GaN基增強型HEMT器件的研究進展*

黃火林，孫楠

（大連理工大學光電工程與儀器科學學院，遼寧 大連 116024）

1 引言

近年來，全球變暖，環境污染加劇，全球能源危機日益嚴重，為了緩解節能減排的壓力，工業界要求盡可能減小電能轉化過程中的損耗。當下的中美貿易爭端以及發達國家對我國的技術封鎖迫使我國需盡快發展自有的半導體技術，這也是《中國制造2025》、“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要等國家戰略規劃的核心內容之一。這些時代背景為具有高效節能特點的第三代半導體材料提供了快速發展的良機。

從材料選擇角度來看，以第一代半導體材料硅（Si）為代表的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和超結器件的發展已經接近其材料極限，這就要求尋找具有更寬帶隙等特性的新一代半導體材料。目前，在第三代半導體材料中，氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）的發展較為成熟，且材料本身具有大的臨界擊穿電場、耐高溫和抗輻照等特點，所以更適合制作電力電子器件[1-3]。目前，SiC在高壓（高于1200 V）市場占據明顯優勢，但在功率轉換和高頻工作方面，GaN具有更加明顯的優勢。GaN轉換器的低損耗歸因于其低的開關損耗，這是由于GaN相比于SiC具有更好的電子傳輸能力。沿Ga面方向外延生長的結構存在較強的自發極化和壓電極化效應，這會導致在GaN材料的異質結結構（典型如AlGaN/GaN）界面處產生高濃度的二維電子氣（2DEG），因此GaN器件具有更低的導通電阻。通過對比Si、砷化鎵（GaAs）、SiC、GaN半導體材料的綜合性能（即約翰遜優值），可以發現GaN材料的整體性能相對較高。……