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GaN半导体材料具有禁带宽度大、电子饱和速度高、热导率高、临界击穿电压高等优异的材料性能。AlGaN/GaN异质结构由于存在很强的自发极化和压电极化效应，即使AlGaN势垒层不掺杂，二维电子气浓度也可达到1013cm-2。并且，由于GaN沟道层中杂质较少，二维电子气受电离杂质散射作用较小，所以二维电子气迁移率可高达2000cm2/Vs。以上特性决定了AlGaN/GaN HEMT在高频、高压、大功率器件方面具有非常广泛的应用前景。论文研究了采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法在Si衬底上外延生长GaN材料，并借鉴蓝宝石衬底上AlGaN/AlN/GaN异质结构材料的外延生长经验，研究了Si衬底上AlGaN/AlN/GaNHEMT结构材料的生长。主要内容如下：1.研究了AlN缓冲层厚度对Si衬底上GaN外延层的影响。研究发现，AlN缓冲层厚度为15nm时，GaN表面无裂纹，GaN外延层所受张应力为0.3GPa，（0002）和（10-12）面的HRXRD摇摆曲线峰值半高宽分别为536和594arcsec，表面粗糙度仅为0.2nm，该成果达到了国内较好水平。2.研究了AlGaN应力释放层技术外延生长GaN材料。在AlN缓冲层和GaN外延层之间插入Al组分为23%的AlGaN应力释放层，外延得到了中心区域无裂纹的2μm厚的GaN外延层。3.研究了AlN隔离层对AlGaN/AlN/GaN HEMT材料性能的影响。研究发现，AlN隔离层的引入能增加AlGaN势垒层与GaN沟道层之间的导带不连续性并且减小了AlGaN势垒层对二维电子气的合金无序散射过程，进而有效提高二维电子气浓度和迁移率。AlN厚度为1.5nm的HEMT结构材料，二维电子气浓度为1.2×1013cm-2，迁移率为1680cm2/Vs，方块电阻为310/□。4.对不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT材料电学性质进行了对比研究。研究结果发现Al组分在25%时，制备的HEMT结构材料的方块电阻最小，同时具有较高的二维电子气浓度和迁移率。5.研究了Si衬底上AlGaN/AlN/GaN HEMT材料的外延生长，得到的HEMT材料的二维电子气浓度为7.98×1012cm-2，迁移率为943cm2/Vs，方块电阻为829/□。