III族氮化物半导体以其宽禁带和直接带隙成为制备电力电子器件 (微波电子器件和功率电子器件) 和光电器件重要的半导体材料之一。GaN基半导体材料较宽的禁带宽度，使其高电子迁移率晶体管 (HEMT) 具备较大的临界击穿场强；其异质结界面二维电子气 (2DEG) 的存在能够得到较大的电子饱和漂移速度；稳定的材料化学性质，使其适合在高温的环境中工作。这些优越的性能，使得GaN基HEMT器件在航空航天、雷达、通讯等领域具有极大的应用潜力，吸引了大批研究者的目光。AlGaN/GaN异质结构在III族氮化物异质结构中获得了最为广泛的研究和应用，且已有大量可观的成果。但是，AlGaN/GaN 基器件也有其自身难以克服的问题，如势垒层和沟道层之间的晶格失配问题、逆压电效应等等。采用 InAlGaN 四元合金代替AlGaN做为异质结构势垒层能够很好的解决上述问题，大大的提升GaN基异质结器件和材料的潜力。然而，高质量 InAlGaN 四元合金势垒层难以制备，严重阻碍了其发展和应用。　　基于上述背景，本文主要围绕InAlGaN势垒层的组分设计、高质量InAlGaN四元合金势垒层外延生长优化，InAlGaN/GaN异质结及其HEMT器件的制备和特性分析等内容进行研究，主要的研究成果总结如下：　　1. 通过氮化物的 2DEG 面密度解析模型，从理论上计算分析了势垒层组分变化和厚度对异质结电学特性的影响。设计了可用于 HEMT 器件制备的近晶格匹配型和近极化匹配型InAlGaN/GaN异质结结构。当InAlGaN势垒层中Al/In比为4.56时，势垒层和 GaN 沟道层达到晶格匹配。当减小势垒层中的 Ga 组分时 (势垒层和 GaN沟道依然保持晶格匹配的关系)，异质结界面的带阶不断增加，2DEG面密度增大。然而，较高的Ga组分对于获得较高质量的InAlGaN四元合金势垒层相对较为容易。因此，在实际的设计中，需要对两者进行折中的考虑。对于极化匹配的InAlGaN/GaN异质结，通过对势垒层组分的合理设计，可用于增强型HEMT的制备。　　2. 通过工艺优化，建立了高质量InAlGaN 势垒层的PMOCVD生长方法。分别对TEGa流量、反应室压强和生长温度对PMOCVD生长InAlGaN四元合金及其异质结的影响进行了研究。通过增加 TEGa 流量来增加 InAlGaN 薄膜中的 Ga 组分。在TEGa流量为3.6?mol/min时，得到RMS值最低，2DEG迁移率最高的样品。随着反应室压强由150 Torr增加至250 Torr，势垒层中的Al组分逐渐减少，薄膜的生长速率逐渐增加，薄膜的表面形貌在200 Torr时达到最小的RMS值；在680℃-760℃的生长温度范围内，没有发现InAlGaN势垒层中有相分离的迹象。在生长温度为760℃时，异质结的电学特性较好，得到最高的2DEG迁移率，为1378 cm2/V?s。　　3. 结合 InAlGaN 势垒层和 AlGaN 势垒层的优势，创新设计并实现了InAlGaN/AlGaN/GaN 复合势垒层结构。相比于 InAlGaN/GaN 异质结，InAlGaN/AlGaN/GaN 异质结的 2DEG 输运特性得到了明显的改善，2DEG 迁移率达到了1889cm2/V?s，方块电阻为201Ω/□?。　　4. 通过PMOCVD生长技术，生长了高质量的近晶格匹配型InAlGaN/GaN异质结，基于此异质结构制备了 HEMTs，并对器件特性进行了测试分析。异质结的室温霍尔效应测得2DEG迁移率为1668 cm2/ V-s，方阻值为：262Ω/□?。在器件栅长为1μm，栅宽为2×50μm时，器件的漏极饱和电流为760 mA/mm，峰值跨导为147mS/mm。在交流小信号测试中，器件的特征频率fT为11GHz，最高振荡频率fmax达到了21 GHz。　　5. 基于InAlGaN/GaN异质结的极化调控理论，通过PMOCVD法生长了高质量的近极化匹配的InAlGaN/GaN异质结，制备了基于此异质结的增强型HEMT器件。室温下，通过霍尔效应测得的样品的迁移率为1129 cm2/ V?s，远大于已报道的近极化匹配的InAlGaN/GaN异质结，异质结样品的2DEG的面密度为6.0?1011cm-2。制备的HEMT器件具有较大的阈值电压，达到+0.7 V，器件的峰值跨导为69 mS/mm，最大饱和电流为172 mA/mm。