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GaN基半导体在高电子迁移率晶体管HEMT器件具有无可比拟的优势,特别是表现出极高的微波功率密度、高效率、宽带宽等。GaN基HEMT器件通常采用AlGaN/GaN异质结构,该异质结构能够形成高密度和高迁移率的二维电子气,这是器件优越特性的关键。为了进一步提高GaN基异质结构的二维电子气特性,InAlN/GaN和InAlGaN/GaN异质结构近年来开始被大家关注,因其具有比AlGaN/GaN异质结构更高的二维电子气密度。然而由于In原子在生长中容易形成团簇现象,所以导致这两种含In的GaN基异质结构二维电子气迁移率受到限制,明显不及AlGaN/GaN异质结构。为了将AlGaN/GaN和InAlGaN/GaN两种异质结构的优势相结合,本文重点开展了InAlGaN/AlGaN复合势垒层的GaN基异质结构研究。本文的主要工作有:1、采用脉冲式PMOCVD生长方法代替常规MOCVD生长方法,通过对比研究发现,PMOCVD生长得到的InAlGaN/GaN异质结构具有更好的结晶质量和表面形貌。2、成功生长出高性能的InAlGaN/AlGaN/GaN复合势垒层的异质结构,通过与AlGaN/GaN和InAlGaN/GaN异质结构的对比表明,其中载流子面密度可以提升至1.85×1013cm-2,而电子迁移率和材料方阻分别可达1900cm2/Vs和205ohm/sq,说明InAlGaN/AlGaN/GaN异质结构具有更好的二维电子气特性。3、发现并研究了InAlGaN/AlGaN/GaN异质结构表面圆形位错坑的形成机制及其对材料PL谱的影响机制进行了分析。4、研究了不同AlGaN层厚度对InAlGaN/AlGaN/GaN异质结构的光学和电学特性的影响规律。研究发现,当AlGaN层厚度增加导致InAlGaN势垒层层的张应变增大的同时,InAlGaN势垒层能够自适应地调节其组分,从而降低其张应变。实验发现,AlGaN层厚度和InAlGaN层中Al组分的变化会对二维电子气密度和电子迁移率造成显著影响,分析表明迁移率的变化主要是因为受到合金无序散射的影响。