下一代功率晶体管

不过，氮化铝一直存在一个问题，那就是掺杂，即其中附着了杂质元素，会使半导体产生过量电荷，从而使其携带电流。过多的电荷可以是电子，让半导体成为“n型”，也可以是电子缺乏导致的“空穴”，让半导体成为“p型”。化学掺杂氮化铝的策略是最近几年才出现的，研究人员对其有效性尚存争议。几乎所有在商业上取得成功的器件都是由化学掺杂的半导体组成的。

但是事实证明，这种杂质掺杂并不是掺杂半导体的唯一方法。有些基于元素周期表中第III族和第V族元素（如氮化镓）化合物的半导体有着非同寻常的显著特性。在两个这种半导体接触的边界处，它们会自发地产生一个由极易移动的电荷载流子组成的二维池。这个二维池被称为二维电子气，是从晶体中的内部电场产生的，并没有化学掺杂。

21世纪初，研究人员利用这种特性开发了一种称为分布式极化掺杂的技术。借助这种技术，研究人员在没有杂质掺杂剂的情况下获得了大批（三维）氮化镓的n型掺杂。

名古屋大学团队包括天野浩，他因为发明蓝色发光二极管于2014年获得诺贝尔奖。该团队在先前成就的基础上，实现氮化铝无掺杂剂分布式极化掺杂技术，更准确地说，他们实现的是一种由氮化铝和氮化镓混合物组成的氮化铝镓合金（AlGaN）。像任何二极管一样，他们的器件有一个p掺杂区和一个n掺杂区，两者之间有一个称为“结”的边界。这两个区域的掺杂都是通过分布式极化掺杂来实现的。更具体地说，掺杂是通过在合金中确定氮化铝相对于氮化镓的百分比梯度来实现的。掺杂是p型还是n型简单地取决于梯度的方向。

这是一种新的半导体器件概念，下一步是制造一种二极管，其结处是纯氮化铝层，而不是95%的氮化铝层。根据计算，仅2微米厚的氮化铝层就足以令人惊讶地阻挡3千伏电压。

近年来，虽然已被证实的基于氮化铝的晶体管至少有6种，但这些晶体管都不是垂直器件，而且，也没有哪一种具备能够与商用氮化镓或碳化硅晶体管竞争的特性。此外，这些晶体管的关键部件都依赖氮化铝镓。研究人员相信 利用分布式极化掺杂技术实现 基于氮化铝的垂直异质结双极晶体管 是可能的，这也是下一步的目标。