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GaN基半导体材料具有禁带宽度大，电子饱和漂移速度大，击穿电压高，抗辐射，耐高温，耐腐蚀，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。由于传统AlGaN势垒层受晶体质量的限制，不易得到高Al组分的AlGaN，无法获得更高浓度的二维电子气，制约大功率HEMT的进一步发展，于是AlN/GaN超晶格势垒HEMT结构被提出。在本论文中，我们推算了一种计算二维电子气的计算公式，并通过实验进行验证。同时，我们也在Si衬底上尝试了GaN缓冲层的外延生长研究，并对外延材料的晶体结构、表面形貌以及应力情况等进行了研究。主要研究内容如下: 1.AlN/GaN超晶格作为势垒层，可以解决AlGaN势垒层高Al组分时晶体质量差的情况。对比AlGaN势垒层的二维电子气浓度的计算公式，我们推算出一种计算AlN/GaN超晶格作为势垒层时二维电子气浓度的计算方法。设计并生长了三组AlN/GaN超晶格HEMT结构的样品，对三组样品进行X射线扫描和霍尔测量。X射线的实验数据和模拟数据吻合的很好，且能看到卫星峰，证明AlN/GaN超晶格的晶体质量较好，界面清晰光滑。通过霍尔测试获得的二维电子气浓度也和理论计算吻合的比较好，证明我们提出的计算公式可以用于计算AlN/GaN超晶格作为HEMT势垒层时二维电子气的浓度。并且发现当AlN/GaN超晶格作为HEMT势垒层时，二维电子气的浓度与超晶格周期数几乎是无关的，即和超晶格总厚度无关，这个现象和传统的AlGaN势垒层有区别。 2.研究了Si衬底上GaN外延生长的情况。尝试通过在高温AlN和GaN外延层之间插入组分连续变化的AlGaN插层来提高GaN外延层的晶体质量。试验研究了不同AlGaN厚度对形成无裂纹GaN外延层的影响。通过光学显微镜和原子力显微镜对试验样品进行表征，通过X射线衍射仪对试验样品晶体质量进行表征，通过拉曼光谱仪对试验样品受应力情况进行表征。我们发现，当插入的组分连续变化的AlGaN插层的厚度适中时，GaN外延层无裂纹，表面粗糙度低，位错密度低，并且受到的张应力也相对较小。