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在Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物中,具有最高的电子迁移率和电子饱和漂移速度的窄带隙材料InAs、InSb和InAsSb可以与宽带隙材料AlSb、GaSb以及相关的三元材料形成多样化的量子阱能带结构,这种能带结构可以很好的限制量子阱中的载流子。这些材料具有的优异性能可以制备出超高速、低功耗的电学器件,应用于无线高频通信、军事雷达、便携式移动设备以及真空探测等领域。本文对InAs、InSb和InAsSb的异质外延材料与器件进行了理论分析和实验研究。主要的工作和创新成果有:（1）高迁移率异质外延材料和器件的理论分析计算了量子阱结构中的电子迁移率,考虑了影响迁移率的各种散射机制,尤其增加了位错散射对迁移率的影响。其次,采用Sentaurus软件,对以InAs、InSb和InAsSb为沟道材料的高迁移率器件的电学特性进行了仿真,结果得到:当设定三种器件的栅长Lg为2μm时,在VD为0.5 V,VG为0 V时,InAs、InSb和InAsSb三种器件的最大漏极电流分别为275 mA/mm、420 mA/mm和352.49 mA/mm,为后续的实验提供了理论基础。（2）InAs材料的生长研究（a）采用两步法和带偏角的Si衬底解决晶格失配、热失配和反相畴的问题,并研究了生长温度和退火温度对Si基InAs电子迁移率和表面形貌的影响。结果表明,在320℃的低温下生长10 nm InAs成核层,随后上升到560℃进行热退火15分钟,再下降到520℃下生长第二层InAs薄膜,电子迁移率最高为4640 cm2/V·s。其次,发现采用组分线性渐变的InGaAlAs应变缓冲层可以显著提高电子迁移率,在300 K下Si基InAs电子迁移率最高为9222 cm2/V·s。（b）制备了GaAs基AlSb/InAs量子阱结构,并对90 K300 K范围内的电子迁移率和二维电子气浓度随温度的变化进行了研究,90 K下的量子阱中电子迁移率达到42560 cm2/V·s。（c）采用梯度GaAsxSb1-x应变缓冲层和迁移率增强法来改善Si衬底和AlSb/InAs量子阱异质结之间晶格失配、热失配和反相畴现象。研究了梯度GaAsx Sb1-x应变缓冲层的生长温度对Si基AlSb/InAs量子阱异质结的电子迁移率和表面形貌的影响。结果表明,由于As和Sb元素在不同温度下的粘附性不同,随着温度的升高,GaAsx Sb1-x层中As的含量增加,使得GaAsxSb1-x层的峰位由GaSb向GaAs移动。在GaAsx Sb1-x的生长温度为410℃时,HRXRD扫描曲线衍射强度最高,FWHM最小,RMS为4.3nm,最高的电子迁移率为10270 cm2/V·s。（3）InSb、InAsSb材料的生长研究（a）对GaAs基大失配外延InSb薄膜的生长温度和Ⅴ/Ⅲ束流比进行了优化。观察发现,在420℃及Ⅴ/Ⅲ比为6时,生长的样品可以清楚地看到原子台阶,说明表面形貌最好,并且也得到了室温下最高的电子迁移率为38860 cm2/V·s。（b）采用Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6异质结的跨骑式能带结构代替InAs/AlSb异质结的交错式能带结构,在减小晶格失配的同时,有效地减小了空穴引起的栅极漏电流。研究了不同应变缓冲层、沟道厚度、沟道层Sb组分、隔离层厚度和δ掺杂浓度对Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6量子阱异质结的输运性质和晶体质量的影响。讨论了界面粗糙度散射、位错散射、极化光学声子散射、远程杂质散射和带间散射对电子迁移率和2DEG浓度的影响。最终得到非有意掺杂的Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6量子阱异质结的最高电子迁移率为28300 cm2/V·s和2DEG为9.28×1011 cm-2。而调制掺杂Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6量子阱异质结在30 nm沟道、6 nm隔离层和9.03×1018cm-3 Si的δ掺杂层时,得到最高电子迁移率26500 cm2/V·s和2DEG为1.15×1012 cm-2,AFM测试的RMS值为0.68 nm。和目前已报道的参考文献相比,在InAs0.4Sb0.6沟道中Sb组分为0.6时,本论文的电子迁移率较高,并且样品表面形貌也较好,沟道界面平整,可以用于制备高迁移率晶体管。（4）高迁移率器件的制备设计了HEMT器件的制备工艺流程,主要基于四个工艺步骤:欧姆接触、台面隔离、栅金属蒸镀以及金属Pad,制备出了AlSb/InAs和Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6高电子迁移率晶体管。测试结果表明,相比300 K,AlSb/InAs HEMT在90 K时测试得到的栅极泄漏电流降低了27%,最大漏极电流ID提高了12%,峰值跨导提高了22.5%。采用了SiO2钝化的方法,在VG为0 V,VD为0.5 V时,ID从160 mA/mm增加到214mA/mm,仿真的最大ID为275 mA/mm,接近理论模拟的结果。制备的Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6 HEMT,在相同偏压下,其最大漏极电流比AlSb/InAs HEMT器件明显提高。