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GaN基材料（主要包括GaN，以及与InN，AlN的合金）的优势特性（例如直接可调的宽禁带，饱和电子漂移速度大，容易形成异质结，击穿场强高等）使得GaN基材料成为高频大功率器件领域的首选的材料。目前，GaN基的高电子迁移率晶体管（HEMT）已经在微波功率器件领域取得了巨大的成功，这种成功也引起了研究者对其他的GaN基电子器件的兴趣，比如异质结双极晶体管(HBT)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。但是这些器件的发展研究都受阻于低效率的GaN的pn结，具体的说就是p型GaN空穴浓度低，电子迁移率小。本论文主要内容在于通过调制纯n型GaN基材料的结构来实现PN结的整流性能，我们认为这样纯n型的整流性能完全克服p型GaN高阻的问题，有利于实现全新的GaN基的电子器件。主要的研究内容如下: 验证了GaN/AlGaN/GaN双异质结的电学整流特性，并且优化了GaN/AlGaN/GaN双异质结中AlGaN势垒层的厚度和组分，得到了最明显的弱整流特性。通过分析此双异质结在不同偏压下的能带结构，我们发现AlGaN势垒层中的极化导致了AlGaN能带的倾斜，并且改变了双异质结结构中电压的分配，这导致了电学特性上的弱整流。此外，还研究了梯度渐变的AlGaN层对GaN/AlGaN/GaN异质结系统的电学特性的影响，成功获得了反向的二极管整流特性。 系统的研究了InGaN量子阱层插入层对GaN/AlGaN/GaN双异质结的电学特性的影响，第一次在纯n型GaN基结构中获得了pn结整流特性。研究表明，当InGaN量子阱层插入到AlGaN势垒层之上时，AlGaN势垒层的能级被明显抬高，这明显抑制了正向与反向电流，因而无论是正向开启电压还是反向开启电压均升高了;当InGaN量子阱层插入到AlGaN势垒层之下时，令人意想不到的是，异质结系统的正向开启电压能明显减少。从异质结系统的能带结构中可以看出，尽管AlGaN势垒层的能级并没有被抬高，但InGaN量子阱层的插入同时引入了薄的InGaN/GaN界面势垒，并且导致了GaN spacer能级的提高，这加强了AlGaN/GaN界面沟道中电子的限制作用，因而沟道中电子浓度提高了，这有利于正向开启电压的减少。通过调整InGaN量子阱层与AlGaN势垒层中间的GaNspacer的厚度，发现正向开启电压随着GaN spacer的厚度的增加而逐渐增加，反向开启电压随着spacer的厚度的增加而明显增加。InGaN量子阱层插入层对GaN/AlGaN/GaN双异质结的电学特性的影响的机制通过异质结系统在不同偏压下的能带图和热电子发射的理论进行了详细的解释，并且实验I-V曲线与理论拟合结果很好。 总而言之，我们在纯n型GaN基结构中成功实现了正向二极管整流特性与反向的二极管整流特性，它们的成功获得为发展全新的纯n型GaN基微电子器件和功率电子器件奠定了基础。