在半导体技术飞速发展的今天，GaN HEMT 器件凭借其独特的性能优势，在电子领域展现出了巨大的应用潜力。继上一篇屏蔽栅 MOSFET 技术简介后，我们这次将深入介绍 GaN HEMT 器件的结构、工作模式、应用领域以及面临的挑战。
　　GaN 半导体材料概述
　　GaN 半导体材料是一种由镓元素与氮元素组成的 Ⅲ - Ⅴ 族化合物半导体。在消费电子领域，特别是快速充电器产品的成功商用，充分昭示了其成熟的市场地位与广阔应用前景。随着目前热门的 AI 崛起，加速了数据中心向更高层次演进的需求。相较于传统硅基功率器件构建的电源系统，GaN 基电力电子系统在功率密度与体积效率方面具有显著优势。这种性能优势源于 GaN 材料固有的物理特性，其宽禁带特性赋予材料高临界击穿场强、优异的载流子输运特性以及高热导率特性，使得 GaN 基器件在降低开关损耗与提升功率密度方面形成技术代差优势。
　　以下是常见半导体参数图以及 GaN HEMT 器件结构与 SiC MOSET 器件结构对比图：

　　

　　图 1 常见半导体材料参数

　

　　图 2 GaN HEMT 器件结构以及 SiC MOSET 器件结构
　　GaN HEMT 器件的工作模式
　　目前氮化镓 HEMT 按照器件工作模式，可分为常开（耗尽型）和常关（增强型）两种方式，如下图所示：

　　

　　图 3 GaN HEMT 器件类型
　　在横向结构中由 AlGaN/GaN 异质结组成的 GaN 异质结场效应晶体管 (HFET) 包括一层高迁移率电子：二维电子气 (2DEG)，2DEG 在功率器件漏极和源极之间形成通道。
　　常开（耗尽型）：当栅源电压为零时，漏源极之间已存在 2DEG 通道，器件导通。当栅源电压小于零时，漏源极 2DEG 通道断开，器件截止。然而，常开（耗尽型）器件在启动过程中可能会出现过冲或失去功率控制，因此不适用于电源变换器等应用中。
　　常关（增强型）：当栅源电压大于零时，漏源极之间 2DEG 通道形成，器件导通。常关（增强型）器件通过简单的栅极驱动控制，在电力电子领域得到了广泛应用。
　　GaN HEMT 器件的应用领域
　　GaN HEMT 凭借其在高频、高功率密度和快速开关方面的优势，在 5G 基站、射频放大器和快速开关电源转换器等领域有着广泛应用。其中，e - GaN 适用于低压范围，而串一个硅 MOS 的 d - GaN（Cascode d - GaN）则在较高电压下工作。随着科技的不断进步，GaN HEMT 的应用前景将更加广阔。
　　GaN HEMT 器件面临的挑战
　　尽管 GaN HEMT 器件具有诸多优势，但目前也存在一些局限性。衬底材料和 GaN 之间存在较大的晶格失配和热失配，外延层中往往存在大量的缺陷，使得 HEMT 器件中存在较强电流崩塌效应，影响器件的性能发挥。此外，GaN HEMT 在做成低压器件方面也面临一定的困难。