氮化镓(GaN)半导体具备宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场及通过异质结结构形成高电子密度的二维电子气(2DEG)等材料特性，在电力电子器件应用，特别是高温、高频器件领域具有独特的优势。AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFET)和GaN金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)是GaN基场效应晶体管(FET)中的典型代表，可应用于无线通信、军事雷达等微波功率器件及汽车逆变器等耐压功率器件。器件隔离是制作GaN基FET的关键工艺之一，通常采用干法刻蚀形成台面结构来实现隔离。然而，刻蚀损伤会增大台面隔离区域的表面漏电流，导致AlGaN/GaN HFET器件的关断电流和功耗增大，严重影响器件性能;而矩形GaN MOSFET采用台面结构则无法实现器件的场隔离，因为隔离区域中存在着寄生MOSFET，导致有效沟道宽度变大、迁移率远高于实际值。因此，研究适于AlGaN/GaN HFET的器件隔离工艺和GaNMOSFET的场隔离工艺、评价工艺的隔离效果是GaN基FET研究中必须解决的问题。　　本论文以AlGaN/GaN HFET和GaN MOSFET的基本工艺与测试为基础，研究了隔离效果的评价技术;探索了多种GaN基FET的隔离工艺;开发了适于AlGaN/GaN HFET的O2等离子体处理台面隔离工艺，并对其氧化效果和机理进行了分析;开发并改进了B离子注入隔离工艺，实现了GaN MOSFET的极低关断电流和场隔离，并评价了不同隔离结构对器件性能的影响。本文的研究内容及结论如下:　　(1)AlGaN/GaN HFET和GaN MOSFET的基本工艺、测试和隔离效果评价研究。矩形AlGaN/GaN HFET以AlGaN/GaN异质结和2DEG为结构特点，基本制造工艺为基础，通过电流-电压(I-V)测试评价器件性能。长沟道环形和矩形GaN MOSFET采用凹槽栅结构，借助I-V和电容-电压（C-V)测试评价器件性能，还进行了BCl3刻蚀气体制作的GaN MOSFET的实现和评价。器件隔离效果评价技术包含三种:通过测试传输线模型(TLM)结构的方块电阻或I-V特性，可以估计出隔离区的电阻值;在隔离区域制作特殊环形MOSFET，可以判断隔离工艺能否形成寄生MOS沟道;通过对比同样工艺的环形和矩形MOSFET的转移特性，能够评价隔离工艺的有效性。该研究解决了无法判断隔离工艺消除寄生沟道效果的问题，为确认工艺的有效性提供了可靠的评价方法。　　(2)多种GaN基FET隔离工艺的探索研究。以氧化台面表面的刻蚀损伤为目标，借助干法刻蚀设备尝试了Cl2/O2混合气体及O2的电感耦合等离子体(ICP)处理等工艺。TLM结构的I-V测试表明，ICP的Cl2/O2混合气体及O2等离子体处理配合NaOH处理和硝氟酸清洗，能消除刻蚀损伤，使隔离电流降低到10-10A，但是Cl2等离子体会造成表面二次刻蚀损伤，而O2等离子体密度较低，刻蚀损伤层未被完全氧化。以实现MOSFET隔离区域的高电阻为目标，尝试了BCl3气源刻蚀台面结构、Ni金属扩散及逆溅射处理等工艺。在隔离区域制作的特殊环形MOSFET的I-V特性表明，BCl3刻蚀台面隔离无法消除寄生MOS沟道，Ni金属扩散隔离能够消除寄生MOS沟道但也会降低输出电流和迁移率，而逆溅射处理的台面区域电阻相对最高，但仍然无法完全消除寄生MOS沟道。以上这些探索研究为隔离工艺改进提供了方向和基础。　　(3)AlGaN/GaN HFET的O2等离子体处理工艺的隔离效果及氧化机理研究。针对AlGaN/GaN HFET，开发了O2等离子体处理台面隔离区域的工艺，利用TLM结构的I-V测试确立了最合适的处理条件，利用光致发光(PL)光谱和X射线光电子能谱(XPS)测试分析了该工艺对台面刻蚀表面的氧化效果和机理，制作并评价了采用该隔离工艺的AlGaN/GaN HFET。TLM结构的I-V测试表明，隔离电流的降低主要依赖于处理温度和刻蚀损伤的深度，300℃处理为最适合的条件，能够使隔离电流减小四个数量级至10-11A，有效地抑制光响应且增大隔离区域的击穿电压。PL光谱分析表明，黄光带相关缺陷的密度明显降低，但也生成了蓝光带相关的氧替代氮位(ON)缺陷;XPS分析表明，O2等离子体处理比O2气体处理生成更多的Ga2O3。AlGaN/GaN HFET的I-V特性表明，采用该隔离工艺的器件导通/关断电流比高达1.73×107。该研究解决了AlGaN/GaN HFET的台面隔离效果差的问题，揭示了该工艺会引入ON缺陷，为进一步探索更有效的GaN刻蚀损伤消除工艺奠定基础。　　(4)GaN MOSFET的B离子注入的隔离效果及工艺改进的研究。针对GaN MOSFET，开发了B离子注入场隔离工艺，结合台面刻蚀工艺制作了不同隔离结构，利用隔离区域制作的特殊MOSFET的I-V特性确认了该工艺消除寄生MOS沟道的结果，利用环形及矩形器件的I-V特性对比评价了该工艺的场隔离效果，并评价了不同隔离结构对器件性能的影响。通过工艺改进，将B离子注入调整到高温欧姆退火和栅氧热处理工艺之后，获得了高电阻的注入区域。I-V特性表明，在隔离区域制作的环形MOSFET表现出极低的漏极电流约6.5×10-12 A，说明该工艺能够消除隔离区的寄生MOS沟道。环形和矩形器件的I-V特性对比说明，该工艺能够将矩形器件的关断电流从台面隔离的3.2×10-9A降低到5.5×10-11 A，这一值仅比环形器件的6.6×10-12 A高一个数量级，实现了MOSFET的场隔离。低场迁移率计算结果表明，B离子注入不会使迁移率退化。同时具有台面和注入隔离结构的矩形器件，与只有注入隔离结构的器件相比，其亚阈值摆幅相对较低。该研究解决了矩形GaN MOSFET场隔离无效的问题，指出了有利于减小亚阈值摆幅的隔离结构，为进一步改善GaN MOSFET性能奠定基础。