Ⅲ族氮化物半导体具有宽的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强等优越性能，是发展高频、高温、高功率电子器件的最优选材料。在Ⅲ族氮化物材料体系中，Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构是迄今为止研制高温、高频、大功率电子器件最重要和最基本的材料体系。因此，Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构材料与器件研究已成为当前国际半导体科学与技术的前沿领域和研究热点。 Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构是典型的高导带阶跃、强极化电场半导体低维结构体系。这种材料体系与其它Ⅲ-Ⅴ族材料(如Al<,x>Ga<,1-x>As/GaAs异质结构)相比，具有很大的能带偏移和很强的极化效应，诱导Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质界面形成面浓度高达10<13>cm<-2>量级的二维电子气(2DEG)，使Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构具有与Al<,x>Ga<,1-x>As/GaAs异质结构不同的经典和量子输运性质以及自旋特性。因此，开展对Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构2DEG输运性质的研究对丰富和发展半导体低维物理学有重要的科学意义。 本论文采用MOCVD生长技术制备出高质量的Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构，并在此基础上深入、系统地研究了Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构的量子输运(磁输运)性质，主要结果如下： 1．通过对变温舒伯尼科夫-德哈斯(SdH)振荡的测量和分析，确定了Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构中2DEG 的有效质量，发现2DEG有效质量随磁场每增加一个特斯拉增大0.01m<,0>；同时，2DEG 有效质量在零磁场下随电子浓度每增大10<12>cm<-2>增加0.0027m<,0>。根据实验结果确认GaN导带E～k关系具有非抛物性。 2．对Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构中2DEG的双子带占据进行了讨论。实验上观察到Al<,0.22>Ga<,0.78>N/GaN异质结构中磁致子带间散射(MIS)引起的磁电阻振荡的幅度随温度上升而略有减小，振荡的频率为两个子带SdH振荡频率之差。观察到Al<,0.22>Ga<,0.78>N/GaN异质结构中SdH和MIS振荡之间的调制在温度10到17 K之间最为强烈，其它温度下则很弱。通过MIS效应计算出Al<,0.22>Ga<,0.78>N/GaN异质界面三角形量子阱中两子带的能级间距为80 meV。 3．通过对非平衡态下Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构的研究，发现光照主要使GaN中的束缚电子转移到异质界面的三角形量子阱中。电子转移减弱了异质界面处的电场，使三角形量子阱变宽，子能带的间距减小。当没有新的子带被占据时，量子阱中的2DEG迁移率提高，因而SdH振荡的振幅增大。第二子带的2DEG浓度的增大对应着MIS的拍频振荡特征能量的增大，光照使拍频振荡的节点向高场移动。 4．研究了Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构中 2DEG 自旋分裂引起的磁电阻振荡。2DEG的零场自旋分裂引起磁电阻的拍频振荡而塞曼分裂对SdH振荡的分裂峰有贡献。尽管GaN的宽带隙不利于电子的自旋分裂，但由于有极强的极化电场和很高的电子浓度，观察到了由零场自旋分裂引起的磁电阻的拍频振荡，确定Al<,0.11>Ga<,0.89>N/GaN异质结构中2DEG的零场自旋分裂能量为2.5 meV，自旋轨道耦合系数为2.2×10<-12> eVm。随着磁场的增大，自旋分裂的能量减小。自旋分裂随磁场变化的一次项(塞曼分裂等)使SdH振荡出现了分裂的峰。 5．通过光照观测了Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构中 2DEG 零场自旋分裂引起的磁电阻拍频振荡。光照减弱了异质界面处的电场，使零场自旋分裂能量减小。因此光照使零场自旋分裂的拍频振荡的节点向低场移动。由于电场改变了零场自旋分裂的能量，推断Al<,x>Ga<,1-x>N/GaN异质结构中 2DEG 的零场自旋分裂主要起源于Rashba效应。