砷化镓器件在微波领域的应用

砷化镓 (Gallium Arsenide, GaAs）属于Ⅲ-V族化合物半导体材料，为闪锌矿型晶格结构，晶格常数为0.565nm，熔点为1238℃，禁带宽度为1.424eV，是继硅、锗之后最主要的半导体之一。GaAs器件具有高频、高速、耐高温、低噪声、抗辐射能力强等优点，但由于 GaAs材料的缺陷较多，集成规模受到限制，成本较高。

GaAs器件在微波领域的应用非常广泛，器件分类齐全，包括徽波分立器件、微波混合集成电路、微波模拟和数字单芯片集成电路等。1967年，Turner等人制备出首个扩散栅极结构的 GaAs-FET，开启了新一代微波半导体器件研究的热潮。1974年，日本富士通公司制备出在X波段(8~12GHz） 突破瓦级的 GaAs MESFET 功率器件。1980 年富士通等公司采用调制掺杂的超晶格技术研制出第一只以 GaAs 为沟道的高电子迁移率场效应晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT)。20世纪 80年代初发展的 GaAs 异质结双极晶体管（GaAs HBT) 在频率、速度等特性上更为出色，与 GaAs FET 相此，GaAs HBT 的跨导高、输出电导较低、电流处理能力更强。

由于材料化学配比、缺陷、杂质可控性不断提高，热稳定性、均匀性不断改进，目前已能得到高质量的单晶衬底，使砷化镓集成电路的批量生产与扩大应用成为可能。砷化镓数字电路和模拟电路都已投入批量生产，主要用于军事领域，如雷达、激光制导导弹和卫星通信等。在民用领域，砷化镓集成电路主要用于无线通信、汽车电子等。除集成电路产品应用以外，砷化镓材料具有一种直接跃迁型能带结构，在制备太阳电池时具有较高的光电转换效率。在体效应器件和量子效应器件方面，砷化镓材料也有较大的应用潜力。

目前砷化镓集成电路用的圆片为 4in/ 6in。砷化镓材料主要来自费里伯格（freiberger Compound Materials)、日立电线（Hitachi Cable）、日本住友电工(Sumitomo Electric）和美国 AXT 等四家大公司。近年，中国砷化镓产业发展速度有所加快。2016 年，四川通利能光伏科技、中科镓英半导体、立昂东芯微电子等公司正在建设多条6in砷化镓集成电路生产线。

编辑：黄飞