氮化鋁（AlN））作為禁帶寬度最大的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高達(dá)15.4 MV/cm的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高達(dá)340W/(m·K)的熱導(dǎo)率，是耐高溫、耐高壓大功率器件的理想材料，也被稱為唯一能夠滿足138-230 kV電網(wǎng)需求的半導(dǎo)體。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于氮化鋁功率器件的報(bào)道主要集中在二極管器件。
深圳平湖實(shí)驗(yàn)室超寬禁帶半導(dǎo)體ZHANG Daohua、萬(wàn)玉喜團(tuán)隊(duì)和北京大學(xué)沈波教授及南方科技大學(xué)宋愛(ài)民教授團(tuán)隊(duì)合作，成功制備了國(guó)內(nèi)首個(gè)氮化鋁為壘層、富鋁鎵氮為溝道的?高電子遷移率晶體管（HEMT）功率器件（見(jiàn)圖1）。在沒(méi)有離子注入和窄帶隙材料（如二次外延）等改進(jìn)歐姆接觸電阻和加場(chǎng)板改進(jìn)擊穿電壓的情況下，LGD為25 μm的HEMT器件的關(guān)態(tài)擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻率分別為2045 V和1736 mΩ·cm2。增加LGD至50 μm，器件關(guān)態(tài)擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻率將分別變?yōu)榇笥? kV和3012 mΩ·cm2（圖2）。后續(xù)將繼續(xù)優(yōu)化材料性能、歐姆接觸、2DEG方阻和器件結(jié)構(gòu)及工藝，進(jìn)一步提升器件性能。氮化鋁HEMT器件的成功制備對(duì)加速我國(guó)在氮化鋁器件方面的研究，突破功率器件功率密度低和散熱差等技術(shù)瓶頸具有重要意義。
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圖1 AlN HEMT結(jié)構(gòu)。
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圖2 HEMT器件正向輸出特性（左）和器件反向I-V特性（右）