近日，深圳平湖實驗室在低壓（15V-40V）氮化鎵（GaN）功率器件領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功研制出高性能低壓 GaN E-HEMT（增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管）器件，關(guān)鍵性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，為高效、高功率密度計算芯片供電提供全新解決方案。

圖1. 8英寸低壓（15V-40V）GaN-on-Si E-HEMT晶圓照片

當(dāng)前，隨著人工智能的快速發(fā)展，計算芯片對供電系統(tǒng)在效率與功率密度方面提出了更高要求。傳統(tǒng)硅基功率器件在性能提升上已逐漸接近物理極限，而作為寬禁帶半導(dǎo)體代表之一的GaN器件，憑借其高電子遷移率、高速開關(guān)等特性，被視為下一代高效功率轉(zhuǎn)換的核心。然而，在低壓應(yīng)用場景中，GaN器件的成本與性能優(yōu)勢尚未完全顯現(xiàn)，成為制約其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。

面對這一挑戰(zhàn)，深圳平湖實驗室低壓氮化鎵研發(fā)團(tuán)隊依托實驗室先進(jìn)的8英寸硅基GaN科研中試平臺，采用p-GaN增強(qiáng)型技術(shù)路徑，先后攻克了一系列長期制約產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)難題：

1） 高遷移率外延技術(shù)：引入AlN插入層并優(yōu)化外延結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)二維電子氣（2DEG）遷移率超2000 cm²/V·s；

2） 歐姆區(qū)二次外延技術(shù)：采用歐姆區(qū)二次外延N++GaN工藝，實現(xiàn)歐姆接觸電阻(Rc)降低至 0.1Ω·mm； 

3） 小尺寸線條制備技術(shù)：成功實現(xiàn)0.3μm柵線條與0.4μm歐姆開口線條制備；

圖2. 小尺寸線條制備（a）p-GaN 柵；（b）歐姆接觸；

基于上述核心技術(shù)突破，團(tuán)隊成功研制出高性能15V-40V GaN E-HEMT器件。其中代表性的25V 器件性能如圖3所示，該器件閾值電壓大于1V，漏極擊穿電壓超60V，比導(dǎo)通電阻低于4mΩ·mm2，優(yōu)值 FOM（Ron × Qg）小于10mΩ·nC，關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，大幅突破傳統(tǒng)硅基技術(shù)的性能極限。

圖3. 25V GaN E-HEMT器件電性(a)轉(zhuǎn)移；(b)導(dǎo)通電阻；(c)漏極擊穿

此項成果不僅證實了 p-GaN 增強(qiáng)型技術(shù)路線在高性能 15V-40V 低壓 GaN 器件領(lǐng)域的可實現(xiàn)性與競爭力，也為下一代計算芯片供電提供了基于 GaN 的高效、高功率密度解決方案，有望重塑 AI 算力供電的技術(shù)與市場格局，推動整個產(chǎn)業(yè)向更高效、更節(jié)能的方向加速發(fā)展。 

 目前，基于該成果開發(fā)的晶圓級封裝（WLCSP）器件已進(jìn)入工程流片階段，預(yù)計25V 與15V電壓等級WLCSP樣品將分別于2026年第一季度和第二季度對外發(fā)布，這也意味著該技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁出了重要一步。

（來源：深圳平湖實驗室）