中科院半导体所张韵研究员：III族氮化物基射频HEMT、HBT与滤波器

第三代半导体氮化镓微波器件具备高频、高效、大功率等特点，在新一代移动通信中应用潜力巨大。这一特定领域的突破标志着宽禁带半导体产业迈向新的高地。谁掌握着技术的高地，谁就拥有更多的话语权。

中科院半导体研究所所长助理、研究员张韵在第三代半导体微波射频技术分会分享了《III族氮化物基射频HEMT、HBT与滤波器》研究报告。他介绍说，III族氮化物材料具有禁带宽度大、击穿电场强、二维电子气迁移率高、高声速等优点，是研制高性能高电子迁移率晶体管（HEMT）、异质结双极晶体管（HBT）和高频滤波器等射频器件的理想材料。

氮化镓太赫兹HEMT研究中，短沟道效应导致的跨导降低，将直接影响器件频率特性。尽管高铝组分与超薄势垒外延结构可以缓解短沟道效应带来的问题，但同时也引起了欧姆接触难以制备的问题。选区再生长n+GaN源漏电极，可以为HEMT器件提供一个良好的欧姆接触特性。本文通过MOCVD再生长，实现了界面电阻仅0.004Ω·mm的选区再生长欧姆电极，并实现了154GHz最大振荡频率与64GHz截止频率。

张韵研究员表示，MOCVD选区外延n-AlGaN发射区并成功制备出AlGaN/GaN HBT器件。发射区面积为20×20μm2的器件Gummel plot测试显示直流电流增益为100，在国际上报道的选区外延GaN基HBT中处于领先水平。器件开启电压小于1V，膝点电压小于6.5 V，电流密度达到8 kA/cm2，击穿电压为97V@1μA，对应击穿场强约1.9 MV/cm。另外，我们发现，随着器件面积的减小，电流增益持续增加，这有利于获得高性能的射频HBT器件，实现在下一代通信中的应用。并在报告中详细介绍了射频器件性能。

他认为，受限于铌酸锂声速较低(3400-4000 m/s)，商用铌酸锂基声表面波（SAW）滤波器工作频率通常低于3 GHz，难以满足通讯系统频率不断提升的需求，因此基于高声速AlN薄膜(5600-6000 m/s)的高频SAW滤波器成为研究热点。分别在铌酸锂衬底和AlN/蓝宝石衬底上制备出叉指宽度为2 μm的SAW滤波器，铌酸锂SAW滤波器的中心频率为426.7 MHz，而AlN基SAW 滤波器的中心频率高达703.3 MHz，为铌酸锂器件的1.65倍。制备的AlN基SAW谐振器的品质因数为1347，AlN基SAW 滤波器的插入损耗为8.71 dB。实验结果表明AlN材料在超高频滤波器、传感器方面具有重要的应用前景。