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21世纪以来，随着器件生长工艺和结构设计的改进，GaN基高电子迁移率晶体管（HEMTs）的性能不断改进，以其突出的高频、高功率密度性能优势在微波通信、雷达等领域得到日益广泛的应用。但是GaN基HEMTs器件的退化、失效等可靠性问题仍是制约其发展的关键要素。对器件在电、热应力下的表现和内在变化机制进行深入研究仍是当前重要研究课题。 本论文以多指和单指AlGaN/GaN HEMTs器件为研究对象，综合采用多种实验方案对其进行了可靠性研究。观察分析器件在不同的温度、电应力下的电学参数、热学参数、局部微区特征，对器件参数变化机制进行了详细深入的探讨。本论文工作主要包括以下几个方面: 一、在深入分析器件工艺的优缺点后，选定了课题样品制备工艺流程，并并对样品的结构参数进行了设定。采用L-EDIT软件生成了版图。样品衬底选用SiC。AlGaN/GaN异质结采用金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)生长。欧姆接触采用Ti/Al/Ni/Au多层合金，栅极金属采用Ni/Au合金，均由分子束蒸发(EBE)沉积而成。最后在器件表面采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)生成Si3N4钝化层。制备的样品为后续研究工作提供了器件保障。 二、分析了电学法、光学法、物理接触法几种半导体器件测温方法。重点讨论了电学法，我们使用一次冷却法得到器件瞬态温度响应曲线，并采用结构函数法对其进行分析从而得到器件内部各层热阻构成。对功率相同而漏源电压不同的器件进行测量，发现高电压下器件结壳稳态热阻更大，结构函数曲线表明结温在高电压下更高。使用Sentaurus TCAD软件仿真得到电场强度和位置关系，电场分布的不均匀导致栅长方向出现温度梯度，给出实验结果理论解释。此外采用红外热成像测量了器件稳态热阻，作为对电学法的补充证明。我们还对器件高温特性进行了研究，对180摄氏度下加和不加电学偏置的情况做了对比，结构函数曲线表明加电学偏置器件芯片结温更低，而管芯到环境热阻两者一致，因此前者稳态热阻更小，认为可能是因为大功率高温下GaN层与衬底之间晶格重组，缺陷、空洞减少。 三、对器件在高温环境下电压、电流、功率温度循环等应力作用下的直流退化过程和机制进行了研究。首先研究了等功率下，高电压小电流（样品1）、低电压大电流（样品2）两种直流开态应力对于器件的影响，样品1器件漏源I-V特性比样品2退化严重。样品的源区大信号寄生电阻RS退化情况类似，而漏区大信号寄生电阻RD则表现为样品1比样品2退化严重。我们认为是栅极靠近漏极一侧在高电场引起的逆压电作用下出现损坏导致。样品1样品转移特性曲线和阈值电压VGS(th)均出现比样品2更严重的退化，和理论分析一致。实验表明电压相比电流是器件主要退化因素，主要集中于最初8小时内。此外观察到大电流下器件易发生无先兆突然烧毁现象，我们认为是局部电流密度过高，出现热斑导致烧毁。接着研究了功率温度循环应力对器件的影响，RS和RD均出现明显退化，该现象和直流开态应力实验下表现不同，认为是功率温度循环引起。漏源I-V特性在较高VDS下出现一定程度电流崩塌现象，表明缺陷产生情况比比直流退化更严重。阂值电压退化贯穿整个实验中，说明功率温度循环作用是长期的。除电学参数测量外，采用红外发光显微技术EMMI和扫描电镜SEM对器件进行了微区分析，器件漏电情况和局部损坏图片同电学参数理论分析相一致。 四、对器件在电压应力下的参数变化和恢复进行了研究，我们将电应力撤除后较长时间内器件参数自变化现象称为恢复特性。首先研究了栅极施加直流阶梯电压应力直至器件击穿情况，施加应力后100秒停止应力后进行测量，应力下栅极反向电流IGstress及撤除应力后栅极反向电流IGoff、漏源电流IDmax的变化表明应力下陷阱数量增多，AlGaN势垒层陷阱和表面态陷阱共同引起参数变化，部分新产生陷阱在撤除应力后仍保持填充状态。RS、 RD、栅源正向I-V特性恢复过程表明表面态在击穿后需20-25分钟恢复。接着我们研究了施加同样应力器件未击穿的情况。应力期间I-V特性、C-V特性、激光拉曼光谱测量表明，逆压电效应对于GaN层作用可忽略，低（高）偏压下栅极电子注入（逆压电效应）占主导地位，相应陷阱减少（增多）。停止应力后对RS、 RD、转移特性、VGS(th)、IDmax、栅源反向I-V、栅源C-V的变化进行了120分钟测量，表明表面态释放电子过程超过120分钟，主要在25-27分钟内释放，导致器件恢复特性。我们还对器件在253.7nm紫外光照、20℃、40℃、60℃不同条件下的恢复过程进行了测量，其时间常数大致在0.5-0.9分钟、0.9-1.9分钟、9-11分钟、17-22分钟。最后我们对反向交流栅应力下肖特基势垒高度的退化和恢复进行了研究，通过I-V方法和C-V方法测量出的不同结果表明势垒高度下降的不可恢复部分是应力产生永久缺陷导致，势垒高度可恢复部分主要是表面态在应力间隔期恢复导致。