由于氮化镓（GaN）具有宽禁带宽度、大击穿电场、高电子迁移率、强抗辐照能力等优异的材料性能,非常适合制备在极端条件下工作的高频、高压、高功率电力电子器件,如AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管（HEMT）,在新能源汽车、5G通讯、激光雷达等行业具有重要的应用前景。然而,GaN基HEMT器件却面临严重的电学可靠性问题,如:高温退化效应、栅漏延迟效应、kink效应、动态电阻增大效应等,不利于其大规模商业化应用。在此背景下,深入分析相关的几个关键可靠性问题,揭示问题背后具体的物理机制,具有非常重要的社会应用价值。本文首先回顾了GaN基HEMT的研究现状,指出了存在的电学可靠性问题,然后介绍了GaN材料的基本性质,详细描述了器件的结构与工作原理,最后总结了表征器件性能的重要参数。本论文的主要研究内容如下:1、AlGaN/GaN HEMT的变温电学特性研究。研究表明,随温度的升高,器件退化的主导因素并非二维电子气随温度减少,而是方块电阻随温度的增加。而方块电阻由器件的2DEG浓度与迁移率决定,因此对器件的2DEG的迁移率进行实验提取与理论计算,通过数据拟合发现极性光学声子散射限制的迁移率随温度升高而呈指数下降,是高温下方块电阻增大与器件退化的主要原因。2、AlGaN/GaN HEMT的kink效应研究。通过漏极应力偏置实验,观察到在不同漏极偏置下,两次扫描kink程度表现出显著差异;通过栅极应力偏置实验,观察到开态下,kink程度缓解,半开态下,kink程度增加,闭态下,kink程度不变现象。反向栅极电流导致的kink效应并不显著。结合半导体物理理论提出物理模型:kink效应由GaN缓冲层内类施主型深能级缺陷态对电子的捕获和热电子辅助被捕获电子去捕获行为所导致。3、晶格匹配In_0.17Al_0.83N/GaN HEMT动态电阻特性研究。搭建了硬转换模型与软转换模型测试系统,研究了晶格匹配In_0.17Al_0.83N/GaN HEMT器件在不同转换模型下的动态电阻特性。结果表明,在硬转换模型下动态电阻的增大源于表面态捕获电子导致的虚栅效应,在关态下随漏极偏置应力的增加,动态电阻表现出先降低再略有升高的行为,是源于缓冲层中电子的去捕获与捕获效应;在软转换模型下,验证了势垒层中缺陷态为类施主型,且稳定时间有助于动态电阻恢复。