面对通信产业日新月异的快速变化,全世界间联系不断紧密。从第一支晶体管在通信系统中的应用到现如今超大规模的集成电路,无线通信、雷达通信、航空航天、军事通信和空间通信等,都需要拥有更高工作电压、工作频率和工作效率的新型半导体材料。GaN材料因其禁带宽度宽、临界击穿电场高、饱和速度大、耐高温、耐腐蚀等一系列优势,非常适合应用在高频和大功率领域。AlGaN/GaN HEMT器件以其高浓度2DEG、高迁移率、高频率和大功率特点,成为微波功率器件的不二之选。目前,AlGaN/GaN HEMT器件研究进入毫米波频段。针对Ka波段高效率GaN HEMT功率器件及电路的进行研究,取得的如下成果:1、欧姆接触关键工艺研究。采用Recess欧姆接触结构,器件的欧姆接触电阻和比接触电阻率分别为,R_c=0.136Ω·mm和ρ_c=4.54×10⁷Ω·cm²。此结构降低欧姆接触电阻的原因为,Recess形成新的欧姆接触表面,有利于TiN的扩散,形成了除电子隧穿之外的第二条导电通道,有效的降低了器件的欧姆接触电阻和比接触电阻率。同时,新的金半接触表面有利于增加两者之间的接触面,有效的阻止了金属Al向Au表面的扩散,形成良好的金属电极表面形态。在对两种欧姆结构的器件的测试中,采用Recess欧姆接触结构能有效的提高源漏最大电流,降低器件的导通电阻。2、钝化关键工艺研究。对钝化后的介质层进行退火,退火后器件的直流电流下降了6.4%;同时,退火器件的跨导则高达124mS/mm;当源漏电压V_ds=6V,退火器件的电流增益截止频率f_T为81.8 GHz,功率增益截止频率f_max为152 GHz,增益G_max=13.077dB。采用钝化后退火,有助于减小势垒层表面态密度,提升器件的射频特性。同时,还能够有效地降低器件的栅极反向漏电流,提高沟道电流,能够有效对抗电流崩塌效应对器件带来的不利影响。因此,提高器件的频率特性,有利于其在更大的领域里应用。3、U型栅脚T型栅槽关键工艺研究。器件的阈值电压V_th=-1.45 V;跨导则高达417 mS/mm,相较于T型栅器件增加幅度达到20%;同时,U型栅脚T型栅器件开关电流比I_on/I_off=2×10⁴,常规T型栅器件开关电流比I_on/I_off=1.4×10³,相比于T型栅槽,U型栅脚T型栅结构的器件在毫米波频段可以获得更高的功率输出,更好的限阈特性,同时还能具有较好的功率增益,体现了其在毫米波功率器件应用上的巨大潜力。4、基于稳懋公司的GaN HEMT工艺模型库,设计了一款两级多管功率放大电路。所设计的功率放大电路在输入功率为29dBm时的效率PAE为10.004%,输出功率P_out为36.785dBm,增益G为7.785dB。