李金平, 王　琨

(1.国防科工局 协作配套中心, 北京 100081;　2.中科院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室, 北京 100083)

基于金刚石的GaN基微波功率器件研究进展

李金平1, 王琨2

(1.国防科工局 协作配套中心, 北京 100081;2.中科院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室, 北京 100083)

摘要:金刚石在目前所知的天然物质中具有最高的热导率，在高频、大功率GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)和电路的散热方面极有应用潜力。综述化学气相沉积多晶金刚石衬底的衬底转移技术、单晶金刚石衬底的直接外延技术和纳米金刚石表面覆膜的器件工艺技术在GaN基HEMT器件中的应用研究和发展历程，并分析每种技术的优缺点。

关键词:金刚石；氮化镓；微波器件；高热导率

宽禁带氮化镓(GaN)基半导体材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速度高、易于形成异质结构等优异性能，非常适于研制高频、大功率微波、毫米波器件和电路，是近20余年以来研制微波功率器件最理想的半导体材料[1-3]。随着外延材料晶体质量的不断提高和器件工艺的不断改进，基于GaN基材料研制的微波、毫米波器件和电路，工作频率越来越高，输出功率越来越大。

2006年，美国Cree公司的Wu等人[4]研制的GaN基高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor,HEMT)，4GHz时的输出功率密度达到41.4W/mm。2011年，美国休斯实验室(HRL)研制的W波段GaN微波功率器件，95GHz时输出功率达到1024mW[5]。2013年美国RFMD推出的一款用于L波段雷达的GaN基功率放大器，脉冲功率达500W。 2015年，Tang等人[6]研制的栅长20nmGaN基HEMT，电流增益截止频率和最高振荡频率高达454GHz和444GHz。……