硅基氮化镓射频功率器件及关键技术

（一）项目背景

硅衬底上氮化镓射频技术与目前常用的碳化硅衬底上氮化镓技术相比，具有非常巨大的成本优势，另外与其它射频芯片技术相比可兼具性能、架构、成本等优点，非常有利于推动氮化镓射频技术未来的大规模产业化应用，在5G终端与基础设施、低轨宽带卫星通信、云计算数据中心等领域具有广阔应用前景，近年来已经引起了英特尔、MACOM、华为、小米等芯片研发和应用机构的高度关注。

氮化镓射频功放器件兼具高频率、高功率、高效率、大带宽等多方面的优点，作为移动通信基站射频前端系统的核心器件，有力推动了5G技术的发展。随着移动通信向更高频率、更大带宽、更高数据传输速度方向发展，终端和微基站用射频前端系统对高性能射频芯片提出了新的需求。氮化镓的性能优势可解决高频宽带工作时射频功放器件效率降低的难题，并可通过缩减射频链路功放数量和芯片面积来解决现有多芯片堆叠带来的尺寸和成本等挑战。更为重要的是，氮化镓射频器件可制作在硅衬底异质外延片上，容易采用硅兼容工艺制作并实现与硅基器件异质集成，并有望带来射频模组及射频前端系统架构的革新，对于低损耗高频信号传输、一体化多功能芯片等研究意义非凡。

（二）项目简介

围绕硅基氮化镓毫米波器件与芯片发展面临的外延材料、基础工艺、器件结构、可靠性及产业应用等方面挑战难题，依托宽禁带半导体国家工程研究中心、陕西省重点领域科技创新团队等优势平台团队，实现了强极化外延材料、CMOS兼容的氮化镓工艺、新型器件结构、器件可靠性加固等技术突破，关键技术指标及器件性能达到国内领先/国际先进水平。项目成果已在华为等公司实现应用，支撑了其产品性能的提升。

（三）关键技术

本项目突破了射频用硅基氮化镓外延材料、硅基氮化镓兼容工艺、低阻欧姆接触、增强型射频器件等关键技术，基于相关技术已实现初样研制，硅基氮化镓射频器件表现出良好的功率输出和效率性能。本项目针对GaN HEMT在低电压下效率急剧降低等亟待解决的科学难题和技术挑战，开展了氮化镓器件低电压条件下的效率限制机理和强极化异质结沟道调制方法研究，提出了实现低压高效率和低损伤射频增强型器件的结构与实现方法。