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氮化镓(GaN)是目前研究最热门的化合物半导体材料之一。GaN具有禁带宽度大、临界击穿场强高、电子饱和漂移速度快等优良特性，是制备高频大功率晶体管的首选材料。使用GaN材料制备的高电子迁移率晶体管器件(HEMT)具有工作频率高、输出功率大、耐高压和耐高温等特点，在通信和电力电子领域都有广泛的应用前景。但是，由于材料生长和器件制备工艺仍不成熟，目前GaN高电子迁移率晶体管的材料优势和器件潜力并没有完全发挥出来。因此，研究和开发出一套高效率，低成本，高重复性和高可靠性的GaN HEMT制备工艺具有重大意义。 本论文首先通过分析AlGaN/GaN结构的极化现象，阐明了AlGaN/GaN结构的二维电子气形成机制;从GaN HEMT器件结构出发，重点介绍了GaN HEMT器件在开关和放大两种工作模式下的工作原理和相应的性能表征参数;讨论得出了影响AlGaN/GaN HEMT器件性能的主要因素是栅极对沟道二维电子气浓度的控制能力、二维电子气沟道的导通能力、源漏寄生电阻、栅电容和其他寄生电容等。在理论分析的基础上，对GaN HEMT性能产生重要影响的栅极工艺、欧姆接触工艺和钝化工艺进行了系统的研究和优化，主要成果和贡献列述如下: 1.采用电子束曝光和飞秒激光直写，对GaN HEMT的T形栅工艺进行了优化。利用电子束曝光对传统工艺方法进行了改进，制得栅长50nm、宽窄比接近20的T形栅和栅长80nm的AlGaN/GaN HEMT器件。制得器件的漏极电流密度为1.41A/mm，峰值跨导为317mS/mm;电流增益截止频率为74.3GHz，最高振荡频率为112.4GHz。在此基础上，首次应用飞秒激光直写制备了T形栅AlGaN/GaN HEMT器件。首先，利用780nm飞秒激光在正胶上加工出线宽80nm的图形，远超过普通光学光刻的衍射极限;其次，在AlGaN/GaN结构上加工出栅长小于300nm的T型栅结构;最后，制备出栅长380nm的T型栅AlGaN/GaN HEMT，制得器件的最大电流密度为0.5A/mm，峰值跨导为173mS/mm。该方法提供了一种利用纳米光学光刻技术制备微电子器件的新途径。 2.通过研究和优化多步退火工艺，提高了GaN HEMT的欧姆接触性能。理论分析并揭示了Ti/Al/Ni/Au四层金属体系在非掺杂AlGaN/GaN结构上实现欧姆接触的机制。提出在高温退火中，存在Ti/Al和AlGaN/GaN以及Al和Au的合金反应，这两种反应分别对形成欧姆接触起到帮助和恶化的作用。而多步退火工艺在高温退火前引入一个过渡阶段，使得正反两种反应机制得以权衡。在此基础上，对多步退火工艺进行了优化，利用优化后的退火工艺制备使比接触电阻率从10-5Ω·cm2降低到10-7Ω·cm2，最低达的3.22×10-7Ω·cm2。将优化后的退火工艺应用到GaN HEMT器件的制备中，使器件的导通电阻Rdson从9Ω·mm降低到1.7Ω·mm。 3.对钝化和刻蚀工艺进行了研究，抑制了工艺中等离子体效应对器件性能的影响，提高了器件的性能。一方面，研究发现PECVD SiN钝化工艺会使器件直流性能恶化，漏电增加。通过降低PECVD的淀积功率，使器件直流性能恶化现象消失，漏电流增加从3-4个数量级下降到1-2个数量级。除此之外，提出使用无等离子体效应的LPCVD工艺对器件进行钝化，与PECVD相比，使用LPCVD钝化的器件漏电流下降了40％。另一方面，对干法刻蚀工艺进行了研究，研究发现干法刻蚀中等离子体作用会使器件输出电流和跨导下降;通过对干法刻蚀工艺的优化使等离子体对器件的影响降低，器件的最大源漏电流密度和峰值跨导分别提高了6％和19％。