本文重点研究了蓝宝石衬底上的铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)增强型高电子迁移率晶体管(HEMT)和集成电路。　　 首先，开展了不同F等离子体处理条件对器件的影响研究，采用一种新的分步光刻方法将不同条件F等离子体处理的器件成功制备在同一圆片上，得到了优化的工艺条件，并在150W的F等离子体处理功率下，实现了栅长为0.5μm的增强型HEMT器件，器件的阈值电压为0.57V，最大电流为510mA/mm，最大跨导为210mS/mm，特征频率和最大振荡频率分别为17.1GHz和28.4GHz。通过电导-频率法对器件的陷阱效应进行研究，计算出了常规耗尽型和F等离子体处理增强型器件中的陷阱浓度及时常数，从陷阱的角度解释了F等离子体处理对器件肖特基特性的改善作用。　　 系统地从电应力、热应力及辐照应力方面对增强型器件的可靠性进行了研究。研究表明了材料中存在不稳定的F离子，在电应力及热应力的作用下这些F离子将发生移动，使器件阈值电压退化。但是，可以通过长时间电应力及高温热应力使材料中F离子固化，从而使器件达到稳定。研究还表明F等离子体处理增强型器件在总剂量为1.6Mrad(Si)的60Coγ射线辐照应力下阈值电压保持稳定，而最大跨导及最大饱和电流增大，通过对器件进行电容-电压测试及电导-频率法测试，从陷阱形成的相关机理解释了器件辐照后的退化情况。　　 发现了Si3N4钝化层对AlGaN/AlN/GaN薄势垒沟道二维电子气的调制作用，提出采用薄势垒异质结材料代替常规势垒厚度异质结材料制备增强型器件，提高了器件的直流及频率特性。采用两种不同势垒层厚度的薄势垒异质结材料(分别为16nm和8nm)制备了常规T型栅器件及F等离子体处理增强型器件。对不同势垒层厚度异质结材料制备的器件特性进行了比较，发现薄势垒器件相对于常规势垒器件直流及频率特性有明显提高。势垒层厚度为8nm的常规T型栅器件阈值电压为0.2V，器件最大跨导为430mS/mm，最大饱和电流为1A/mm，特征频率为27.5GHz，最大振荡频率为58GHz。采用100W，80sF等离子体处理的8nm T型栅器件阈值电压为0.9V，器件最大跨导为360mS/mm，最大饱和电流为760mA/mm，特征频率为25GHz，最大振荡频率为52GHz。势垒层厚度为8nm的器件呈现出极高的直流和频率特性。　　 针对AlGaN/AlN/GaN薄势垒材料，首次采用金属-绝缘栅介质-半导体(MIS)结构实现高性能增强型器件。绝缘栅介质(12nm的Si3N4)的插入减小了器件的栅电流，增大了器件的工作范围，提高了器件阈值电压，使增强型器件特性得到进一步的提高。势垒层厚度为8nm的常规T型栅MIS-HEMT器件，阈值电压为0.8V，最大跨导为210mS/mm，栅压为6V时最大饱和电流为830mS/mm。采用50W，80sF等离子体处理的8nm T型栅MIS-HEMT器件阈值电压为1.8V，最大跨导为190mS/mm，栅压为7V时最大饱和电流为810mA/mm。器件特性超越了之前的增强型器件，实现了高阈值电压、大饱和电流和宽工作范围的增强型HEMT器件。　　 研究并实现了GaN基E/D-mode的数字集成电路。首次采用GaN薄势垒结构实现了E/D模式HEMT集成电路，该集成电路包含了反相器、环振、与非门以及触发器。在VDD偏置为2V的情况下，反相器输出电压摆幅达1.7V，低噪声容限和高噪声容限分别为0.46V和1.17V；19级环振集成电路的振荡频率为83MHz，每级反相器延时为317ps。为进一步研究GaN基E/D-mode集成电路的抗辐照特性，将16nm势垒AlGaN/GaN耗尽型器件、F等离子体处理增强型器件、E/D-mode反相器及环振置于总剂量为1Mrad(Si)的60Coγ射线中辐照，器件和电路在辐照后几乎没有退化，显示出AlGaN/GaN E/D-mode集成电路的高抗γ辐照特性，及在高抗辐照数字电路中的巨大潜力。