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AlGaN/GaN HEMT器件因为具有高击穿电压、低导通电阻等特点，被认为是出色的功率开关器件或电力电子器件，近年来受到人们的普遍关注。然而，长期以来研究的AlGaN/GaN HEMT器件绝大多数都是耗尽型即常开型器件，并不适合电力电子器件应用。电力电子器件为了安全工作，通常需要增强型即常关型。薄势垒AlGaN/GaN异质结具有比常规AlGaN/GaN异质结更低的极化电荷密度和二维电子气密度，因此薄势垒AlGaN/GaN异质结比较适合制作增强型HEMT器件。但是势垒层减薄后二维电子气密度降低也会引起HEMT器件导通电流下降、击穿电压降低等不利问题。为了能够使薄势垒AlGaN/GaN异质结既实现增强型工作，同时又具有可接受的导通电流、击穿电压，获得各方面性能相对均衡的器件特性，是本文的主要研究目标。本文基于薄势垒AlGaN/GaN异质结构，开展了材料结构与工艺以及增强型器件的研究，主要结果如下：1、深入研究并揭示了势垒层Al组分、厚度以及缓冲层Al组分等结构参数对异质结材料结晶质量、表面形貌及电学特性的影响规律，并给出合理的物理解释。研究发现，随着Al组分增加，2DEG迁移率不断下降，而2DEG密度先升后降，表面粗糙度先降后升；相同Al组分时，势垒层越薄，2DEG迁移率越高，2DEG面密度越低，表面粗糙度越小；采用GaN与AlGaN缓冲层代替GaN缓冲层时，2DEG迁移率略有下降，表面粗糙度略有恶化，但是2DEG限域性增强。2、深入研究并揭示了势垒层生长温度、生长速率等工艺参数对异质结材料结晶质量、表面形貌及电学特性的影响规律，并给出合理的物理解释。研究发现，生长速率降低时，2DEG迁移率和面密度均明显提高，表面粗糙度基本保持不变；随着势垒层生长温度的增加，表面粗糙度显著降低，2DEG迁移率先显著增加然后保持不变，2DEG面密度显著下降。3、基于研制的9nm薄势垒65%铝组分的AlGaN/GaN异质结构材料，成功研制出具有较高饱和电流与击穿电压的增强型HEMT器件。该器件栅长0.5μm、栅漏间距2.6μm，栅源电压3V时漏极饱和电流为441mA/mm，最大跨导为204mS/mm，阈值电压为0.3V，击穿电压为108V。通过比较研究发现，当势垒层Al组分达到78%时，虽然饱和电流增加到773mA/mm，但是器件变为耗尽型，且击穿电压下降；当采用GaN与AlGaN缓冲层时，虽然击穿电压提高，但是阈值电压和饱和电流都有所下降。