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GaN基异质结构由于其自发极化和压电极化产生的沟道内二维电子气（2DEG）而得到了广泛的关注,以AlGaN/GaN异质结为基础的高电子迁移率晶体管（HEMT）的研究在过去二十年中取得了巨大的进展。随着对器件特性要求的日益提升,AlGaN/GaN异质结的局限性逐步显现出来,主要体现在2DEG限域性差、载流子迁移率瓶颈以及晶格失配导致器件可靠性下降等问题上。相较于常规GaN沟道,InGaN作为一种新型沟道材料拥有两个方面突出优势。首先,InGaN拥有更小的电子有效质量,这意味着其载流子具备更高的漂移速率,可以满足更高器件频率特性的要求;其次,InGaN沟道能够对异质结能带结构进行调制,增大其与势垒层及缓冲层之间的能带带阶,增强2DEG的限域性,有利于提升器件的输出效率和可靠性。本文主要针对高质量In GaN沟道异质结材料生长优化及高性能HEMT器件制备表征等方面展开研究工作,取得的主要成果如下:1.基于分时输运理论,提出了脉冲法金属有机物化学气相淀积（MOCVD）技术生长InGaN材料,实现了材料质量的提升。重点讨论了500°C800°C温度范围内脉冲法生长InGaN薄膜材料特点,得到了In0.05Ga0.95N薄膜的理想外延温度区间,为InGaN沟道异质结构研究奠定了坚实的基础。2.成功制备了高质量Al0.35Ga0.65N/In0.05Ga0.95N异质结材料,并通过实验解决了沟道生长温度和沟道厚度选择这两个核心问题,得到了InGaN沟道的最优生长温度和厚度分别为740°C和21 nm。在最优生长条件下,AlGaN/InGaN异质结材料沟道表面和异质结表面光滑平整,呈现清晰台阶状形貌,粗糙度均方根（RMS）分别为0.19 nm和0.15 nm。AlGaN/InGaN异质结高温（360 K以上）环境下电学特性优于常规AlGaN/GaN异质结,同时300K下2DEG迁移率为1681 cm2/Vs,将国际报道最优结果提升超过30%,国际著名半导体媒体“Semiconductor Today”对这一结果进行了专题报道。3.成功制备了近晶格匹配In0.18Al0.82N/In0.05Ga0.95N异质结材料,并提出创新型两步法AlN插入层结构改善异质结输运特性。两步法AlN插入层成功解决了In GaN沟道质量和界面形貌之间的矛盾,将InAlN/InGaN异质结2DEG迁移率和面密度提升至967 cm2/Vs和1.85×1013 cm-2。两步法插入层结合了恒定高温和低温插入层的优势,为In AlN/InGaN异质结构提供了最为适合的插入层生长模式。4.利用InAlN势垒自发极化强度大、诱发沟道内2DEG面密度大的优势,首次提出并成功制备了近晶格匹配In0.18Al0.82N/In0.05Ga0.95N/In0.18Al0.82N/In0.05Ga0.95N双沟道异质结,在保证高迁移率的基础上,进一步提高2DEG面密度,减小异质结方块电阻。由于脉冲法MOCVD的精细控制以及两步法AlN插入层良好的隔离保护作用,双沟道异质结界面平整、光滑且突变。300 K下双沟道异质结2DEG迁移率和面密度分别为1119 cm2/Vs和2.53×1013 cm-2,方块电阻达到218.5Ω/□,刷新了InGaN沟道异质结构方块电阻的记录。5.成功制备了基于蓝宝石衬底的高性能Al0.35Ga0.65N/In0.05Ga0.95N HEMT器件,器件制备在2DEG迁移率和面密度分别为1650 cm2/Vs和1.18×1013 cm-2的AlGaN/InGaN异质结上进行。器件室温300 K下最大输出电流密度为1128.2 mA/mm,最大跨导为188 mS/mm,并且由于AlGaN/InGaN异质结中2DEG限域性优势,器件跨导在-3.2V-0.2V栅压范围内保持高水平。同时AlGaN/InGaN HEMT具有出色的高温特性,在400 K和500 K的测试条件下,饱和输出电流密度分别达到300 K条件下的81%和68%,优于常规AlGaN/GaN HEMT结果。此外,器件在栅长为1μm的条件下,特征频率（fT）和最大振荡频率(fMAX)分别为10.1GHz和14.0 GHz。综上所述,本文针对新型InGaN沟道异质结构,分别从结构设计、材料生长优化、HEMT器件制备以及特性表征分析等方面进行了全面且深入的研究,大幅度提升了InGaN沟道异质结构的研究水平。本文取得的多项成果为后续InGaN沟道异质结电子器件的研究起到重要的指导和参考作用。