科研成果 | 选区外延技术助力GaN HBT突破S波段，实现16.5 kW/cm²高功率密度输出

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（来源：第三代半导体产业）

近日，成都信息工程大学在IEEE Electron Device Letters上发表最新成果，通过采用选区外延技术，首次实验展示了S波段 AlGaN/GaN 异质结双极晶体管（HBT）的大信号输出能力，在2.4 GHz下实现了16.5 kW/cm²的射频输出功率密度，器件最高振荡频率fmax达到7 GHz。这一结果标志着GaN HBT在S波段功率放大应用方面迈出了关键一步。（成都信息工程大学张连副教授为第一作者，罗小蓉教授和中国科学院半导体研究所张韵研究员为共同通信作者。）

图1. (a)-(c) GaN HBT器件制备关键工艺及结构；(d)频率特性；(e) 大信号负载测试的功率和效率性能；(f)频率数据统计对比图。

GaN HBT 作为垂直结构器件，理论上具备比横向HEMT结构更高的功率密度、高线性度以及良好的动态特性。然而，长期以来，GaN HBT的发展受到材料与工艺的双重制约：一方面，p型GaN材料电阻率较高，基区电阻大，严重限制器件频率的提升；另一方面，器件制备中干法刻蚀导致基区表面损伤，难以形成欧姆接触，进一步增大基区电阻，恶化器件性能。

针对这一难题，研究团队创新采用选区外延发射极技术替代干法刻蚀工艺，成功实现基极欧姆接触，比接触电阻率为2.17×10-3Ω·cm2，显著降低了基区电阻。在此基础上，团队结合尺寸微缩技术和低电阻发射极欧姆接触技术，有效减小寄生电阻和结电容，全面提升器件射频性能，分别实现了fT>30 GHz、fmax>7GHz的国际最高纪录，标志着 GaN HBT 的工作频率首次拓展至 S 波段。研究团队在2.4 GHz下对器件开展连续波负载牵引测量，最终获得16.5 kW/cm² 的输出功率密度。这一结果不仅证明了该器件具备优异的高功率输出能力，也表明选区外延发射极技术在提升 GaN HBT 射频功率性能方面具有显著优势。

图2. GaN HBT器件直流性能：基极电极(a)和发射极电极(b)的TLM结果；(c)增益曲线；(d)输出曲线。

据介绍，此次成果的实现建立在长期的技术积累之上。此前，该论文第一作者张连副教授在中国科学院半导体研究所平台上围绕选区外延发射极、尺寸微缩技术和发射极低接触电阻等方向持续开展工作，相关成果分别发表于IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices等国际期刊。

[1] 链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11498329

[2] 链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10955262

[3] 链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9940266

[4] 链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/8608022

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