氮化镓(GaN)材料禁带宽度大、临界击穿场强高、电子饱和漂移速度快、与AlGaN材料的异质结不掺杂即可形成高浓度的二维电子气、沟道电子迁移率高，这些性质使它成为了制备高频、大功率微波晶体管的首选材料。但是，由于材料生长和器件制备工艺都不成熟，目前AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的性能并没有完全发挥其材料所具有的优势。因此，影响器件性能的各种因素亟待研究，为提升性能而进行的器件结构改进、制备工艺优化的研究工作具有重大意义。　　 本论文从GaN材料的基本性质和HEMT器件的工作原理出发，深入分析了各种影响器件直流和高频性能的因素；尝试提出了一些优化器件性能的改进措施，并就其中一些关键问题作了理论和实验相结合的研究。最终使用这些改进措施并整合工艺过程制备完成了一些AlGaN/GaN HEMT器件，经测试具有较高的直流和高频性能。　　 首先通过分析Ⅲ族氮化物极化效应形成AlGaN/GaN异质结沟道二维电子气的机制，建立了HEMT器件栅控沟道电荷模型、直流工作模型和小信号等效电路模型，讨论得出了影响AlGaN/GaN HEMT器件直流性能的主要因素是二维电子气沟道的导通能力、栅极对沟道二维电子气浓度的控制能力和源漏两极寄生电阻的大小；影响器件高频性能的主要因素是器件的栅长、栅电容、其他寄生电容和栅极、源极、漏极的寄生电阻；此外电流崩塌现象也会影响器件整体性能。　　 制备T形栅极可以有效地提高器件的性能。为了制备具有较小栅长同时保持较低栅极电阻的T形栅极，研究了电子束曝光技术的原理、操作方法和影响因素，对传统制备T形栅极的多层胶方法和图形转移法作出改进，提出了一次曝光形成高宽窄比的T形栅极方法和利用钝化层的图形转移方法。最终制得栅长80nm、宽窄比大于10的T形栅极，测试证明：由于使用T形栅极，器件的性能，尤其是高频性能，有了很大的提升。　　 AlGaN/GaN HEMT器件所特有的电流崩塌现象给器件性能的提升带来了很大的困难。为了避免电流崩塌现象对器件性能造成恶化，研究了电流崩塌现象发生的原因和机制，分析并比较了常用的抑制电流崩塌现象的措施，选取了使用面最广、抑制电流崩塌现象效果相对较好的SiN钝化层方法，并与T形栅极的制备工艺结合起来，用在AlGaN/GaN HEMT器件上。测试证明，SiN钝化层能够有效地抑制电流崩塌现象，并提升器件直流性能。但是，SiN钝化层引入寄生电容会影响器件的高频性能。　　 分析表明器件的寄生电阻会严重影响到器件的高频性能。为了降低影响器件性能的寄生电阻，研究了金半欧姆接触的形成方式和机制，分析并比较了在AlGaN/GaN结构的材料上形成金半欧姆接触的材料体系和工艺方式，针对形成欧姆接触中的关键工艺--RTA工艺进行了参数优化，并利用多步退火的方式制备了比接触电阻率低达5.24×10-7Ω·cm2的欧姆接触，显著降低了源极和漏极寄生电阻。　　 最后综合上述优化措施，制备出了一些高性能AlGaN/GaN HEMT器件，经测试，器件直流特性中最大漏极电流密度为1.41A/mm，最大峰值跨导为317mS/mm；高频特性中80nm栅长的器件其最高的电流增益截止频率为74.3GHz，对应的最高振荡频率为112.4GHz。