异质结双极晶体管(HBT)具有高输出功率、优异的高频特性、较宽的线性和高的效率，广泛适用于功率放大器、雷达、通讯及电子战系统、微波振荡器和A/D转换器等，并扮演着越来越重要的角色。HBT功率应用时，通常采用多发射极指结构来改善电流处理能力和散热能力。然而，由器件自身耗散功率引起的自加热效应及各个发射极指间热耦合效应将导致器件中心发射极指温度较高。又由于器件发射极电流具有正温度系数，中心指将传导更多的电流，产生更多的热，最终可能产生局部热斑，甚至热烧毁。特别地，随器件尺寸的不断缩小，随现行SOI技术的不断采用，介质在器件深槽隔离技术中的不断应用，都使得热阻不断增加，进一步加剧了自加热效应和热耦合效应对器件的影响，严重限制了HBT高功率处理能力。 本文从理论与实验上研究了补偿和抵消自加热和热耦合效应的措施，特别是通过HBT本身设计(非均匀发射极指间距、非均匀发射极指长设计)和优化镇流电阻，来补偿自加热和热耦合效应，提高器件特性的稳定性，最大限度地发挥HBT功率处理能力。本论文主要工作有： 首先，基于稳态热传导方程，首次在考虑了多指HBT各发射极指上温度分布不均匀性、材料热导率随温度变化以及热耦合存在的情况下，建立了具有热电反馈的多指功率HBT表面温度分布的物理模型，使HBT表面温度分布模拟更加符合实际，为研究HBT自加热和热耦合效应及其补偿技术奠定了良好基础； 其次，本文对具有非均匀发射极指间距结构的多指HBT的设计方法进行了研究。首次提出分组微调法来设计非均匀发射极指间距(NUSE)分布，达到有效改善HBT表面温度分布的目的，并首次给出了多指功率HBT的非均匀发射极指间距的设计方法。与此同时，上述分组微调法也可以应用于具有非均匀发射极指长结构的多指HBT的设计和具有非均匀发射极镇流电阻结构的多指HBT的设计中。 第三，本文对具有非均匀发射极指长结构的多指HBT的设计方法进行了研究。并采用分组微调法对非均匀发射极指长(NULE)分布进行设计。为有效缩短设计时间，便于器件设计，首次给出了依所需器件表面温度分布要求的不同而采用的发射极指长变化的解析表达式(即线性分布、二项式分布和指数分布)。同时，给出了多指功率HBT的非均匀发射极指长的设计方法。 第四，在全面考虑发射结电压、电流增益随温度变化，重掺杂禁带变窄效应和异质结存在的情况下，给出了功率HBT热稳定工作所需最小发射极镇流电阻表达式。在此基础上，对多指HBT进行了均匀发射极镇流电阻(URE)结构设计和非均匀发射极镇流电阻(NURE)结构设计，并给出了多指功率HBT的非均匀发射极镇流电阻的设计方法。 立足国内现有工艺条件和材料生长条件，采用上面的优化设计方法对具有NUSE结构、NULE结构和URE结构的多指功率SiGe HBTs进行了设计、制作和基本参数测试。结果表明，与传统的均匀设计(UES设计)相比，除URE设计略有影响外，NUSE设计和NULE设计对器件的直流参数基本无影响。 本文在不同偏置电压和环境温度下对具有NUSE结构、NULE结构和URE结构HBTs的集电极电流(Ic)-发射结电压(VBE)关系曲线进行了测试，并对上述三种结构改善多指功率HBT热稳定性的情况进行了比较和分析。与传统的UES设计相比，上述三种设计均可有效改善功率HBT的热稳定性。此外，本文还从不同结构HBTs的Ic-VBE曲线中提取器件热阻进行定量比较。结果表明，NUSE结构对热阻的改善最为明显，NULE结构次之。同时，NUSE结构和NULE结构均可有效提高器件热不稳定时对应的功率水平。 最后，通过红外温度测试直观、明了地验证了上述三种设计对功率HBT热稳定性的改善。同时，本文进一步对上述三种设计进行了全面比较。与传统的UES设计相比，虽然URE设计可改善功率器件温度分布，但其改善峰值结温能力却随功率的增加而减弱。而NUSE设计和NULE设计却可在较宽的偏置范围内降低峰值结温、改善温度分布非均匀性。本文首次提出并从实验上证明了采用NUSE设计和NULE技术可在不同的功率下有效改善器件的热稳定性，扩展了NUSE和NULE技术的应用范围，克服了镇流电阻技术的局限性。