GaN相比其他半导体材料主要的优势在于较大的禁带宽度以及更高的电子迁移率和饱和速率,使得其在电力电子领域具有广阔的应用前景。近年的研究发现,新型光电化学（PEC）湿法刻蚀工艺可以高效无损地刻蚀GaN材料,具有替代传统干法刻蚀工艺的潜力。然而,目前对GaN PEC刻蚀的研究还不够充分,成体系的刻蚀理论尚未建立。此外,常规GaN HEMT器件在耐压时存在的电场集中现象,会导致器件提前击穿,最终器件的实际性能与理论极限差距较大。为了解决上述的关键问题,本文围绕GaN材料的光电化学刻蚀机理和GaN HEMT器件新结构探索两方面开展了深入的研究,取得的主要研究结果如下。首先,在研究了现有的各种PEC刻蚀方案之后,本文自行设计并搭建了GaN PEC湿法刻蚀工艺平台开展研究,并以此为基础开发了带电极PEC刻蚀以及无电极ELPEC刻蚀的刻蚀工艺流程,对刻蚀的机理展开了深入研究。通过使用不同的实验方法和改变实验参数,研究了PEC刻蚀的原理,掌握了其一般刻蚀规律。研究发现,PEC刻蚀速率会受到GaN氧化以及Ga2O3溶解这两步反应的制约。此外,本文还提出了斩波紫外线ELPEC刻蚀的相对完善的刻蚀机理。其次,通过调节工艺参数,实现了较大的刻蚀速率。在带电极PEC刻蚀的研究中,使用0.025mol/L的Na OH溶液和1V的偏置电压刻蚀2h后,刻蚀深度达到了3μm,刻蚀速率达到了25nm/min。而在无电极ELPEC刻蚀的实验中,通过使用1KHz的斩波紫外线,提高刻蚀速率的同时降低了刻蚀表面粗糙度。刻蚀速率从使用连续紫外线刻蚀的7.4 nm/min提升至16.8 nm/min,归一化Ra/De（表面粗糙度/刻蚀深度）从0.175下降到0.051,刻蚀1h后深度达到了1010nm,表面粗糙度Ra为52nm。最后,在常规P-GaN背势垒GaN HEMT的基础上,提出了具有衬底上复合半导体层的GaN HEMT新结构。通过在衬底上插入复合半导体层可以有效地调制器件内部电场分布,降低栅极和漏极附近的峰值电场,在保持低导通电阻的同时实现了器件击穿电压的明显提升。研究表明,在栅漏距为6μm时,该结构的击穿电压为1319 V,相比常规HEMT的485 V提升了172%,而比导通电阻仅为0.39 mΩ·cm~2。在栅漏距为20μm时器件击穿电压为3480 V,功率优值达5.24 GW/cm~2。