2025年8月，西安电子科技大学郝跃院士团队张进成教授、宁静教授在范德华外延赋能宽禁带半导体器件方向取得重要突破，相关成果以 “High On/Off Current Ratio AlGaN/GaN HEMTs via van der Waals Epitaxy GaN with a BN inset layer” 为题，发表于国际权威期刊《IEEE Electron Device Letters》（EDL）。该论文宁静教授为通讯作者，博士张浩然为论文第一作者。国际半导体行业知名杂志 《Semiconductor Today》 及时对成果进行了跟踪报道，受到国内外学界和产业界的广泛关注。

《Semiconductor Today》总部位于英国，是国际半导体行业的重要媒体，专注于报道全球半导体前沿研究进展和最新产业动态，具有广泛的行业影响力。该杂志指出：研究团队通过引入超宽禁带二维材料六方氮化硼（hBN），既作为范德华外延缓冲层，也作为栅极介质的一部分，在 AlGaN/GaN HEMT 器件中实现了性能的显著提升。研究结果系统展现了氮化硼在大功率电子系统中的巨大应用潜力。

近年来，随着高功率、高频电子器件需求的快速增长，宽禁带半导体材料及器件的性能瓶颈日益凸显。氮化镓（GaN）因其优异的宽禁带特性和高电子饱和速率，已成为高性能电子器件的核心候选材料。然而，传统外延方式往往受到应力积累、位错缺陷和界面失配等问题制约，导致器件在迁移率、开关特性和动态稳定性方面表现受限。因此，如何在保证材料外延质量的同时提升器件性能，已成为该领域的关键科学难题。

为此，研究团队提出了一种新颖的 BN 插层范德华外延策略。在 GaN 外延过程中引入六方氮化硼（BN），利用其原子级平整性和化学惰性，在界面中形成范德华弱相互作用，有效缓解了应变积累与缺陷传播，显著提升了外延 GaN 的晶体质量。与此同时，BN 还被应用为超宽禁带栅介质，有效抑制界面陷阱诱导的电流崩塌和阈值电压漂移，使器件在高频、高功率动态工作条件下依然保持优异的稳定性。这种材料–器件一体化的界面调控思路，为 GaN MIS-HEMT 的可靠运行提供了坚实物理基础。，有效抑制了陷阱态与漏电通道，改善了器件的静态与动态电学行为。实验结果显示，该结构实现了 10³ 倍的栅极漏电抑制，并显著增强了器件的电学稳定性，展现了传统介质难以实现的电学优势。

值得注意的是，BN 栅介质的引入极大改善了器件的动态特性。脉冲测试表明，该结构将 电流崩塌（current collapse）抑制至仅 6%，有效保障了器件在高频开关下的稳定输出。同时，C–V 特性验证了 BN 插层能够降低界面陷阱态密度（Dit），抑制阈值电压漂移，为器件提供了优异的可靠性和一致性。

在此基础上，团队制备的 AlGaN/GaN MIS-HEMT 器件实现了高达 10¹¹ 的电流开关比，并展现出较高的输出电流密度和稳定的动态响应。这一结果不仅证明了 BN 在提升 GaN 外延质量和优化器件电学性能方面的多重作用，系统揭示了 BN 栅介质层的界面调控机制，深化了对范德华外延与界面工程的理解，为宽禁带半导体器件在高功率、高频及高可靠应用中的发展提供了新路径，也为功率电子器件中栅介质材料的选择与设计提供了新的思路。

图1  基于BN插层的范德华外延氮化镓HEMT器件

图2  范德华外延BN插入层HEMT器件与传统异质外延氮化物HEMT器件比较

文章信息：Haoran Zhang, Jing Ning*, Shiyu Li, Xue Shen, Yaning Zhang, Ziyan Wan,Dong Wang, Yue Hao, and Jincheng Zhang，"High-On/Off-Current-Ratio AlGaN/GaN HEMTs via van der Waals Epitaxy GaN with a BN inset layer," in IEEE Electron Device Letters, doi: 10.1109/LED.2025.3600447.

Semiconductor Today报道链接：http://www.semiconductor-today.com/news_items/2025/sep/xu-110925.shtml