氮化镓基高电子迁移率晶体管（High electron mobility transistor,HEMT）具有传统硅基器件难以企及的高击穿电压、高功率密度及低开关损耗等优势,被广泛应用于电力电子领域。由于受Al GaN/GaN极化效应的影响,常规的GaN HEMT器件大多为天然的耗尽型器件,这限制了其在超高速数字集成电路领域的应用,同时提高了电路设计的复杂性和生产成本,因此增强型GaN HEMT器件的研究在实际应用中具有重要意义。虽然目前增强型GaN HEMT器件在性能、效率、能耗、尺寸等方面均有显著提升,但仍存在制备工艺复杂、器件可靠性差等问题,制约了GaN功率器件的进一步推广应用。针对上述问题,本文对增强型GaN HEMT器件开展了从外延生长、器件制备到可靠性分析的系统研究。具体研究内容与结论如下:首先,设计了GaN/AlN超晶格结构势垒层,并利用MOCVD脉冲法实现了高质量的高铝组分势垒层生长。研究结果表明,GaN/AlN超晶格结构对势垒层中的应力和缺陷具有调控作用,同时能够避免合金散射对载流子迁移率的影响,因此超晶格HEMT外延薄膜的材料质量和电学性能均优于同等Al组分下的传统HEMT外延薄膜。而当超晶格势垒层中的Al组分提高至50%时,材料仍保持良好的结晶质量和表面形貌,位错总密度仅为6.8×10~8 cm-2。与此同时,得益于其高铝组分,超晶格势垒层异质结的方块电阻低至270Ω/sq,所制备HEMT器件的输出电流比传统合金势垒层器件的提高了113%,为后续增强型器件的制备提供了材料基础。然后,基于超晶格结构特有的增强掺杂特性,在所生长的GaN/AlN超晶格外延薄膜上设计并制备了新型的Mg掺杂超晶格增强型GaN HEMT器件。理论和实验结果表明,超晶格结构对固体热扩散同样具有增强掺杂作用,能够有效提高Mg掺杂的效率,促进了栅下势垒层中p-GaN/AlN的形成,使Al组分为25%的超晶格器件实现了常关特性。但进一步研究发现,对于高铝组分的GaN/AlN超晶格势垒层,受主掺杂难度更大,超晶格结构的增强掺杂作用有限。为此,提出利用ICP对栅下区域进行轻微刻蚀,通过增大受主接触面积及人为引入缺陷来提高Mg的扩散效率,从而在高铝组分超晶格势垒层上实现了阈值电压为0.51 V,输出电流密度为300 m A/mm@VG=3 V以及阈值电压0.72 V,输出电流密度为347 m A/mm@VG=3 V的增强型器件,并有效避免了常规p型栅器件刻蚀精度要求高、掺杂困难等技术难题。最后,对所制备的Mg掺杂超晶格增强型器件进行高场可靠性研究,并根据分析结果提出相应的可靠性提升方案。分析认为在开态恒定应力下,材料的固有陷阱及器件制备过程中引入的缺陷会俘获高能热电子并耗尽导电沟道,造成器件性能的退化。但由于GaN/AlN的导带差较大,提高了2DEG的限域性,因此器件在开态应力下的可靠性得到了改善,器件的输出电流最大退化量仅为4.7%。而在关态恒定应力下,GaN/AlN超晶格结构的应力调控作用能够提高高铝组分势垒层承受逆压电效应的能力,但栅下的Mg离子在栅漏间的强电场中会带来阈值电压不稳定的问题。综上,本文提出了基于GaN/AlN超晶格结构的增强型GaN HEMT器件,在改善材料质量和载流子运输特性的同时,通过简单高效的Mg掺杂法实现了常关特性。本论文为增强型器件的制备提供了新思路,对GaN基材料和器件的进一步研究和发展具有一定的指导和借鉴意义。