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氮化镓(GaN)基材料具有禁带宽度大，电子饱和漂移速度大，化学稳定性好，抗辐射，耐高温，容易形成异质结等优势，成为制造高温，高频，大功率，抗辐射高电子迁移率晶体管(HEMT)的首选材料，GaN基HEMT器件应用前景广泛，但由于材料生长和器件制备方面还存在着很多问题，至今没有实现商品化，成为全球研究的热点之一。
本论文针对HEMT器件中GaN基层的漏电问题，研究了采用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)生长高质量半绝缘GaN的方法和机理；为了提高HEMT材料中异质结界面处二维电子气(2DEG)的迁移率，设计并生长了AlGaN/AlN/GaN结构HEMT，并研究了其中的2DEG的物理特性，得到的主要结果如下：
1.GaN生长过程中成核阶段的载气种类对其电学性质有很大的影响，相对于H2而言，N2做成核载气更有利于生长半绝缘GaN，但x射线双晶衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)测量结果指出其晶体质量却有所下降。使用透射电子显微镜(TEM)研究了所生长的GaN中的螺位错以及刃位错对其电学性质的影响，发现N2做成核载气可以形成更多的补偿剩余电子的刃型穿透位错。为了提高GaN的晶体质量，优化了成核岛的退火时间，并使用x射线反射技术研究了退火时间对AlGaN/GaN界面粗糙度的影响，在优化的生长条件下生长了AlGaN/GaN结构HEMT，并对器件特性进行了测量分析。
2.探索性地研究了采用两层AlN做为缓冲层生长半绝缘GaN的技术，并使用无接触式薄层电阻测量仪、XRD、AFM等对所生长GaN的电学性质和晶体质量进行了测量，发现AlN缓冲层可以有效地消除存在于GaN与蓝宝石衬底界面处的导电层，使用TEM研究了AlN和GaN中的螺型和刃型穿透位错，发现第二层AlN可以过滤第一层AlN中的螺型穿透位错而且对后续生长的GaN的晶体质量也有很重要的影响。在此条件下，生长了AlGaN/GaN结构HEMT，制备的HEMT器件表现了良好的夹断特性。
3.测量了AlGaN/AlN/GaN结构HEMT中2DEG的低温和变温特性，在温度为2K时，2DEG的迁移率和浓度分别为1.4×104cm2/Vs和9.3×1012/cm2，均达到了国际先进水平。在磁感应强度为3T左右时观察到了量子霍尔效应，分析了其中的散射机制，推算了其中的量子散射时间和经典散射时间，发现在低温情况下小角散射在各种散射机制中占主导地位。