摘要：氮化镓(GaN)是最近几年刚刚走上前台的新型三五族化合物半导体材料.由于它具有极宽的禁带宽度以及很高的击穿电场强度,因此可以在高压下工作.它的电子饱和速度也高于目前常用的半导体材料,再加上它的突出的导热性能,因而被认为是制造高频大功率器件的优秀材料(表一).但由于它的机械性能极其稳定,熔点极高,因此为材料制备、工艺加工带来了一系列困难,这些难题经过多年研究,直到上世纪末,本世纪初才开始突破,并引起了世界各国的研究热潮.目前比较成熟的GaN微波功率器件主要采用N型掺杂的AlGaN/GaN异质外延材料高电子迁移率晶体管(HEMT),它具有二维电子气浓度及电子迁移率高的优点,因此一直可以工作到毫米波段.由于到目前为止仍然缺乏GaN本征单晶材料,所以一般采用碳化硅(SiC)或高阻硅晶片作外延材料衬底.由于SiC的热导率比GaN还要高许多,所以用这种衬底材料制作的AlGaN/GaN HEMT功率性能最好.而硅材料具有价格便宜,有利于大规模生产的优点.经过本世纪头五年的集中研究,GaN HEMT功率器件技术取得重大突破,尤其是可靠性增长已取得重大进展,已有实用化产品正式面世.对GaN HEMT最感兴趣的首先当然是军事装备领域,美国国防先期研究计划局(DARPA)斥资几亿美元资助这一领域的研究.另一个重要的应用领域就是移动通信基站功放.2004年全球移动通信基站功放的市场约为520万套,价值7.8亿美元.其中所用的功率管大约为7800万只,价值5.1亿美元(1).有人甚至预测,全球基站功放市场到2010年可能达到20亿美元(2),其中所用功率管市场可达到12亿美元以上.目前这一市场基本由硅LDMOS功率管独占.面对这样一个市场,GaN HEMT制造厂家正在全力降低成本、提高质量,以期未来能有进入的机会.本文将重点讨论这方面的进展情况.
