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AlGaN/GaN HEMT结构材料和器件的研究具有重要的军用和民用价值，在相控阵雷达、电子对抗、卫星通讯、灵巧武器、通信基站、航空航天、汽车电子等领域具有极为重要的应用前景，是当今世界各国关注的科技制高点。本文以AlGaN/GaN HEMT材料和器件发展面临的主要问题和难点为出发点，围绕Si基GaN材料及AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、材料性能表征、器件结构设计和优化、器件模型及参数提取、器件性能表征等方面展开了深入的分析和研究。所取得的主要研究结果如下:
1、首次采用不同厚度和不同生长温度的低温AlN插入层结构，并优化了低温AlN插入层结构每层的厚度、层数及生长温度。实验研究发现，采用优化后的低温AlN插入层结构，可以有效缓解Si基GaN外延层中的张应力，从而减小外延层表面裂纹密度，并改善Si基GaN外延材料的晶体质量和表面粗糙度。
2、采用优化的高温AlN缓冲层结合低温AlN插入层结构，在国内首次研制得到基于2英寸Si(111)衬底的近无裂纹的AlGaN/GaN HEMT结构材料，材料表面光亮平整，粗糙度为0.478nm；双晶XRD衍射GaN(0002)半高宽FWHM值为645arcsec;Hall测试表明所研制的A1GaN/GaN HEMT结构材料的二维电子气室温下迁移率达到1464cm2/V.s，70K下达到4876 cm2/V.s，二维电子气浓度为0.8×1013cm-2，且随温度变化不大，室温下迁移率和二维电子气浓度乘积的最大值为1.17×1016/V.s，该二维电子气性能接近目前国际上报道的Si基GaN HEMTs最高水平。
3、采用我们研制的外延材料，研制出国内首只C波段Si基AlGaN/GaN HEMT器件，栅长0.8um，栅宽1mm，直流条件下最大输出电流密度达到642mA/mm，跨导为170 mS/mm;截止频率为10.4GHz，最高振荡频率为10.6GHz，该结果为国内首次对Si基GaN HEMT器件频率响应特性进行的报道；在4GHz连续波条件下输出功率密度为260mW/mm，功率增益为6.7dB。
4、从理论和实验两方面研究了源场板结构对AlGaN/GaN HEMT器件功率性能的改善，采用ColdFET方法对不同结构器件的寄生参数进行提取，并优化了源场板结构的场板长度和栅漏电极间距。实验和分析表明：经优化后的源场板结构可以有效缓解AlGaN/GaN HEMT器件栅漏电极之间沟道方向的电场，提高器件的击穿电压，增大器件的最高振荡频率，使器件的输出功率随源漏电压的增大保持增长趋势；经优化得到的源场板结构相比常规结构功率增益和最大输出功率密度分别提高了19.5％和44.7％。
5、设计了新颖的微带扇形线功率测试电路和阻抗阶变滤波结构的功率测试电路，用于AlGaN/GaN HEMT功率器件封装后的微波功率测试。实验和分析表明：所设计的扇形线功率测试电路和阻抗阶变滤波功率测试电路，可以分别在5.4GHz频率下和3-8GHz的频带内很好的评测AlGaN/GaN HEMT功率器件。