近二十年来，因其在光学、电学器件应用方面的巨大潜力，GaN与其合金材料一直是研究的热点。尤其是AlGaN/GaN异质结，由于较强的自发极化和压电极化，即使非故意掺杂，也能够在异质结界面形成高密度、高迁移率、高饱和速率的二维电子气(2DEG)，非常适合制作大功率高温、高频电子器件。本文系统研究了GaN和AlGaN/GaN异质结的射频辅助分子束外延生长技术，在蓝宝石衬底上成功制备了高质量的单晶外延薄膜，在此基础上设计并制作了具有低正向导通电压、低电流集边效应、高正向电流密度和高反向击穿电压的AlGaN/GaN异质结整流器件。本文工作主要包括以下内容：　　 1)改进A1N缓冲层的生长工艺，稳定控制外延层的Ga极性与表面形貌。在富Al条件下采用Al束流中断技术生长AlN缓冲层，能够稳定控制AlN缓冲层Al极性，同时可以确保样品表面平整且无Al滴聚集；然后，在富Ga条件下生长GaN及AlGaN/GaN外延层，其Ga极性和平整表面也得以保证。　　 2)降低外延层中的双轴应力与位错密度。在AlN缓冲层上，通过引入GaN低维体系(纳米线与量子点)作为模板，在富Ga条件下生长GaN外延层。与直接生长在AlN缓冲层上的样品对比，通过X射线双晶摇摆曲线、低温光致发光与室温Raman光谱测量等实验手段，可以确定前者是应力弛豫的，位错密度降低了两个数量级。　　 3)高性能AlGaN/GaN异质结2DEG的制备。在获得低位错密度的GaN外延层的基础上，我们制备了具有高电子迁移率和高电子面密度的2DEG。Hall测量表明，以GaN纳米线阵列为模板的AlGaN/GaN异质结2DEG的室温电子迁移率与面密度分别为1935cm2/Vs和1.4×1013cm-2，远高于与本组之前的最优结果。　　 4)AlGaN/GaN异质结肖特基势垒二极管的设计、制作与性能表征。在制备高质量AlGaN/GaN异质结材料的基础上，本文系统地优化了肖特基二极管的电极结构设计，并测量其电学性能。结果表明，我们制作的AlGaN/GaN异质结肖特基势垒二极管具有更低的串联电阻、更低的导通电压、更高的反向击穿电压和更高的正向电流密度，具有广阔的应用前景。