（注：原文配图为显微镜及测试图像，以下是文字描述）

(a) 200 毫米 N 极性 GaN HEMT 晶圆的照片。红色十字标记了原子力显微镜（AFM）的扫描位置。表面的图案是天花板的倒影，下方的尺子仅作参考。

(b) 在键合界面收集的 C-SAM（扫描声学显微镜）图像。

(c) N 极性 GaN/AlGaN/GaN 层堆栈的扫描透射电子显微镜（STEM）图像。

(d)-(f) 在 (a) 中红色十字标记的三个位置收集的 AFM 高度图像。

JFS 实验室团队结合晶圆键合与极性控制的 GaN 结构，创建可扩展的 N 极性平台

来自湖北九峰山实验室（JFS Laboratory）的研究人员首次展示了在硅衬底上制备的 8 英寸 N 极性 GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）晶圆。该晶圆表面极其平整，且具有极高的晶体质量。通过将晶圆键合技术与极性控制的 GaN 结构相结合，该团队创建了一个与现代半导体制造兼容的可扩展 N 极性平台。

目前，GaN HEMT 已广泛应用于射频功率电子领域，包括 5G 基站、雷达系统和卫星通信。几乎所有商业器件都基于 Ga 极性（镓极性）GaN，这已成为 GaN 电子器件的标准平台。

相反的晶体取向——N 极性 GaN，为先进的器件架构提供了诱人的优势。反转极化方向可以改善电子约束能力，实现新的晶体管设计，并有可能增强高频性能。

尽管有这些优势，N 极性技术一直难以走出实验室研究阶段。困难不仅在于晶圆的尺寸扩展，还在于实现表面平整度和高晶体质量，这两者对于可靠的器件制造至关重要。因此，展示同时具备这两个特性的大尺寸晶圆，是迈向实用型 N 极性电子器件的重要一步。

历史上，生产高质量的 N 极性 GaN 一直颇具挑战性。与 Ga 极性生长相比，N 极性外延（晶体生长）对表面化学和生长条件更为敏感，往往导致表面粗糙或缺陷形成。因此，文献中报道的大多数 N 极性器件都是在相对较小的衬底上制造的。

与此同时，半导体行业一直在向 200 毫米（8 英寸）晶圆过渡，以提高制造效率。虽然 Ga 极性 GaN 技术已经开始采用这些晶圆尺寸，但 N 极性 GaN 仍局限于小得多的衬底。

该团队的工作通过使用晶圆键合和衬底转移技术，解决了这一限制，创建了一个与 8 英寸半导体工艺兼容的大面积 N 极性 GaN 平台。

在他们的方法中，首先制备一个专为 N 极性 HEMT 运行设计的 GaN 异质结构，然后将其键合到 8 英寸硅晶圆上。键合后，移除原始的生长衬底，留下一个由大型硅平台支撑的薄 N 极性 GaN 器件层。这一过程产生了具有极低粗糙度和高晶体质量的晶圆级 N 极性表面，克服了直接外延生长中通常遇到的限制。

这一过程产生了一种适合使用标准半导体加工技术进行器件制造的晶圆级 N 极性 GaN 结构。为了验证该平台，他们在转移后的材料上制造了 GaN HEMT 器件并对其电性能进行了表征。器件表现出与极化诱导的二维电子气相关的强沟道导电性，这证实了转移过程保留了异质结构的电子特性。

随着晶圆级 N 极性平台的实现，下一步是进一步优化外延生长和器件设计。改善晶圆上的均匀性并完善晶体管架构，可以释放反极性 GaN 器件的全部潜力。此类发展可能会推动在毫米波及更高端运行的新一代高频电子器件的问世。