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高迁移率InGaAs沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)因其高驱动电流和低静态功耗等特性，在数字电路和射频电路应用方面具有巨大优势。本论文在对Ⅲ-Ⅴ族半导体表面化学和表面物理进行深入研究的基础上，采用表面清洗和化学钝化的方法，在Ⅲ-Ⅴ族半导体表面采用原子层沉积(ALD)技术生长高K介质，成功实现了无费米能级钉扎的MOS界面;在对InGaAs沟道MOSFET器件物理研究的基础上，提出了以含磷化合物半导体势垒层作为界面钝化层的材料结构;并在关键工艺技术突破的基础上，成功研制出InP基和GaAs基两种衬底结构上的高迁移率InGaAs MOSFET器件，为高迁移率MOSFET器件在数字和射频电路上的应用奠定了基础。
本论文的主要研究成果如下所示:
1、成功解决了Ⅲ-Ⅴ族半导体表面费米能级钉扎的问题。Ⅲ-Ⅴ族表面难以形成稳定的自然氧化层，制作MOS器件时，存在表面费米能级钉扎的科学难题，本文采用有机溶剂和紫外臭氧相结合的方法去除Ⅲ-Ⅴ族表面残余的有机物;采用酸性和碱性无机溶液去除表面自然氧化层后，利用化学钝化方法在Ⅲ-Ⅴ族表面形成钝化层，对Ⅲ-Ⅴ族半导体表面进行表面悬挂键的修饰;采用原子层沉积方法沉积高K介质，利用原子层沉积方法的自清洗效应实现介质生长过程中的界面残余氧化物去除;并采用热处理的方法对介质陷阱和界面悬挂键进行修复，最后实现了无费米能级钉扎的Ⅲ-Ⅴ族半导体MOS界面。
2、建立了一套适用于Ⅲ-Ⅴ族半导体MOSFET器件的模拟计算方法。在考虑Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的化学和物理属性、纳米尺度的MOSFET器件的短沟道效应的基础上，应用模拟计算软件充分仿真MOSFET器件的各种热效应、异质结界面处的载流子产生与复合效应、MOS界面态对载流子的产生和复合的影响，量子阱沟道和MOS介质处的量子效应等物理机理，并采用对实际的MOS界面进行拟合的方法建立了Ⅲ-Ⅴ族半导体MOS界面态分布模型，搭建了适用于Ⅲ-Ⅴ族半导体MOSFET器件的模拟计算平台。
3、提出了采用含磷化合物作为界面层的Ⅲ-Ⅴ族MOSFET的材料结构，并实现了高有效沟道迁移率。本论文在Ⅲ-Ⅴ族半导体表面化学和表面物理研究的基础上，提出了采用含磷化合物作为界面层的材料结构，使得MOSFET器件的有效沟道迁移率获得大幅提升。以In0.7Ga0.3As为沟道、InP为界面层的MOSFET器件的有效沟道迁移率大于1800cm2/Vs，是硅器件的3倍;以In0.4Ga0.6As为沟道、InGaP为界面层的MOSFET器件的有效沟道迁移率大于1200 cm2/Vs，是硅器件的2倍;采用含P化合物为界面层的MOSFET器件迁移率要高于无界面层MOSFET器件的迁移率。为实现高性能的射频MOSFET提供了材料结构保障。
4、开发了一套适用于InGaAs沟道无离子注入MOSFET器件的工艺流程。该流程考虑了Ⅲ-Ⅴ半导体在源漏合金、栅介质热退火过程中的温度余量，以及栅槽界面清洗和钝化的酸碱腐蚀因素，实现了MOSFET栅工程与源漏工程的良好折衷。在关键单项工艺上，并论文也取得了重要突破:InP衬底的钼基源漏工艺欧姆接触电阻率为8.5×10-9Ω·cm2;成功实现100纳米栅长的电子束光刻和SiO2干法刻蚀的图像转移（陡直度大于85(.)）。
5、在本论文提出的以含磷化合物为界面层的InGaAs沟道的材料结构上，成功制备的高性能栅长为1微米InGaAsMOSFET器件，电流增益截止频率(fT)为24.6 GHz，功率增益最大频率(fmax)为54 GHz，最大饱和电流为120 mA/mm，峰值跨导为60 mS/mm;成功制备了高性能栅长100纳米InGaAsMOSFET器件，电流增益截止频率(fT)为52 GHz，功率增益最大频率大于100 GHz。