我國GaAs材料和器件的研究起步較早，早在1970年就開始低噪聲GaAsMESFET的研究工作，并于1978年設計定型了國內第一只砷化稼微波低噪聲場效應管，1974年開始研究砷化稼功率器件，在1980年國內首次定型砷化稼微波功率場效應管。進入改革開放后，由于受到國外成熟產品的沖擊，GaAs器件和電路的研究特別是民用器件的研究進入低谷期，重點開展軍用GaAs器件和電路的研制和攻關。2004年后，GaAs材料和器件進入高速發(fā)展期，國內成立了以中科稼英公司、中科圣可佳公司為代表多家GaAs單晶和外延材料公司，開始小批量材料供應，并取得一定的市場份額。中科院微電子所通過自主創(chuàng)新率先在國內建立了4英寸GaAs工藝線，并成功地研制出10Gb/s激光調制器芯片等系列電路。傳統(tǒng)的器件研制單位中電集團13所和55所通過技術引進完成2英寸到4英寸工藝突破，初步解決Ku波段以下的器件和電路的國產化問題，其中8-12GHzT/R組件套片已成功地應用大型系統(tǒng)中，但在成品率、一致性、性價比等方面尚存在一定的差距，在民品市場中尚缺乏競爭力。Ka波段以上的GaAs器件和電路尚沒有產品推出，嚴重地制約了我國信息化建設。

目前，GaAs電路芯片由多家美、日、德等國的大公司（例如：Vitesse、Anadigics、Siemens、Triquint、Motorola、Alpha、HP、Oki、NTT等公司）供應，國內手機和光纖通信生產廠家他們對元器件受國外制約甚為擔憂，迫切希望國內有能提供穩(wěn)定供貨的廠家。由于GaAsIC產品尚未達到壟斷的地步，隨著國家對高新技術產業(yè)扶持政策的出臺，這正是發(fā)展GaAs電路產業(yè)化的絕好的市場機會。只要我們能形成一定的規(guī)模生產，開發(fā)生產一系列高質量高性能的電路，完全有可能占領大部國內市場，并可進入國際市場競爭。

2.InP材料和器件國內外發(fā)展現(xiàn)狀

InP基半導體材料是以InP單晶為襯底而生長的化合物半導體材料，包括InGaAs、InAlAs、InGaAsP以及GaAsSb等材料。這些材料突出的特點是材料的載流子遷移率高、種類非常豐富、帶隙從0.7到將近2.0eV、有利于進行能帶剪裁。InP基器件具有高頻、低噪聲、高效率、抗輻照等特點，成為W波段以及更高頻率毫米波電路的首選材料。InP基三端電子器件主要有InP基異質結雙極晶體管（HBT）和高電子遷移率晶體管（HEMT）。衡量器件的頻率特性有兩個指標：增益截止頻率（fT）和功率截止頻率（fmax）。這兩個指標決定了電路所能達到的工作頻率。InP基HBT材料選用較寬帶隙的InP材料作為發(fā)射極、較窄帶隙的InGaAs材料作為基極、集電極的材料根據(jù)擊穿電壓的要求不同可以采用InGaAs材料或InP材料，前者稱為單異質結HBT，后者稱為雙異質結HBT，且后者具有較高的擊穿電壓。InP基HEMT采用InGaAs作為溝道材料、InAlAs作為勢壘層，這種結構的載流子遷移率可達10000cm2/Vs以上。

以美國為首的發(fā)達國家非常重視對InP基器件和電路的研究。從上世紀九十年代起，美國對InP基電子器件的大力支持，研究W波段及更高工作頻率的毫米波電路以適應系統(tǒng)不斷提高的頻率要求。最先獲得突破的是InP基HEMT器件和單片集成電路（MMIC）。在解決了提高溝道遷移率、T型柵工藝、歐姆接觸以及增加柵控特性等關鍵問題后，2002年研制成功柵長為25nm的HEMT器件，fT達到562GHz，通過引入InAs/InGaAs應變溝道，實現(xiàn)柵長為35nm器件的fmax達到1.2THz。InP基HEMT器件在噪聲和功率密度方面都具有優(yōu)勢：MMIC低噪聲放大器（LNA）在94GHz下的噪聲系數(shù)僅為2.5dB、增益達到19.4dB；PA的功率達到427mW、增益達到10dB以上。美國的NorthropGrumman公司形成了一系列W波段MMIC產品。采用截止頻率達到THz的InP基HEMT器件，也已經研制成功大于300GHz的VCO、LNA和PA系列MMIC，并經過系統(tǒng)的演示驗證。

InP基HBT的突破是在本世紀初，美國加州大學圣巴巴拉分校的M.Rodwell領導的研究組率先將InP基HBT的fT和fmax提高到200GHz以上。其后采用采用轉移襯底技術實現(xiàn)的HBT，fT為204GHz，fmax超過1000GHz；2007年，Illinois大學制作成功發(fā)射極寬度為250nm的SHBT，其fT超過800GHz，fmax大于300GHz；為了解決SHBT中擊穿電壓低的問題，2008年UCSB設計實現(xiàn)了無導帶尖峰的雙異質結HBT（DHBT），fT突破500GHz，fmax接近800GHz，擊穿電壓大于4V；采用GaAsSb基極，與發(fā)射極和集電極的InP材料形成II-型能帶結構的InPDHBT的fT大于600GHz，并具有很好的擊穿特性。在器件突破的同時，國外的InP基單片集成功率放大器（PA）、和壓控振蕩器（VCO）的工作頻率都被推進到300GHz以上。據(jù)報道，國外3毫米波段（100GHz）的系統(tǒng)已經進入實用化階段，頻率高達300GHz的演示系統(tǒng)也已出現(xiàn)。

我國InP基材料、器件和電路的研究起步較晚，近些年取得了長足的進步。在InP單晶方面，國內擁有20多年研究InP單晶生長技術和晶體襯底制備技術的經驗和技術積累，已經實現(xiàn)了2和3英寸的InP單晶拋光襯底開盒即用，其位錯密度等方面與國外襯底材料相當，近年來一直為國內外用戶批量提供高質量2和3英寸InP單晶襯底；在外延材料方面，中科院在InP襯底上實現(xiàn)了InP基HBT和HEMT器件結構，并突破了復雜結構的HBT材料的生長，實現(xiàn)了高質量的InP基HBT外延材料，生長的InP基HEMT外延材料的載流子遷移率大于10000cm2/Vs，并已實現(xiàn)了向器件研制單位小批量供片；在器件研制方面，2004年前主要開展InP基光電器件的研制，如肖特基二極管、光電探測器等。2004年隨著973項目“新一代化合物半導體電子材料和器件基礎研究”的啟動，InP基電子器件和電路的研究才逐漸得以重視，目前中科院和中電集團先后在3英寸InP晶圓上實現(xiàn)了亞微米發(fā)射極寬度的InP基HBT和亞100nmT型柵的InP基HEMT器件，截止頻率超過300GHz。在毫米波電路的研究方面，中科院和中電集團已成功地研制出W波段的低噪聲放大器、功率放大器和VCO樣品；此外采用InPDHBT工藝實現(xiàn)了40GHz分頻器、比較器和W波段的倍頻器、混頻器等系列芯片，為W波段系統(tǒng)的應用奠定了基礎。

3.GaN材料和器件發(fā)展現(xiàn)狀

氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導體的代表，具有大的禁帶寬度、高的電子遷移率和擊穿場強等優(yōu)點，器件功率密度是Si、GaAs功率密度的10倍以上。由于其高頻率、高功率、高效率、耐高溫、抗輻射等優(yōu)異特性，可以廣泛應用于微波毫米波頻段的尖端軍事裝備和民用通信基站等領域，因此成為全球新一代固態(tài)微波功率器件與材料研究的前沿熱點，有著巨大的發(fā)展前景。

GaN基HEMT結構材料和器件是當前國際上及其重視的研究方向。以美國為首的西方國家都將GaN基微波功率器件視為下一代通訊系統(tǒng)和武器應用的關鍵電子元器件，并設立專項研究計劃進行相關研究，如美國國防先期研究計劃局（DARPA）的寬禁帶半導體計劃“WBGS”，提出了從材料、器件到集成電路三階段的研究計劃，并組織三個團隊在X波段、寬帶和毫米波段對GaN基HEMT及其微波單片集成電路（MMIC）進行攻關。在寬禁帶半導體計劃取得重要進展的基礎上，美國DARPA在2009年又啟動了面向更高頻率器件的NEXT項目，預計4－5年內將器件的頻率提高到500GHz。目前，在GaN基微電子材料及器件研究領域，美國和日本的研究處于世界領先水平，美國主要研究機構有UCSB大學、Cree公司、APA公司、Nitronex公司、Cornell大學、USC大學等，日本的主要研究機構有名古屋理工學院、NEC公司、Fujitsu公司和Oki公司等。2003年，ITRSroadmap中指出：GaN基器件在高偏壓、大功率、大功率密度等應用領域具有巨大潛力，是功率器件固態(tài)化的首選。德國夫瑯和費固態(tài)物理應用學會也在2005年的年度報告中指出：由于GaN基HEMT器件具有的大動態(tài)范圍和良好的線性，它將成為未來更大功率的基站、雷達系統(tǒng)使用的功率器件。經過近十年的高速發(fā)展和投入，GaN功率器件和電路取得令人矚目的成就，主要在寬帶、效率、高頻三個領域全面超越GaAs器件，成為未來應用的主流。在寬帶電路方面，實現(xiàn)了2-18GHz和6-18GHz寬帶GaN微波功率單片電路，連續(xù)波輸出功率達到了6-10W，功率附加效率為13%-25%；在高效率方面，X波段MMIC輸出功率20W，功率附加效率達到了52%。X波段內匹配功率器件脈沖輸出功率60.3W，功率附加效率高達43.4%。2011年，Hossein報道了3.5GHz下的功率器件，效率達到80%。2010年M.Roberg研制的F類功率放大器件，在2.14GHz，輸出功率8.2W，效率達到84%；在高頻率方面，美國HRL實驗室報道了12路GaNMMIC波導合成的毫米波功率放大器模塊，在95GHz下，輸出功率超過100W的GaNMMICs功放合成模塊；2011年，美國Raytheon公司報道了三款分別針對于高效率、高增益、高輸出功率的毫米波GaNMMIC電路，在95GHz下，最高增益為21dB；在91GHz下，最高PAE大于20%；在91GHz下，最高輸出功率為1.7W。同時，長期困擾GaN功率器件實用化的瓶頸：可靠性問題，隨著材料、工藝和器件結構等技術水平的提高，已實現(xiàn)了MTTF達到108小時。2010年，美國Triquint公司宣布推出3英寸GaN功率器件代工線服務，并發(fā)布了覆蓋2-18GHz的系列器件和電路，這標志著GaN產品時代正式到來。