GaN基半导体材料具有很大的禁带宽度(3.4eV)、非常稳定的化学性质、很强的抗辐射能力、击穿电场非常强(5×106V/cm)、很高的电子迁移速率、很大的热导率以及很小的介电常数。而且以AlGaN/GaN为代表的III族氮化物制成得的HEMT在常温下的电子迁移率特别高(>1500cm2/Vs),同时产生的2DEG面密度相于比其他的器件远远超出(~1×1013cm-2),所以AlGaN/GaN结构制成的HEMT在高温以及微波功率器件有着很广泛的应用。传统的AlGaN/GaN结构增强电学特性的基本方法均为增加AlGaN层的Al比例以及使AlGaN层变厚,但是AlGaN层与GaN晶格不匹配的问题会带来更严重的后果,基于目前对GaN基异质结构的了解和将来可能的发展,晶格不匹配对异质结结构中的不良后果主要有两个:首先,和GaN材料之间晶格不匹配使得AlGaN势材料层有很多的由晶格不匹配引起的位错,会极大降低势垒层结晶质量以及异质结界面质量,并且会很大程度上增大合金无序散射和界面粗糙度,终究会降低器件的电学特性,降低AlGaN/GaN HEMT器件的特性,进而导致器件的可靠性极大降低;二,GaN材料与AlGaN材料均为存在明显压电效应的结构,使用AlGaN/GaN结构制备的高电子迁移率器件运行时,在漏极方向的栅极之下有较大电场,从而导致AlGaN材料的部分地方形成一定的应力。再由于严重的晶格不匹配,处在应变的AlGaN材料会在高电子迁移率器件运行时产生逆压电作用进而在晶体上产生各种缺陷。产生的缺陷会在很大程度上导致器件的可靠性降低性及能下降,特别是高电子迁移率器件经常处于高压高温环境条件下。使用Al InN材料当做势垒层取代传统的AlGaN材料是很好的解决方案。通过调节In组分的含量,层能够和GaN层之间产生a轴晶格的近乎完全匹配。但是在InN和AlN的相图中存在混溶隙,这导致生长Al InN材料受到了很大的限制,而计算表明AlInGaN四元合金的不稳定区域远小于AlInN,不过,要制备获得高质量的Al In GaN外延,当前仍然存在不小的问题,于是本文采用Al InGaN和AlGaN的混合势垒层来代替常规的Al InGaN层希望能够改善由于AlInGaN四元合金材料生长质量不佳导致的电学特性下降的问题。本文的主要工作如下:1.首先,优化低温生长AlGaN/GaN结构,之后再掺入In组分从而形成Al In GaN/GaN结构,并且通过分析低温生长的AlGaN/GaN结构能够发现其随着AlGaN材料生长温度的降低,无论结晶质量,表面形貌还是电学特性都有严重恶化。接着在低温生长AlGaN/GaN结构优化的基础上生长AlInGaN/GaN结构,通过测试及与低温生长的AlGaN/GaN结构进行比较可以发现,虽然AlInGaN/GaN结构的结晶质量和表面形貌与低温的AlGaN/GaN结构相比并无改善,因为低温对它们的生长质量的影响都很严重,但是Al InGaN/GaN结构的电学特性有所提高,电子迁移率从约800cm2/Vs变为超过1500cm2/Vs。因为相比于AlGaN而言Al InGaN与GaN之间晶格失配的情况要好得多,压电极化相应会减弱,但更强的自发极化导致异质结产生了大量的极化电子,而且能够产生更深的量子阱。2.提出了Al InGaN/AlGaN/GaN结构来改善由于AlInGaN生长质量不佳导致的AlInGaN/GaN异质结构电学特性下降的问题,并成功进行了AlIn GaN/AlGaN/GaN结构的生长,同样,与普通的AlInGaN/GaN结构相比,由于生长条件基本一致,所以AlInGaN四元合金材料的生长质量基本一致,但是由于多了AlGaN材料的插入层,AlInGaN/AlGaN/GaN结构的电学特性得到了提高,电子迁移率从1500cm2/Vs左右提高为超过1700cm2/Vs,这说明在Al InGaN/GaN结构中间增加AlGaN能够有效改善AlIn GaN/GaN结构的电学特性。