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由于Ⅲ族氮化物材料及异质结构具有很强的自发极化和压电极化,可以产生很强的内建电场,即使在不掺杂的情况下,AlGaN/GaN等异质结构界面处可形成超过1013cm-2面密度的二维电子气(2DEG)。另外,氮化物材料具有高饱和速度、高击穿电压等优异电学性质,异质结构界面处具有很大的能带偏移能量,因而,它们成为制作高温、大功率和高频电子器件的理想材料体系。近年来,晶格匹配的In0.17Al0.83N/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)得到了极大的关注,希望在某些应用领域能替代上一代的AlGaN/GaN结构HEMT。究其原因,InAlN/GaN具有晶格匹配的特点,理论上异质结构中只有自发极化存在,克服了应变弛豫带来的异质结构质量退化,保证了很高的二维电子气浓度;其器件具有非常突出的直流特性和射频特性,而且能够克服AlxGa1-xN/GaN异质结构在高铝组分(x≥0.4)情况下难于制作高性能HEMT器件的困难。论文工作以InAlN/GaN异质结为基础,利用一维薛定谔方程及泊松方程,理论研究了具有背势垒的InAlN/AlN/GaN/AlGaN/GaN和InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两种异质结的能带结构和2DEG的分布,并对分别对MBE或MOCVD生长的几种InAlN/GaN晶格匹配的异质结材料进行了表征及物性分析。研究的主要内容和结论如下：1、模拟计算了近晶格匹配的InAlN/AlN/GaN异质结中2DEG随插入层AlN厚度的变化情况。当势垒层厚度一定时,随着AlN插入层厚度的增加,2DEG会先增加后降低,得到AlN的临界厚度约为2.43nm。重点模拟计算了具有AlGaN和InGaN背势垒的InAlN/AlN/G aN异质结构。对于AlGaN背势垒结构,AIN/GaN中2DEG会随着AlGaN中Al组分的增加而降低,并且GaN沟道层的导带也会随着Al组分的增加而抬高,在一定程度上增加2DEG的限制作用；而对于InGaN背势垒结构,AIN/GaN中2DEG随着InGaN中In组分的增加会先增加,然后再降低,GaN沟道层的导带也会随着In组分的增加而抬高,能够增加2DEG的限制作用。2、对MOCVD生长的InAlGaN/AlN/GaN异质结材料进行了XPS测试,分析了InAlGaN薄膜层各金属元素(Al、In、Ga)组分和结合能随薄膜深度的变化。发现随着InAlGaN薄膜生长厚度的增加,A1元素含量逐渐增加,Ga元素含量逐渐降低,In含量基本不变,这种变化的是由组分提拉(composition pullin g)效应引起的；随着溅射时间增加,金属元素的结合能都是先向低能方向移动,然后再向高能方向移动,认为前者主要是受外部氧环境的影响,而后者主要是因为材料中存在氮空位的缘故。3、对MBE生长的InAlN/AlN/GaN 和 InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN两个异质结样品进行AFM和TEM表征,通过AFM和TEM估算了样品的缺陷密度,InAlN/AlN/GaN样品的表面V型缺陷密度为8*106cm-2, InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN样品的位错密度和V型缺陷密度均为1.1*109cm-2,发现生长InGaN背势垒插入层会导致异质结构质量的退化。