AlGaN/GaN HEMT由于具有击穿电压高、电子漂移速度快和载流子浓度大等特点,已被越来越多地应用于高频及大功率领域。其微波大功率特性自1993年以来有了很大的提高,但是仍然存在许多因素制约了其性能的提升与发展。为了满足未来国防电子通讯和民用移动通讯领域的需求,人们开展各方面的研究来提高AlGaN/GaN HEMT的性能。其中,GaN基双异质结HEMT,是一个新的研究热点。因为AlGaN/GaN异质结界面二维电子气(2DEG)的浓度及其分布,会直接影响基于异质结的HEMT的性能。对于AlGaN/GaN双异质结构,引入了背势垒,提高了2DEG的限域性,可以提高器件的特性。在此背景下,本文研究了GaN基双异质结材料及器件特性,主要研究成果如下：1、通过一维自洽求解薛定谔/泊松方程,模拟研究了AlGaN/GaN/AlGaN/GaN、 AlGaN/GaN/AlGaN和AlGaN/GaN/InGaN/GaN三种GaN基双异质结构的能带结构和载流子的分布特性。重点放在对AlGaN/GaN/AlGaN/GaN结构背势垒结构参数的仿真。仿真发现随着背势垒层组分的增大,厚度的增加,主沟道载流子限域性提高。但是主沟道载流子浓度降低,并且寄生沟道效应增强。仿真最后确定了比较合适的双异质结构参数。2、用MOCVD生长了不同结构的样品并表征。从实验的角度来实际对比研究不同背势垒结构对材料特性的影响。从XRD分析结果表明,采用较高Al组分的背势垒层会引起较大的界面失配,采用较厚的背势垒层会发生晶格应变驰豫,这两种情况下都会降低材料的特性。本文通过汞探针CV测试对AlGaN/GaN双异质结材料的载流子分布特性进行了研究,取得了主沟道载流子分布随背势垒层Al组分、厚度变化的规律。这些规律和前面理论仿真的结果基本一致。另外,从霍尔测试结果来看,双异质结样品的迁移率要小于单异质结样片,这一方面是因为双异质结构复杂,样品本身质量较差；另一方面是因为加入背势垒之后,载流子的分布更靠近顶层势垒,界面粗糙度散射和合金无序散射影响增大。另外变温霍尔测试结果表明在温度升高的过程中,双异质结样片载流子迁移率下降缓慢。3、在材料的基础上制备HEMT器件,对AlGaN/GaN双异质结HEMT器件的直流输出特性、转移特性、DIBL特性和击穿特性进行了研究。结果表明,双异质结器件拥有非常好的直流特性。由于双异质结构较强的载流子限域性,在很宽的栅压偏置范围内,器件仍保持着较高跨导；并且在不同的漏压偏置条件下,器件的阈值电压漂移也比较小；击穿电压大大提高。