近日，美國射頻初創公司Soctera攜手射頻器件巨頭Qorvo，共同展示了一款可在商業射頻代工廠制造的AlN/GaN/AlN結構高電子遷移率晶體管（HEMT）。該器件以氮化鎵（GaN）作為溝道層，上下分別由超寬禁帶氮化鋁（AlN）勢壘層與緩沖層夾持，這類結構此前多僅停留在學術實驗室驗證階段，此次成功實現代工廠工藝兼容，被業界視為其邁向產業化應用的關鍵一步。
研究團隊表示，這一技術進展可類比20世紀90年代GaN HEMT技術從實驗室走向產業化的歷程。AlN/GaN/AlN結構的成功流片，標志著AlN緩沖層HEMT技術已具備量產基礎，有望成為未來超寬禁帶射頻電子平臺的核心候選方案，尤其在Ka波段（27–40 GHz）功率放大領域，展現出顯著的應用潛力。
該器件主要面向衛星通信網絡、高分辨率近程雷達等Ka波段系統，同時具備拓展至5G蜂窩網絡及數據中心基礎設施的應用前景。相較于GaN材料，AlN的熱導率高出約30%，這使其在高功率密度放大場景中擁有更優異的熱管理能力，而這一特性對于毫米波功率器件而言至關重要。
材料外延環節，研究人員采用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）技術，在100 mm商用碳化硅（SiC）晶圓上生長金屬極性AlN/GaN/AlN異質結構。SiC襯底不僅具備高熱導率、與III族氮化物良好的外延匹配性，還擁有可擴展至200 mm大尺寸的潛力，是目前射頻GaN-on-SiC的主流工藝路線。其中，GaN溝道層厚度控制在200 nm以內。
圖1. (a) AlN/GaN/AlN HEMT的截面結構示意圖；(b) 采用傳輸線法測量的100毫米晶圓上均勻的薄層電阻分布圖。
電學測試結果顯示，AlN勢壘層下形成的二維電子氣（2DEG）平均薄層電阻為434 Ω/□，標準偏差小于2%，非接觸式測量結果為442 Ω/□，展現出優異的均勻性?；魻枩y試數據顯示，載流子濃度達1.26×1013/cm2，遷移率為124 cm2/V·s，表明該異質結構具備穩定的溝道特性。
器件制備方面，團隊打造了柵長150 nm、柵寬2×40 μm的HEMT，通過在源漏區再生長重摻硅n++-GaN層，將接入電阻降至0.09 Ω·mm。該器件實現了約10?數量級的開關比，峰值跨導達643 mS/mm，晶圓上最高值更是達到736 mS/mm，被認為處于同類尺寸III族氮化物HEMT的領先水平。
器件夾斷電壓為-2 V，最大漏極電流約1.5 A/mm。研究團隊指出，3 nm超薄AlN勢壘層配合器件縱橫向微縮，有助于實現高效率毫米波運行。在20 V漏極偏壓下進行的一小時應力測試中，漏極電流僅下降約10%，且未出現燒毀現象，充分證明了AlN/GaN/AlN材料體系的良好可靠性。
動態特性方面，該器件存在約36%的電流崩塌現象，并出現明顯漏極滯后，這一問題主要源于表面態俘獲效應。研究人員表示，可通過優化氮化硅鈍化層，或在2DEG溝道上方生長薄GaN或AlN鈍化層，將色散降低至約5%，相關工藝仍需進一步權衡與優化。
射頻性能測試顯示，器件小信號截止頻率（fT）為45 GHz，最高振蕩頻率（fmax）達174 GHz。大信號負載牽引測試結果表明，在峰值效率點，器件功率附加效率為32%，功率密度2.68 W/mm，增益7.3 dB，漏極效率達42%，整體表現與此前學術報告的Ka波段AlN/GaN/AlN器件水平相當。
研究團隊指出，在11 dB未壓縮增益條件下，器件輸出功率受限于表面態色散導致的提前增益壓縮。盡管存在這一待優化點，但此次在商業代工環境中成功實現高性能AlN/GaN/AlN HEMT，已充分驗證了其工藝兼容性與可制造性，為該技術向超寬禁帶射頻規?；瘧眠~出了關鍵一步。
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