近日，深圳平湖实验室氮化铝研发团队，在氮化铝（AlN）功率器件研发领域取得重要进展，通过核心工艺优化实现关键性能跃升，两类核心器件指标双双刷新全球公开文献报道纪录，为我国超高压、极端环境电力电子装备发展筑牢核心技术根基。

氮化铝（AlN）是第四代半导体核心材料，拥有极宽的禁带宽度和超高的导热率两大“硬核优势”，天生适合制造能承受超高压、大功率，还可耐高温、抗辐射的功率器件。未来，这类器件将在超高压直流输电、航空航天、深海及地下勘探等极端场景中发挥关键作用，让电力电子设备更高效、更小巧。

但想把氮化铝的优异材料特性，变成高性能实用器件，工艺难度极大。此次，深圳平湖实验室继成功研发国内首个氮化铝/富铝镓氮高电子迁移率晶体管（HEMT）后，再次刷新全球同类器件公开报道最优值。

PART 01 氮化铝肖特基势垒二极管（SBD）

氮化铝肖特基二极管（SBD）相当于电力“稳流阀”，在高压电路中防止电流倒流，核心是看能扛多高电压、效率多高。

团队通过系统性地优化器件制备工艺流程，对钝化、欧姆接触退火条件和刻蚀工艺进行反复调试，在未采用复杂终端结构的情况下，成功使在蓝宝石衬底上生长的简单结构横向氮化铝SBD器件实现了超过5.4 kV的耐压能力，其功率巴利加优值（FOM）大于0.19 MW/cm2。该优值为目前公开文献报道的同类器件最佳水平。

PART 02 氮化铝/富铝镓氮HEMT

氮化铝/富铝镓氮HEMT是高压电路里的“高速开关”，控制大电流快速通断，越能扛高压、开关越快，器件越厉害。

团队通过优化HEMT器件外延结构，包括氮化铝/富铝镓氮异质结的界面质量，精准控制欧姆接触刻蚀深度、优化源漏退火条件、优化钝化和刻蚀等工艺，使简单结构的HEMT器件耐压突破5.5 kV，FOM达到85600 W/mm，同样刷新了当前的文献报道纪录。

PART 03 联盟解读

此次成果的关键突破点不在材料层面，而在器件工艺环节。

先看一组材料参数。氮化铝的禁带宽度为6.2eV，击穿场强为15.4MV/cm，热导率为340W/(m·K)。这些数值在同代际材料中处于较高水平。但大尺寸、高质量的氮化铝单晶衬底目前全球仍然稀缺，其单晶生长需在2000°C以上高温环境进行。团队选择在蓝宝石衬底上进行异质外延生长，蓝宝石与氮化铝之间存在晶格失配和热失配，对工艺控制要求极高。

值得留意的是，两项器件均未借助复杂的终端结构来提升耐压。 通常情况下，当器件耐压不足时，工艺团队会借助终端结构来弥补，这样做虽然能提高耐压，但会增加工艺复杂度和成本。本次成果在不借助终端结构的前提下即实现该耐压水平，更多反映的是器件工艺本身的成熟度。这为后续叠加终端结构、进一步优化性能指标预留下了空间。

图1：AlN HEMT结构

将此次成果与此前的进展放在一起看，脉络更加清晰。2025年6月，深圳平湖实验室团队与北京大学、南方科技大学合作，成功制备了国内首个AlN HEMT功率器件，当时关态击穿电压超过3kV。不到一年时间，HEMT耐压从3kV级跃升至5.5kV，SBD也同步突破5.4kV，反映出团队在材料生长、器件结构和工艺整合等环节的系统性优化能力。从国内首个AlN HEMT到全球领先的耐压指标，深圳平湖实验室正在将第四代半导体从实验室研究一步步推向器件验证层面。

来源：深圳平湖实验室

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