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随着第三代半导体GaN基电子材料和器件研究向高频和大功率方向的不断发展，常规AlGaN/GaN异质结电子材料因晶格失配的产生的一些问题也凸显出来。In组分约18%的InAlN/GaN材料中，InAlN处于和GaN晶格匹配的无应变状态，可以避免晶格失配而产生的问题，引起了科研人员的广泛关注。晶格匹配的InAlN/GaN材料只靠自发极化就可以在GaN沟道中感应出高密度电子(>2×1013cm-2)，并且在InAlN/GaN界面引入厚度约1nm的AlN界面插入层使得沟道电子的迁移率大幅提高（>800cm2/Vs），形成典型的二维电子气（2DEG）电导。然而，InAlN/GaN材料的输运性质以及AlN插入层改善InAlN/GaN电子迁移率的机理却缺乏深入的分析，而且不同样品结晶质量的差异和电学特性实验数据的分散性等问题使得这一研究课题变得相当困难。本文针对这一课题，以理论实验综合分析的手段对采用脉冲式MOCVD法生长的高性能晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的结晶质量和电学特性进行了研究，主要工作和成果如下：1.实现了对InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料能带和载流子分布的考虑量子效应的一维自洽求解，显示了InAlN势垒层的In组分和厚度以及AlN插入层厚度对异质结能带和载流子分布的影响。比较了相同结构的AlGaN/AlN/GaN和InAlN/AlN/GaN的能带和载流子分布，InAlN/AlN/GaN材料不但仅靠自发极化就能产生高密度2DEG，并发现在较高温度下对2DEG具有更强的限域性。2.通过高分辨X射线衍射（HRXRD）、拉曼散射、原子力显微镜（AFM）和X射线反射（XRR）等手段分析发现AlN插入层有效提高了InAlN/GaN材料的表面平滑度和界面质量，降低了InAlN材料的缺陷密度。3.以C-V和变温Hall测试说明AlN插入层不但使InAlN/GaN材料2DEG密度有所增加，而且使2DEG的迁移率明显提高。室温下InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的霍尔电子密度为1.65×1013cm-2和1.75×1013cm-2，霍尔迁移率分别为949cm2/Vs和1437cm2/Vs，77K下霍尔迁移率则分别上升到2032cm2/Vs和5308cm2/Vs。4.以综合考虑声学形变势散射、压电散射、极性光学声子散射、位错散射、合金无序散射和界面粗糙度散射等散射机制的2DEG迁移率解析模型对上述InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的变温霍尔数据进行了定量分析，通过计算结果可观察出了晶体结晶质量和表面形貌对其电学特性的影响；AlN插入层对InAlN/GaN材料迁移率的改善作用一方面是免除2DEG的合金无序散射，另一方面显著改善异质结界面，抑制了界面粗糙度散射，这与前述实验表征结果完全一致。5.在上述迁移率解析模型的基础上，结合2DEG迁移率与2DEG密度的大量报到实验数据进一步分析了不同界面粗糙度的晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料2DEG迁移率与2DEG密度的关系，结果显示InAlN/AlN/GaN材料的界面粗糙度普遍比InAlN/GaN的小。