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无线通信网络是21世纪信息技术最重要的基础之一,下一代可移动宽带无线通讯需要高频、大功率的固态电子器件。GaN作为迅速发展起来的第三代宽禁带半导体材料的代表之一,具有宽带隙、高击穿场强、高电子饱和漂移速度、高热导率等优越性能,且具有稳定的化学性质,因此成为发展高温、高频、大功率微波电子器件的优选材料。AlGaN/GaN异质结构材料体系是发展GaN基高温、高频、大功率微波电子器件最基本也是最重要的结构材料,深受国际上的关注。AlGaN/GaN异质结构材料体系具有很大的带阶差,很强的极化效应,即使不用任何掺杂,仅通过极化应力就可以在AlGaN/GaN异质界面的量子阱中产生高达～1013/cm2的二维电子气（2DEG）密度。以此为基础制备的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管（AlGaN/GaN HFET）是GaN基电子器件最重要的代表,其具有高跨导、高饱和电流、高截止频率、高击穿电压等优良特性。经过近十多年的研究发展,AlGaN/GaN HFET的器件性能已经取得了长足进步,但由于在AlGaN/GaN HFET器件中仍然存在很多问题（诸如:器件工艺对AlGaN/GaN异质结构材料和器件基本特性的影响,AlGaN/GaN HFET器件在高温环境下工作的可靠性问题等等）尚未解决,大大制约了AlGaN/GaN HFET器件的商业化进程。因此,对AlGaN/GaN HFET的基本特性进行研究,对于AlGaN/GaNHFET的发展具有非常重要的意义。本论文正是以目前AlGaN/GaN HFET器件研究中的热点问题为背景和出发点进行的,主要研究了肖特基接触金属对AlGaN/GaN异质结构中AlGaN势垒层应变的影响,器件工艺（如:欧姆接触电极和肖特基接触电极的制备）对AlGaN/GaN HFET中2DEG电子迁移率的影响以及AlGaN/GaN异质结构上肖特基接触的热稳定性等问题,具体包括以下内容:1.AlGaN/GaN异质结构中AlGaN势垒层相对介电常数的计算。利用实验测试得到的室温下AlGaN/GaN异质结构上Ni肖特基接触的电容-电压（C-V）特性曲线和光电流谱,考虑到与AlGaN势垒层电容相串联的2DEG沟道电容,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,提出了一种新的计算AlGaN势垒层相对介电常数的方法,发现AlGaN势垒层的相对介电常数随Ni肖特基栅反向偏压的增大而变小,深入分析了Ni肖特基栅反向偏压对AlGaN势垒层相对介电常数造成这种影响的原因。2.肖特基接触金属对AlGaN势垒层应变的影响。（a）不同肖特基接触金属对AlGaN势垒层应变的影响。在AlGaN/GaN异质结构上淀积了相同面积的Ir和Ni两种肖特基金属,利用它们的C-V特性曲线和电流-电压（I-V）特性曲线,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,计算了两种肖特基金属下面AlGaN势垒层中的极化电荷密度,发现只有两者的势垒高度相差很大时其极化电荷密度才可能相等,但由I-V特性曲线可知它们的势垒高度几乎一致,由此得出结论:不同的肖特基接触金属对AlGaN势垒层应变的影响不同。（b）不同Ni肖特基接触金属面积对AlGaN势垒层应变的影响。在AlGaN/GaN异质结构上淀积了不同面积的环形Ni肖特基金属,同样利用C-V、I-V特性曲线以及薛定谔方程和泊松方程的自洽求解,计算了肖特基金属下面AlGaN势垒层中的极化电荷密度,发现随着Ni肖特基金属面积的增大,栅极下面AlGaN势垒层的极化电荷密度减小,应变减弱。（c）不同Ni肖特基接触金属厚度对AlGaN势垒层应变的影响。在AlGaN/GaN异质结构上淀积了不同厚度的Ni肖特基金属,计算了不同Ni肖特基金属厚度下AlGaN/GaN异质结构中的2DEG密度,发现Ni/Au肖特基金属厚度为600A/2000A时的2DEG密度大约是Ni/Au肖特基金属厚度为50A/50A时的近两倍,其原因归为厚的Ni/Au肖特基接触下面AlGaN势垒层的应变远大于薄的Ni/Au肖特基接触金属,并且在淀积厚的Ni肖特基金属过程中引入了更多的施主型表面缺陷态。3.圆形AlGaN/GaN HFET中的2DEG电子迁移率（a） Ni肖特基金属面积对AlGaN/GaN HFET中2DEG电子迁移率的影响。利用欧姆定律,详细推导了圆形AlGaN/GaN HFET线性工作区的电流-电压关系。结合实验测试得到的圆形AlGaN/GaN HFET的C-V特性曲线和I-V输出特性曲线,利用推导出的电流-电压关系,计算了在源漏电压为100mV时,不同肖特基栅面积的圆形AlGaN/GaN HFET的2DEG电子迁移率随外加栅偏压的变化情况。研究发现栅面积较小时,2DEG电子迁移率随外加栅偏压由负到正,2DEG密度逐渐增加,2DEG电子迁移率逐渐增大;而当栅偏压一定时,随栅面积的增大,2DEG密度逐渐减小,2DEG电子迁移率逐渐增大。此外我们还进一步计算了圆形AlGaN/GaN HFET线性工作区的2DEG电子的平均迁移率的变化情况。（b）首次提出“应变极化梯度库仑场”载流子散射机制模型。当Ni肖特基金属淀积到AlGaN势垒层表面时,会改变AlGaN势垒层的应变,这样在Ni肖特基栅金属下面的极化电荷密度与栅金属以外的区域不同,使得沿2DEG沟道方向存在极化电荷密度梯度。由于AlGaN/GaN异质结构三角形势阱中的电子能态计算是基于均匀的AlGaN势垒层应变极化,这样AlGaN势垒层中的应变极化电荷密度梯度作为附加势将产生对三角形势阱中2DEG的弹性散射,我们将这一散射机制定义为“应变极化梯度库仑场”散射。Ni肖特基金属面积越小,2DEG密度越大,沿沟道方向应变极化电荷密度梯度也越大,从而导致“应变极化梯度库仑场”对2DEG电子迁移率的散射作用越大。（c）欧姆接触金属退火对AlGaN/GaN异质结构中2DEG电子迁移率的影响。通过计算没有栅电极的AlGaN/GaN异质结构中2DEG电子迁移率,发现仅制备欧姆接触电极并退火之后,AlGaN/GaN异质结构中2DEG密度与霍尔测试结果相比变化不大,而2DEG电子迁移率比起霍尔测试结果减小了50%还要多。指出在欧姆接触金属淀积和快速热退火过程中在AlGaN势垒层中引入了大量的缺陷,同时改变了AlGaN势垒层中源、漏附近的应变,并在源、漏两端分别建立起一个“应变极化梯度库仑场”,由于缺陷散射和“应变极化梯度库仑场”散射,从而导致了2DEG电子迁移率的大大下降。4.应力AlGaN/GaN异质结构上Ni肖特基接触的热稳定性。（a）退火温度对AlGaN/GaN异质结构上的Ni肖特基接触基本特性的影响。通过对AlGaN/GaN异质结构上的Ni肖特基接触在不同温度下进行30分钟的热退火处理,利用测试得到的I-V特性曲线,发现经退火处理后Ni肖特基接触的反向饱和电流小于未退火样品。尤其是在700℃下,30分钟热退火处理后,Ni肖特基接触的反向饱和电流比起未退火时减小了近3个数量级。通过测试未退火样品和700℃下,30分钟热退火处理后样品的光电流谱,结合I-V、C-V特性曲线,发现经高温热退火处理后肖特基势垒高度变大,2DEG密度降低。利用相关参数自洽求解薛定谔方程和泊松方程,发现随着退火温度的升高,费米能级EF逐渐降低,AlGaN势垒层相对介电常数减小,极化电荷密度逐渐减小,AlGaN/GaN异质界面处三角形势阱逐渐变浅,变宽,对2DEG的束缚作用变小,从而导致2DEG分布逐渐向GaN一侧展宽。并指出Ni金属原子与AlGaN势垒层原子相互作用,造成AlGaN势垒层应变能减小、极化电场变弱是造成这种结果的原因。（b）退火时间对AlGaN/GaN异质结构上的Ni肖特基接触基本特性的影响。通过对AlGaN/GaN异质结构上的Ni肖特基接触在600℃下进行不同时间的热退火处理,发现Ni肖特基接触的反向饱和电流要比未退火时变小。而当退火时间较短时（～13小时）,Ni肖特基接触的反向饱和电流随着退火时间的增加逐渐减小,这主要是因为最初Ni金属原子与AlGaN势垒层表面态电荷相互作用,导致2DEG密度降低引起的。而当退火时间超过～13小时后,Ni肖特基接触的反向饱和电流随着退火时间的增加逐渐变大（但仍小于未退火时）,这主要归因为Ni金属原子扩散到AlGaN势垒层内部后,导致AlGaN势垒层应变部分弛豫,有效的应变层变薄,而使得极化电场变弱,势垒高度降低。