本文系统地研究了基于微波功率放大器应用的GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的耐压机理和相关的可靠性。重点分析了引起GaN HEMT击穿的两个主要机制：1)缓冲层漏电机制；2)栅极泄漏电流机制。高电场也会引起这两种漏电增大,导致击穿。本文结合测试和仿真,深入研究了器件结构参数、工艺条件对于GaN HEMT器件击穿特性的影响,并提出对高压高可靠性器件设计具有指导意义的方法。取得的主要研究成果有：1.制作非故意掺杂GaN沟道厚度不同的AlGaN/GaN HEMTs。gate-lag和drain-lag脉冲测试技术被用来表征与陷阱相关的电流崩塌,实验结果表明这两种器件中的电流崩塌主要来自于缓冲层陷阱效应,而不是器件表面态的影响。厚沟道器件的电流崩塌低于薄沟道器件,表明沟道厚度的增加降低了缓冲层的陷阱效应。2.运用漏极电流注入方法和关态应力测试来表征器件的关态击穿特性,结合这两种方法初步判断所研究器件击穿的来源。实验结果表明这两种器件中的关态击穿是源端注入的电流触发的。HEMT沟道厚度从50 nm增加到150 nm,虽然器件在关断状态时的电流有所增大,但是器件的击穿电压从90 V提高到120 V。运用降额思维实现了击穿电压与电流崩塌的双赢。3.为了更深入的研究不同沟道厚度GaN HEMTs的击穿机理,并解释实验现象,利用Atlas二维仿真工具建立了实际器件的仿真模型,根据实际测试结果修正仿真模型,最终使得仿真的器件电学特性与实际测试结果一致。接着进一步分析器件能带结构和电场分布,结合测试以及仿真,研究沟道厚度对于器件缓冲层漏电和关态击穿特性的影响。仿真结果表明厚沟道器件击穿电压提高是因为沟道厚度的增加弱化了栅下沟道以及缓冲层的横向电场。厚沟道器件源端泄漏电流较大是因为沟道背部DIBL效应更严重,即加相同漏压,厚沟道器件的缓冲层势垒降低更多,从而造成从源端通过缓冲层注入到漏极的电子更多。因此对于AlGaN/GaN HEMTs需要选择优化的沟道厚度以及外延层结构来降低缓冲层漏电并提高击穿电压。4.分别用低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)法生长SiN,制作两种不同表面的AlGaN/GaN HEMTs,研究栅极漏电机制。设计双栅测试结构,将栅极泄漏电流的表面横向电流和垂直电流区分测试,并分别测试两种器件表面电流和垂直电流。通过脉冲Ⅰ-Ⅴ测试初步分析两种工艺钝化的器件的表面态密度,发现LPCVD钝化的器件的表面态密度更低。LPCVD钝化降低表面态密度以及表面漏电的效果更好,但是却增大了垂直电流；LPCVD钝化的器件中的主要漏电途径是肖特基垂直漏电。而PECVD钝化的器件中的表面漏电更严重,是导致关态击穿的主要原因,并且随着栅压负向增大而增大,随着双栅间距减小而增大。高密度表面态导致的二维可变程跳跃传导机制是PECVD钝化器件表面泄漏电流的主要机制。表面漏电是导致PECVD钝化器件击穿的直接原因。虽然降低表面态密度对于减小表面泄漏电流很重要,但是必须结合其他工艺防止垂直漏电增大,从而实现更高的击穿电压和高可靠性。