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论文首先研究了基于GaN及其三元合金AlGaN的AlxGa1-xN/GaN异质结材料系统和330-340nm紫外(UV) AlxGa1-xN/AlyGa1-yN, AlxGa1-xN/GaN多量子阱材料系统。分析了AlxGa1-xN/GaN异质结材料中二维电子气(2DEG)的来源,测量分析了AlxGa1-xN/GaN异质结材料中2DEG迁移率及面密度的高温特性。使用X射线衍射(XRD)对AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱材料的结构进行了分析。室温下光致发光(PL)谱测量表明AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱发光强度比AlxGa1-xN/GaN多量子阱高一个数量级以上。使用变温PL谱研究了AlxGa1-xN/AlyGa1-yN和AlxGa1-xN/GaN多量子阱材料中的激子局域化效应,研究结果表明AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱具有比AlxGa1-xN/GaN多量子阱更强的局域化效应,强的局域化效应能够有效降低激子对AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱中缺陷的敏感度,从而提高发光效率,使其内部量子效率明显高于AlxGa1-xN/GaN多量子阱,更适合作为330-340nm多量子阱发光材料。使用变功率PL谱研究了AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱和AlxGa1-xN/GaN多量子阱中量子限制斯塔克效应(QCSE)对于量子阱发光的影响,研究表明AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱中应力相对较弱,斯塔克效应也弱,具有相对高的发光效率。最后通过直流和脉冲电致发光(EL)比较研究了AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱中的热问题,发现在脉冲条件下,热作用消除后,EL发光波长基本不随脉冲电流的增加而变化,但发光线宽仍然随着脉冲电流的增加而增加,这说明发光线宽的增加还与其它因素有关。论文通过电容-电压(C-V)分析研究了制作的高K介质AlGaN/GaN金属氧化物半导体(MOS)电容的基本特性,计算得到了高K介质AlGaN/GaN MOS电容中的载流子浓度分布及面密度。通过C-V滞后特性分析了高K介质的质量以及高K介质与AlGaN势垒层之间界面的质量,并使用C-V滞后法对界面态密度进行了计算。使用光照C-V法估算了Al2O3/AlGaN之间的界面态密度。分析了高K介质MOS电容的变频C-V特性,并使用变频C-V法测量计算了几种不同MOS电容结构中介质层与AlGaN势垒层之间的界面态密度。通过C-V滞后,光照C-V和变频C-V三种方法对AlGaN/GaN MOS电容中高K介质层与AlGaN势垒层之间的界面态密度的研究表明：HfO2(3nm)/Al2O3(2nm)堆层介质MOS中的界面态密度最小,HfAlO(5nm)复合介质MOS和10nm Al203介质MOS具有最大的界面态密度,3.5nm Al203介质MOS的界面态密度与HfO2(3nm)/Al2O3(2nm)堆层介质MOS相当。最后研究了热处理的方法对于高K介质MOS电容特性的影响,对几种不同高K介质MOS电容的耐高温特性进行了分析,提出了HfAlO复合介质层具有良好的耐高温特性。通过一系列关于热处理对于高K介质MOS中饱和电容,滞后特性,平带电压,泄漏电流和方块电阻的影响的实验研究,对高K介质MOS电容的热处理条件进行了优化。论文报道了原子层淀积(ALD)超薄3.5nm Al203为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT)。新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到720mA/mm,最大跨导达到130mS/mm,开启电压保持在-5.0V,器件特征频率(fT)和最高振荡频率(fMAX)分别为10.1GHz和30.8GHz。使用漏极电流注入技术(DCIT)研究了Al203栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的击穿电压。3.5nm Al2O3超薄栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件源漏击穿电压VDS达到66V,10nm Al203栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件源漏击穿电压VDS达到100V。使用脉冲法研究了超薄3.5nm Al203栅介质对AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的钝化作用。该层栅介质同时作为MOS-HEMT器件的钝化层。测试结果表明在栅脉冲条件下,未钝化的HEMT器件电流崩塌高达50%；而MOS-HEMT的电流崩塌小于10%,且在变化脉冲宽度情况下无明显电流崩塌,漏脉冲条件下输出电流的增加是由于消除了自热效应,栅漏同步脉冲进一步表明原子层淀积超薄3.5nm Al2O3栅介质具有很好的表面钝化特性。论文报道了原子层淀积HfO2(3nm)/Al2O3(2nm)高K堆层栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的结构设计及基本电学特性。在高K堆层栅介质结构中,Al2O3(2nm)作为HfO2(3nm)栅介质与AlGaN势垒层之间的界面过渡层,Al203界面过渡层与AlGaN势垒层之间具有很好的界面质量,并起到有效的表面钝化作用。在蓝宝石衬底上制作的原子层淀积HfO2(3nm)/Al2O3(2nm)高K堆层栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到800mA/mm,最大跨导达到150mS/mm,正向偏置下的泄漏电流比通常的HEMT器件低六个数量级,器件特征频率(fT)和最高振荡频率(fMAX)分别为12GHz和34GHz。而采用原子层淀积HfAlO(5nm)高K复合栅介质结构能够使器件更适合在高温下工作,通过向Hf02栅介质中掺Al解决了其低结晶温度的问题,HfAlO作为栅介质有比较高的结晶温度,因此器件在高温下工作栅介质不会退化。在蓝宝石衬底上制作的栅长1μm,栅宽120μm的原子层淀积HfAlO(5nm)高K复合栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的特征频率(fT)达到7.8GHz,最高振荡频率(fMAX)达到20GHz。