近年来,由于GaN本征材料特性优越以及由其构成的AlGaN/GaN异质材料具有高载流子面密度、高电子迁移率、高击穿场强和低沟道电阻等优势,GaN基高电子迁移率晶体管在电力电子领域受到了极大的关注。然而常规AlGaN/GaN结构器件均为耗尽型器件,直接将其应用于电力电子领域时会增加电路设计的复杂性,增大转换功耗。因此有必要研究增强型的GaN基HEMT器件。目前有多种实现增强型器件的方法,在这些方法中,p-GaN栅增强型器件的实现不需要复杂的栅工艺和刻蚀,可以获得稳定的阈值电压,也是目前唯一的可以实现商用的增强型器件。所以本文将研究重点放在采用p-GaN帽层实现GaN基器件增强型工作上,在原有结构基础上不断升级完善,从理论仿真和实际器件制备与测试两方面对器件进行研究,力求实现兼顾高阈值电压和高性能的增强型GaN基HEMT器件。本文主要的研究成果如下:（1）针对p-GaN帽层实现增强型器件存在的Mg扩散问题,提出了插入i-GaN阻挡层的方法来缓解Mg扩散对器件性能的影响,即采用p-GaN和i-GaN复合帽层栅结构设计并实现增强型GaN基HEMT器件。首先对具有不同i-GaN阻挡层厚度的器件进行了仿真研究并总结规律,仿真结果显示耗尽层宽度会随着i-GaN阻挡层厚度的减薄而展宽,同时器件的阈值电压(V_th)也随i-GaN阻挡层厚度的减薄而增大,且栅电流也随之增大,验证了采用p-GaN和i-GaN复合帽层栅结构实现增强型GaN基HEMT器件结构设计的可行性。（2）基于仿真结果,成功研制了三种具有不同i-GaN阻挡层厚度的p-GaN和i-GaN复合帽层栅结构增强型GaN基HEMT器件,并对比研究了阻挡层厚度变化对实际器件电学性能的影响。实际器件测试结果显示,随着i-GaN阻挡层厚度的减薄,器件的阈值电压逐渐增大,最大器件阈值可达1.2 V,然而器件的饱和输出电流密度和峰值迁移率却随着i-GaN阻挡层厚度的减薄而减小,研究发现这正是由于阻挡层减薄后Mg扩散进势垒和沟道的程度加剧引起的。另外,和常规耗尽型器件相比,具有130 nm p-GaN和较厚20 nm i-GaN阻挡层厚度的器件具有更优越的直流特性,并且,峰值迁移率可达1200 cm²/V·s,和常规耗尽型器件相比仅退化了5%,说明20 nm阻挡层对Mg扩散起到了较好的缓解作用,保持了HEMT器件较好的沟道特性。（3）针对p-GaN和i-GaN复合帽层栅结构器件存在的大栅压下栅泄漏电流大和器件阈值电压低这两个问题,提出了在栅金属和其下的p-GaN和i-GaN复合帽层间插入介质层构成MIS栅结构的方法来改善器件性能。首先通过仿真验证了采用MIS栅结构抑制器件栅泄漏电流并提高器件阈值电压的可行性,仿真研究发现栅介质承担压降是引起阈值增大的主要原因,并且通过改变栅介质的厚度和介电常数可以有效调控器件阈值电压,尤其当Si₃N₄栅介质的厚度达20 nm时,器件的阈值电压可高达7 V。此外,不论是栅介质厚度还是介电常数的改变都不会影响器件的电流输出能力。（4）基于仿真结果,成功研制了四种具有不同SiN_x栅介质厚度的MIS栅结构器件并对其电学特性进行对比分析。实际测试结果同样表明在栅金属和p-GaN帽层间插入SiN_x栅介质能起到增大器件阈值电压的作用,同时器件的阈值电压会随着SiN_x栅介质的增厚而逐渐增大,从最初没有SiN_x栅介质的1.2 V增大到了具有20 nm SiN_x栅介质的6.2 V,阈值电压变化量达到5 V,实现了对器件阈值电压的有效调控。而且,和没有SiN_x栅介质的p-GaN和i-GaN复合帽层栅结构器件相比,有SiN_x栅介质的MIS栅结构器件具有较低的关态漏电流和栅泄漏电流(大栅压下的正向栅泄漏电流密度已经可以降至10^-7 mA/mm),以及更大的栅压工作范围,尤其对于具有10 nm和20 nm SiN_x栅介质的器件,更是可以耐受高达20 V的栅压。与此同时,由于SiN_x栅介质的引入并不需要更多的刻蚀步骤,所以并不会影响器件的沟道电子传输能力,最大迁移率仍能保持在1600 cm²/V·s左右。