AlGaN/GaN HEMT作为新一代微波固态功率器件具有高密度二维电子气、高电子迁移率、高电子饱和迁移速度等优越性质,其高频大功率、高温高压工作特性大大超过传统的GaAs器件,近年来成为研究的热点。同时,基于AlGaN/GaN HEMT的GaN MMIC电路具有宽带大功率的优势,富有广阔的应用前景而受到人们高度重视。本文对AlGaN/GaN HEMT器件和微波单片集成电路(MMIC)开展了系统研究,包括AlGaN/GaN HEMT的材料结构设计和外延生长、AlGaN/GaN HEMT器件与电路的工艺技术、AlGaN/GaN HEMT器件结构和模型建立、以及GaN超宽带大功率MMIC的设计技术等,主要研究内容及结果如下：　　 ⑴通过设计AlGaN/GaN HEMT材料结构、优化外延生长工艺,获得了较高质量的SiC衬底AlGaN/AIN/GaN HEMT外延材料,利用该材料研制了栅宽为200μm的HEMT器件,跨导gmax=292mS/mm,截止频率fT=31.6GHz,最高振荡频率fmax=36.8GHz。　　 ⑵系统开展了AlGaN/GaN HEMT器件与MMIC的工艺技术研究,成功开发了欧姆接触、肖特基接触、器件隔离、栅制作、介质钝化等关键工艺,通过实验和优化,掌握了AlGaN/GaN HEMT器件及其单片集成电路研制过程中涉及的全部工艺技术,为后期工作奠定了基础。其中特别对不同钝化层工艺进行了深入研究,实验结果表明,采用AIN钝化层可显著提高器件迁移率,从而有效提高AlGaN/GaN HEMT微波性能。　　 ⑶研究了AlGaN/GaN HEMT器件性能与环境温度的依赖关系。AlGaN/GaN HEMT高温直流特性测试和小信号微波性能测试结果表明,器件在350℃时依然具有良好的直流和微波特性,证实了AlGaN/GaN HEMT具有在高温下进行高频工作的优良特性。　　 ⑷成功研制出兼具RF性能和紫外探测器性能的AlGaN/GaN HEMT器件,拓展了AlGaN/GaN HEMT的应用领域。在漏电压VDS=10V,栅压为VGS=-5V时,测得器件最大跨导为gmax=170mS/mm,截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为17GHz和35GHz。在较低漏电压(VDS=0.3V)下对其进行紫外光谱响应测试,发现在362nm处有陡峭的截止边,响应度为1700A/W,抑制比达到3个数量级,光电导增益为7279,光生空穴的寿命为5×10-6s。　　 ⑸开展了AlGaN/GaN HEMT器件结构优化研究。通过对不同结构器件进行静态直流参数、动态直流参数、微波特性的对比测试,发现采用凹槽栅工艺结合场板结构,进行内外沟道电场的分别调制,可有效地抑制器件的电流崩塌现象,从而显著提高器件的微波功率特性。同时,针对栅场板增大了栅漏反馈电容Cgd,导致器件微波频率等性能下降问题,设计并制作了一种新型的源场板结构,可以避免Cgd的增加,有效提高了器件的增益。　　 ⑹开展了AlGaN/GaN HEMT器件模型研究,讨论了各种寄生参数的提取方法,建立了AlGaN/GaN HEMT器件的小信号模型。通过对2×100μm GaNHEMT器件小信号模型的仿真/测试,验证了该小信号模型的正确性。　　 ⑺开展了电路拓扑优选、宽带电路的功率和效率匹配、组合模型应用等研究。利用商用软件ADS2005,综合考虑了单片电路的带宽、输出功率、增益和效率等因素,完成了GaN功率MMIC的仿真设计,在此基础上进行实际流片,研制出国内第一块GaN超宽带大功率MMIC。测试结果表明,该MMIC在2～11GHz带内功率增益>13dB,4.0GHz、10GHz处峰值输出功率为7.76W,对应的末级器件单位毫米栅宽输出功率6.47W/mm,峰值功率附加效率为32.4％、单位芯片面积输出功率3.88W/mm2。热像仪分析表明,同等栅宽的器件,单片集成电路上的器件的热阻与单管器件的热阻相当,说明热布局合理。