现阶段,全球范围内的电能转换损耗巨大,以硅基材料为主的功率器件难以满足社会发展需求。而第三代半导体材料氮化镓（GaN）凭借其较大的禁带宽度与较高的临界击穿电场等优良特性,迅速成为功率半导体领域的研究热点。近年来,随着发光二极管和射频产业的飞速发展,GaN晶体外延技术日趋成熟,常开型（Normally-on）GaN器件已逐步进入功率市场。然而常关型（Normally-off）器件技术尚处于初级阶段,该类型器件可以有效地减少电路失效的风险,还可以降低栅极驱动电路的复杂性、电路产生的功耗和对应的模块化成本。因此,为了加速GaN功率晶体管的全面市场化进程,应大力发展常关型GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）技术。本文主要的研究对象是基于凹栅结构的常关型HEMT器件,目的是解决器件中存在的阈值电压稳定性差、栅极耐压低、栅槽界面陷阱浓度过高等问题,研究工作从器件关键工艺优化、栅介质技术创新、器件性能表征、新型结构设计等几大方面展开,取得具体成果如下:（1）在器件欧姆接触方面,提出一种基于EPM（Electrode Pairs Model）模型的欧姆接触阻值测量方法。该方法可以区分欧姆接触电极下方的半导体材料方块电阻RSK与半导体材料本身的方块电阻RSH。并且提出电极有效宽度的概念,依据电极有效宽度设计欧姆接触电极,可以在节省电极空间的基础上获取最大电流71%以上的电流等级。随后使用实验和仿真模拟对该欧姆接触阻值测量方法进行可行性与准确性地双重验证。（2）对基于SiON栅介质的凹栅刻蚀型HEMT进行制备与研究,分别得到常开、常关两类器件。浅栅槽常开型HEMT器件的导通电流可达493 mA/mm,而深栅槽常关型HEMT器件的阈值电压达到+3.6 V,两类器件的击穿电压都超过700 V。并且通过对不同栅极结构的等效电容建模,提出从亚阈值摆幅提取凹栅器件界面态密度的方法。据此得出结论:SiON/AlGaN形成的界面态浓度为6× 1012 cm-2.eV-1,但所处能级较深。在1000 s的持续应力测试中,器件的阈值电压漂移量超过3 V;而SiON/GaN界面态密度在1013 cm-2.eV-1量级,但所处能级较浅,造成器件亚阈值摆幅退化现象明显。（3）根据介质中的固定电荷理论,提出SiON/Al2O3叠层栅介质设计方案,分别制备与分析了基于叠层栅介质的凹栅刻蚀型HEMT与薄势垒型HEMT器件。在制备的凹栅刻蚀型HEMT中,器件的阈值电压达到2.5 V,亚阈值摆幅为172mV/dec,击穿电压达到900 V,阈值电压滞回值在10 mV左右,栅极区域的介质层/半导体界面态密度为3× 1012 cm-2.eV-1;而在制备的薄势垒型HEMT中,导致器件击穿的最主要原因为电极的电迁移现象而非栅极击穿。器件在栅极应力下的测试结果说明电子从SiON一侧注入到介质内要比其从Al2O3一侧注入更加容易。（4）提出纵向短沟道、结型纵向短沟道以及极化结型纵向短沟道器件的结构概念。经模拟仿真验证,纵向短沟道型器件的核心优势在于其具备较短的低迁移率沟道,因此在保证器件阈值电压和击穿电压的情况下仍可保持较大的导通电流。并且纵向短沟道型HEMT存在着“天然”的场板优势,场板可以在器件体内形成更大的耗尽区,从而有效地降低栅极区附近的电场峰值,防止栅极角落过早击穿。经过对器件的阈值电压、导通电阻、击穿电压及工艺实现难度等方面的比较,发现铝组分为0.19的极化结型纵向短沟道器件表现最优,其中器件的阈值电压达到3.7 V,击穿电压达到1187 V,导通电阻为0.5 mΩ·cm2。综上所述,本论文围绕器件欧姆接触、栅介质材料、器件结构设计等方面展开深入研究,分别制备了基于凹栅结构和薄势垒结构的高性能GaN基常关型HEMT功率器件,并且对其中存在的可靠性相关问题进行讨论,以加深对器件原理性问题的理解,对产业技术应用推广提供参考。