延续了半个多世纪的摩尔定律即将被终结,在集成电路未来的发展中,包含III-V族与Si CMOS器件的异质集成电路,可以提供体积更小、性能更高、成本更低的解决方案。InP HBT器件具有超高频、高线性度等诸多优异特性,使InP HBT/Si CMOS异质集成技术极具发展前景。在多种异质集成工艺中,Si基InP异质外延生长是实现高质量、高精度、高性能、高灵活性的InP/Si异质集成最有前景的技术途径。然而,由于InP与Si晶体结构不同且晶格失配很大,首当其冲的问题即为如何生长高质量的InP外延层。而且,在Si基InP异质外延工艺中,通常使用较厚的III-V族三元化合物缓冲层来抑制缺陷的形成,其热导率很低,非常不利于晶体管通过缓冲层散热到Si基衬底。再加之InP HBT通常工作在较大电流密度下,器件自身发热也十分严重。由此可见,Si基InP HBT器件及电路的散热问题必将十分突出。因此,本文将基于Si基InP异质外延技术,围绕其面临的电热及工艺问题开展如下研究,主要工作及创新点包括以下几个方面:（1）针对SATSM（semi-analytic temperature superposition method）算法计算精度不高的问题,提出了一种更为精确的新型电热分析算法——基于迭代的半解析温度分布算法（SATSM-I,semi-analytic temperature superposition method base on iteration）。该算法创新性地提出了器件“内环境温度”概念,将电路中的每个器件赋予一个独立的内环境温度,通过内环境温度的不断迭代变化,将多器件热耦合效应引起的材料热导率变化考虑在内。不仅能够实现算法精度的提升,而且可以保持温度直接叠加算法计算的高效性。仿真及实验结果表明:相比于SATSM算法,SATSM-I算法可以精确地计算出器件的结温,大幅度降低误差,而且其迭代过程非常高效,迭代一次就能显著降低误差,具有较高的精确性和高效性,可用于高精度、高效率地计算大型集成电路的温度分布。（2）研究了不同缓冲层结构对Si基InP HBT器件电热特性的影响,构建了器件电热特性与外延工艺设计的相关性,为Si基InP缓冲层提供了优化设计方案。缓冲层结构包括In_xGa_1-xP/Ga P、In_xGa_1-xAs/GaAs、In_xGa_1-xAs/GaAs/Ge/Si O₂以及In_xAl_1-xAs/GaAs/Ge/Si O₂。仿真分析结果表明,In_xGa_1-xP和In_xGa_1-xAs由于较低的热导率,在较厚的情况下,会对器件带来严重的散热问题。相比而言In_xAl_1-xAs材料热导率更大,能够很好地缓解突出的散热问题,从而有效地提高器件的电热特性。相比Si基衬底,Ge/Si O₂/Si衬底并不会由于薄层Si O₂的存在显著恶化器件的电热特性,因此In_xAl_1-xAs/GaAs/Ge/Si O₂是一个很好的缓冲层设计方案。（3）针对Si基InP HBT电路的电热特性进行了详细研究。首先,将提出的新型电热分析方法SATSM-I应用于一款Si基InP HBT二分频器电路的电热分析。该算法能快速精确地计算出电路的温度分布,表明SATSM-I算法对异质集成工艺具有良好的兼容性,其应用范围可以从同质电路扩展到异质集成电路领域。其次,分析了温度变化对电路性能的影响。结果表明,对于较大规模的电路,温度的小幅度变化也会对电路性能造成严重影响。因此,在兼顾电热特性的基础上,针对多款InP HBT/Si CMOS异质集成电路提供了设计方案。（4）使用GSMBE技术,针对Si基InP异质外延工艺及生长机理开展了多方面研究。首先,采用两步生长法在Si衬底上直接外延生长InP,详细研究了低温成核层生长温度对InP外延层质量的影响。实验结果表明低温成核层存在最优生长温度,在过低和过高的温度下,材料的结晶质量均较差。接着,研究了低温成核层不同的生长厚度对InP外延层质量的影响,实验结果表明随着生长厚度的不断增加,InP外延层的晶体质量也更好。此外,我们针对In_xGa_1-xAs/GaAs与In_xGa_1-xP/Ga P两种组份线性渐变缓冲层结构进行研究,实验结果表明随着线性渐变生长时间的逐渐增加,材料组份渐变速率越慢,因此其表层InP材料中的缺陷密度更低,结晶质量更好。由于Ga P渐变到InP的晶格变化范围更大,在相同的渐变时间下,其渐变速率更大,因此In_xGa_1-xAs/GaAs结构表面的InP层晶体质量更好。本文的这些研究结果对Si基InP HBT器件及电路的电热分析与设计具有很强的指导意义。