结题摘要项目围绕GaN基毫米波功率器件研制中涉及的核心科学和技术问题开展工作，从GaN基毫米波器件制备和材料生长中的关键科学问题、GaN基功率器件可靠性关键科学问题、GaN基毫米波功率器件与材料的新结构三个方面进行了深入和系统研究，尤其在高阻缓冲层与薄势垒GaN异质结构材料、GaN毫米波器件和电路、高场2DEG输运特性、新结构GaN功率器件、可靠性机理等方面取得了重要进展。研究揭示了GaN外延薄膜漏电的分层规律及其物理机制，首次采用高温低压生长AlN成核层，实现了低缺陷高阻GaN与AlGaN缓冲层，电阻率达到109.cm；研制出12-18nm的薄势垒GaN异质结构材料，方块电阻低达280Ω/□，抑制了短沟道效应，为GaN毫米波器件研制提供了关键的材料支撑；提出了具有专利技术的凹槽栅和T型栅复合的毫米波GaN功率器件结构，突破了纳米级T型栅、低损伤刻蚀、高密度通孔等关键技术，建立了完整的GaN毫米波器件和电路工艺流程，获得了fT达到135GHz、fmax达到215GHz器件，Ka波段输出功率密度6.65W/mm，MMIC输出功率3.05W/mm)。发展了新型的U型栅槽结构的毫米波器件。揭示了高工作电压下GaNHEMT器件AlGaN势垒层晶格部分驰豫和栅漏电增加引起压电极化强度降低是引起器件永久性退化的主要机制；采用低Al组分AlGaN势垒层和器件热模型设计，有效抑制了器件的逆压电效应，提高了器件可靠性，其MTTF=2.1x105小时。研制出新型AlN/GaN超晶格势垒层、有效提高器件的性能，无应变InAlN势垒层和InGaN背势垒层等毫米波器件结构材料，提高了沟道二维电子气的输运和限域性能，并对GaN基材料的高场和量子输运性能进行研究，观察到GaN基材料高场下的电流控制型负微分电阻效应；采用直接热氧化铝膜生成Al2O3栅介质层的工艺技术，研制出新型氧化物绝缘栅MOSHEMT，泄漏电流下降了5个数量级。该项目发表学术论文193篇，其中SCI论文155篇，包括APL18篇，EDL4篇。申请发明专利54项。培养了博士15人,硕士17人。项目在GaN毫米波外延材料生长、Ka波段功率器件技术、可靠性机理和新原理、新结构等方面全面突破。