基于GaN单晶N极性HEMT器件

就在上个月，大阪大学成功研发了低成本N极性GaN技术，可将性能提升80%（.点这里.）。最近，N极性氮化镓又有新的技术突破——日本住友电工开发了基于GaN单晶N极性HEMT器件，该技术成果将于10月17日公布在2022 BICTS 技术研讨会上公布。   住友电工开发出N极性GaN 有哪些技术突破？   N极性GaN HEMT是目前业界的研究热点，10月18日，住友电工官网发文称，他们开发出了世界上第一个可用于“后5G”的单晶衬底GaN HEMT。 该器件是他们通过在氮化镓晶体中添加N极性所制成的，可满足晶体管高输出、高频率的需求。

报道称，这是NEDO关于“加强后5G信息通信系统基础设施研究开发项目”的成果。2020年6月，NEDO发布了该决定，并计划让住友电工从事高频器件高功率、小型化技术的开发。

之前，GaN晶体广泛使用的是Ga极性，为了实现更高的输出和更高的频率，业界正在开发反向的HEMT结构，来增加器件设计的自由度，并可以抑制漏电流。

Ga极性和N极性的HEMT结构比较 但是，N极性单晶衬底的晶面存在缺陷，因此，在器件设计方面，开发HEMT结构需要解决高质量栅极绝缘膜的挑战挡层。 住友电工称，他们利用其自身多年积累的晶体生长技术，实现了几乎没有“缺陷”的高质量N极晶体。

更高质量的N极GaN晶体 不仅如此，住友电工还完成了使用高介电材料的N极晶体管，并实现了出色的高频特性。

使用高介电材料的N极晶体晶体管的高频特性

住友电工表示，具有高频率和低功耗特性的GaN-HEMT对于实现“后5G”至关重要，未来他们将继续开发技术，进一步为提高高频通信、节能和社会脱碳做出贡献。

Transphorm曾获1亿合同 N极性GaN有何优势？   N极性GaN是一种极具发展潜力的半导体材料，近些年的研究也越来越多。 2019年8月，Transphorm就获得了美国国防部(DoD)海军研究办公室(ONR)的研发合同，为期三年，总价值1590万美元（约1.1亿元人民币），该计划的核心目标是将蓝宝石基N极性GaN商业化。 那么，相比Ga极性技术，N极性GaN有什么优点？ 所谓N极性GaN是指沿着[000¯1]方向生长的GaN。N极性GaNHEMT中的自发极化(Psp)和压电极化(Ppe)方向，与Ga极性GaN HEMT的极化方向相差180°。

由于极性完全相反，这为N极性GaN HEMT带来了一些与Ga极性HEMT完全不一样的特性，比如：N极性HEMT中2DEG位于GaN/AlGaN异质结中AlGaN之上的GaN中（上图黄色区）。 此外,由于极性相反，与Ga极性器件相比，N极性GaN HEMT器件具有更低的欧姆接触电阻、更好的2DEG限阈性及更强的短沟道效应抑制能力等天然优势。

最新报道的N极性GaN HEMT的最大功率截止频率fmax达到了400GHz，最大增益截止频率fT为275GHz。 在微波射频领域，N极HEMT比传统的Ga极器件具有明显更好的高频毫米波特性，从下图可以看出，它“突破”了Ga极性器件的POUT饱和点。

编辑：黄飞