三项最新研究针对限制氮化镓（GaN）在功率电子和通信领域应用的主要问题，提出了不同解决方案：承受高电压、降低接触电阻以及热管理。相关成果来自由洛桑联邦理工学院（EPFL）、麻省理工学院（MIT）等机构，以及名古屋大学、康奈尔大学、佐治亚理工学院和宾夕法尼亚州立大学等高校，还有中国的研究机构所领导的研究团队。
可承受约 4 千伏的晶体管
EPFL 研究人员开发了一类新的 GaN 晶体管，并将其命名为 本征极化超结（intrinsic polarization superjunction，iPSJ）。据该团队介绍，这种器件由沉积在低成本硅衬底上的 GaN 层制成，在击穿前可承受约 4 千伏电压，同时保持较低电阻。
该设计利用 GaN 中的天然极化效应，形成两组彼此平行的正电荷和电子阵列。通过调节各层厚度，使两种电荷达到平衡，从而防止晶体管关断时多余电荷积聚，并有助于使电压沿器件长度均匀分布。该方法还免去了化学掺杂的需求。研究人员将其与传统 GaN 晶体管进行了比较，后者通常在约 600 至 650 伏时发生击穿。
研究团队认为，这种在宽温度范围内承受电压的能力，可能使该技术适用于电动汽车系统和工业功率系统，但目前公布的材料尚未证明这些器件已经具备商业化生产条件。
降低 p-GaN 接触电阻
在另一条研究路径中，名古屋大学、MIT、康奈尔大学、香港城市大学和中国科学院的研究人员，通过在 p-GaN 表面沉积一层超薄镁层，然后在 600 摄氏度下加热 5 分钟，降低了 p 型 GaN 接触的电阻。
据该团队介绍，这种方法实现了（1–3）× 10⁻⁴ Ω cm²的比接触电阻，是研究报告中 p-GaN 薄层接触的最低数值之一。与使用较厚的镁层相比，该方法避免了表面粗糙化；而薄层样品显示，即使厚度达到 10 纳米，氧化也仅限于最上方的表面层。
在短时热处理过程中，镁会扩散到表面区域并缩窄耗尽区，从而促进空穴隧穿并降低电阻。研究人员表示，与自下而上的晶体生长相比，该工艺更简单、更快速且成本更低；他们正在将其应用于 LED 灯和电动汽车功率晶体管。
以金刚石作为热扩散层
第三项研究由 MIT、佐治亚理工学院和宾夕法尼亚州立大学开展，将 GaN 晶体管集成到一层超薄单晶金刚石中。该层充当热扩散器，平衡 GaN 与硅之间的温度，使器件能够接近峰值性能，同时不牺牲可靠性。
该工艺首先从晶圆上切割出小型 GaN 薄片，然后使用飞秒激光在金刚石中刻蚀凹槽。放置固定层并将薄片嵌入凹槽后，施加热量和压力，随后在结构上方添加绝缘层和金属层。研究团队利用该技术制造了一款 4 瓦无线功率放大器，面向 FR3 频段的 6G 应用。
潜在应用可能扩展到高功率雷达、卫星通信、工业无人机以及数据中心的功率转换。实际上，这些成果表明，GaN 的改进并不只取决于沟道材料本身；连接、散热和封装都可能决定理论性能能否在实际系统中得到应用。