图 诱导成核原理图[a]、外延界面TEM图比较（新方法[b]和传统方法[c]）、器件频率耐压积[g]、X波段[h]和Ka波段[i]输出功率密度国际比较
在国家自然科学基金项目（批准号：62222407、62421005）等资助下，西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队联合北京大学、香港大学及中国电科集团第五十五研究所等单位，在氮化镓射频晶体管技术研究方面取得进展。研究成果以“通过异质外延增强成核实现高功率密度氮化镓射频晶体管（High power density gallium nitride radio frequency transistors via enhanced nucleation in heteroepitaxy）”为题，于2025年12月25日发表于《自然・通讯》（Nature Communications）期刊上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67248-9。
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）凭借宽禁带、高击穿场强和高电子迁移率等优势，成为无线通信、相控阵雷达和卫星通信等高频高功率领域的核心器件。然而，近二十年来，受限于厚成核层及其与衬底界面的高热阻特性，氮化镓射频晶体管的输出功率密度长期未有突破，难以满足下一代射频电子系统的需求，成为制约该领域技术升级的关键瓶颈。
针对这一挑战，研究团队创新性提出离子注入诱导成核（I³N）技术，通过在碳化硅衬底上进行氮离子注入，构建纳米至微米尺度表面成核位点，成功抑制传统岛状成核模式，实现薄膜层状成核与快速融合，在保持低位错密度和高结晶质量的情况下，极大改善衬底与外延层界面质量，并大幅缩减缓冲层厚度，结合团队开发的低氨分压低速生长工艺，制备出超薄高质量的氮化镓异质结构材料AlN/GaN/AlN (5 nm/240 nm/220 nm)。在此基础上，研究团队完成系列器件制备与性能测试，结果显示：所制备外延结构总热阻低至 3.9 m²K/GW，仅为传统结构的三分之一，射频晶体管约翰逊品质因数达 20.6 THz.V，特别是8 GHz 、30 GHz下输出功率密度分别达42 W/mm、20 W/mm，分别较此前国际最高纪录提升 30% 和 43%。
该研究通过成核机制创新与生长工艺优化的协同突破，解决了氮化镓射频晶体管热阻与厚度、功率密度与可靠性之间的长期矛盾，核心技术可拓展至氮化铝、金刚石、氧化镓等半导体器件体系，为 5G-A/6G 通信、先进雷达等领域提供关键技术支撑，具有广阔应用前景。