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近年来,第三代半导体材料Ga N凭借其禁带宽度大、击穿场强大等优异的材料特性在电力电子等领域中应用广泛。其中,Al Ga N/Ga N异质结材料所特有的高饱和电子浓度、高电子迁移率、低导通沟道电阻及高击穿场强等优势,使得Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管（High electron mobility transistor,HEMT）在功率电子应用中受到广泛关注。然而,天然的Al Ga N/Ga N结构的HEMT器件为常开型器件,在不施加栅极电压的情况下,器件就处于导通状态。这种常开型器件将其应用于功率器件领域,则会增加电路设计的成本和复杂性,增加器件开关转换的功耗。因此常关型Ga N基HEMT器件的研究在实际应用中极其重要。在目前众多主流的制备常关型HEMT器件的方法中,通过将p-Ga N材料作为栅极帽层来提高阈值电压展现出了较好的可靠性,且目前商业化应用上也主要是采用该方法来制备常关型HEMT器件。然而针对该方法所需要的高刻蚀精度、低材料损伤及p型掺杂浓度较低等问题一直得不到很好的解决。针对以上问题,本文提出了一种新颖的p型栅常关型HEMT器件的制备方法,该方法基于Mg原子扩散理论,通过金属Mg在高温下向Al Ga N势垒层的渗透和扩散形成Al Ga N势垒层的局域p型掺杂,从而方便且高效地实现基于p型栅极帽层的常关型HEMT器件。详细探讨了材料表面与界面状态以及温度条件对Mg原子扩散机理和器件性能的影响,并进行了相关的工艺优化,取得的研究成果如下:（1）基于扩散方程建立了扩散系数与缺陷之间的联系,研究并分析了Al Ga N材料与Mg材料的表面与界面状态对Mg扩散机理以及器件性能的影响。通过有无ICP刻蚀来分析Al Ga N材料与Mg材料的表面与界面状态对Mg扩散的影响,揭示了扩散的机理和实现常关型特性的原理。研究发现,ICP刻蚀会增加Al Ga N材料与Mg材料的表面与界面的粗糙状态并引入大量的表界面态缺陷,有利于Mg扩散效率和扩散浓度的提高,从而实现Al Ga N势垒层的重p型掺杂和Ga N HEMT器件的阈值电压提升。在此基础上,研究了不同刻蚀时间后的材料表界面状态,得出了与器件性能的联系。同时设计了Mg O钝化层结构,有效抑制了栅极漏电,并据此综合归纳出最优的工艺路线及器件最优的性能表现。在ICP栅极刻蚀5 s后进行600°C持续1 min的Mg扩散实现了最高接近1021 cm-3的p型掺杂浓度,1.4 V的常关型阈值电压,2?10-7 m A/mm的优异漏电性能。（2）研究并分析了退火温度对Mg扩散机理以及器件性能的影响。本章我们详细探讨了退火温度这一重要因素对镁原子在Al Ga N晶格中的扩散行为的影响及导致的器件性能变化。揭示了退火温度对Mg扩散的内在影响机理,得出Mg原子在Al Ga N晶格中的内在置换行为,即通过置换Al Ga N材料内的Ga原子和Al原子从而形成单受主释放空穴,实现材料的p型掺杂。退火温度的提高导致Mg置换Al Ga N晶格的Ga或Al原子的反应效率提高,材料内更多的Ga或Al原子被Mg原子置换出原晶格位置并向材料表面聚集,导致材料表面及界面粗糙度增加,并据此建立了退火温度与材料内空穴浓度之间的相关性。通过控制退火温度来实现空穴浓度的变化进而实现阈值电压的调控。在400°C低温Mg扩散后实现了器件的阈值电压为0.1 V的常关型特性,为低温高性能常关型HEMT器件的制备提供了一种新的思路。综上所述,本文一方面通过刻蚀来分析Al Ga N材料与Mg材料的表面与界面状态对Mg扩散机理以及器件性能的影响,另一方面通过研究退火温度对Mg扩散机理行为以及器件性能的影响,得出了最优的工艺路线和积极的器件性能结果。本文的研究将对常关型Ga N基HEMT器件的深入研究与发展提供重大指导意义。