，实现资源整合。
另一方面试图引进国外技术——在2013年与VIA合资成立兆芯，并由兆芯承接核高基1号专项，给予不少于70亿资金;在2014年与IBM合资，获得资金不少于20亿;2016年1月17日，贵州省人民政府与美国高通公司签署战略合作协议，成立华芯通半导体技术有限公司，贵州政府出资18.5亿占股55%，高通以技术入股持股45%;2016年1月22日，清华大学、澜起科技和英特尔在华建服务器芯片合资公司……(不过，笔者对上述合资/合作仍有些担心，发展路线一旦错了很可能南辕北辙)晶圆代工领域在资金上，集成电路大基金向中国大陆最大的芯片代工企业中芯国际注资30.99亿元人民币;上海市政府投入300亿元集成电路制造基金，用来支持在沪兴建新一代超大规模集成电路生产线。
在技术上，在中国政府的协调下，中芯国际、华为、高通以及比利时微电子研究中心(imec)共同投资中芯国际集成电路新技术研发(上海)有限公司，着力研发14纳米CMOS量产技术，而且研发将在中芯国际的生产线上进行。据小道消息称，中芯国际将于2018年风险量产14nm芯片。
此外，中国政府还引入芯片代工业龙头老大台积电在南京投资——台积电计划投资30亿美元在南京设立12寸晶圆厂(月产两万片)，并于2018年下半年导入16nm制程。
封测领域
封测领域是中国大陆和海外公司差距最小的领域。2015年，紫光试图收购矽品、力成、南茂备受瞩目，由于在《紫光豪掷百亿收购两家台湾半导体公司 会成为中国版三星吗》已有详细介绍，本文不再赘述。
相比较于紫光的买买买，江苏长电科技成功击败台湾日月光半导体，和日本村田一同获得苹果SIP模块订单则更具含金量，而这也与国家的扶持息息相关——长电科技获得大基金注资2.8亿美元，并在大基金和中国银行的支持下，以7.8亿美元(其中集成电路大基金出资1.4亿美元，中国银行*款贷**1.2亿美元)收购新加坡星科金朋。在实现蛇吞象后，又投资2亿美元扩充厂内SIP模块封测生产线。 制造设备领域晶圆代工和封装测试离不开光刻机、刻蚀机、减薄机、划片机、装片机、引线键合机、倒装机等制造设备的辅助。为实现这些半导体制造设备国产化，中国政府不惜投入巨资扶持——上海市政府于2015年投资上海微电子2.2亿元;集成电路大基金投资中微半导体4.8亿元;七星电子募集9.3亿元配套资金(国家集成电路基金认购6亿元，京国瑞基金认购2亿元，芯动能基金认购1.3亿元)，用于北方微电子“微电子装备扩产项目”建设并补充上市公司流动资金。
虽然半导体制造设备市场份额大半被美国应材、ASML、东京电子等国外公司垄断，但中国企业已经向该领域吹响了冲锋的号角：
中电科建成国内首条具有完全自主知识产权的集成电路后封装示范线，减薄机、划片机、装片机、引线键合机、倒装机等集成电路后封装关键设备相继实现尺寸从6英寸、8英寸到12英寸，机型从半自动到全自动，封装工艺从传统封装、晶圆级封装到三维封装的市场覆盖。并为某客户顺利完成了批量化减薄、划切、挑粒任务，全部100%良率出货。
中微半导体已掌握能用于15nm—28nm及以下的芯片刻蚀加工刻蚀机的生产技术，产品远销韩、台、新，其中对韩出口占中微半导体营收三成。北方微电子的28nm刻蚀机被中芯国际批量采购。
虽然在前道光刻机方面，上海微电子和ASML有比较大的差距，但在封装光刻机等领域，上海微电子的国内市场占有率超过80%，全球市场占有率为40%;在用于LED制造的投影光刻机的市场占有率为20%。
国人可以期待，在10年之后，半导体制造设备全面国产化将不再仅仅是幻想。
结语
总之，中国在扶持本土半导体产业发展方面是从半导体材料、IC设计、代工、封测、半导体制造设备全方位的扶持，并力争以全产业链的形式实现“通吃”。
一旦半导体产业被中国攻占，并将产品以“白菜价”向全球输出，一方面能削弱美国制霸全球的物质基础;另一方面将使中国在信息技术领域彻底摆脱产业发展受制于人，信息安全受制于人的不利局面。
想必这才是美国真正担忧之所在。