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氮化镓（Gallium Nitride:GaN）具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高等优越性能,还能与氮化铝（Aluminum Nitride:AlN）或氮化铟（Indium Nitride:In N）等其它Ⅲ族氮化物形成直接禁带半导体合金材料,禁带宽度可从0.65到6.2 e V之间任意调节,在光电器件和电子器件等领域扮演着极其重要的角色。此外,Ⅲ族氮化物具有很强的压电极化和自发极化效应,使得AlGaN/GaN等Ⅲ族氮化物异质结在非故意掺杂时也会在界面处产生高密度、高迁移率的二维电子气（Two Dimensional electron gas:2DEG）,因而具有更加优异的电学性质,非常适合高频率、大功率电子器件的开发。为满足消费电子系统对高效率紧凑型电力电子器件的需求,基于蓝宝石衬底的高效率GaN电力电子二极管成为业界重点关注的路径之一。然而近三十年来蓝宝石基GaN外延材料主要围绕低电压的光发射二极管（Light Emitting Diode:LED）等光电器件,用于研制横向肖特基二极管（Schottky Barrier Diode:SBD）时,存在材料位错密度偏高、缓冲层耐压不足等问题,严重影响GaN横向SBD器件的性能。在此背景下,本文围绕高性能GaN横向SBD器件研制的需要,从提高AlGaN/GaN异质结材料的生长质量出发,对蓝宝石基AlGaN/GaN异质结生长的Al预淀积技术、磁控溅射AlN成核层及复合AlN成核层技术等进行了深入的研究。在此基础上,还采用先进的器件制造工艺,在磁控溅射AlN成核层及复合AlN成核层的AlGaN/GaN异质结材料上制作了横向SBD器件,并对不同的AlGaN/GaN异质结横向SBD器件进行了系统的研究,取得的主要成果如下:1.为降低AlGaN/GaN异质结材料的位错密度,本文对AlN成核层初始生长阶段的Al预淀积技术进行了深入的研究。借助对应的AlN成核层对比样品以及原子力显微镜（Atomic Force Microscopy:AFM）、高分辨率X射线衍射（High Resolution X-Rays Diffraction:HRXRD）、霍尔效应等测试分析技术,揭示了Al预淀积时间对AlGaN/GaN异质结生长质量影响的内在机制,获得了Al预淀积时间的最优生长工艺参数。在最优Al预淀积时间3s下生长的蓝宝石基AlGaN/GaN异质结在螺型、刃型及总位错密度显著下降到1.69×108、1.49×109和1.66×109 cm-2的同时,还得到了粗糙度低至0.312 nm的平滑表面以及2DEG迁移率、2DEG面密度及方块电阻分别达到1808.9 cm2/V·s、1.25×1013 cm-2和279.9Ω/□的良好电学性能,晶圆方阻均匀性偏差也降低到0.65%。2.针对磁控溅射AlN成核层能显著提高蓝宝石基GaN材料生长质量的特性,本文结合传统的原位AlN成核层技术,创新性的提出了磁控溅射AlN/原位AlN复合成核层技术,并对不同复合成核层结构下的AlGaN/GaN异质结生长进行了系统研究。基于磁控溅射AlN/原位AlN复合成核层结构生长的AlGaN/GaN异质结在刃型和总位错密度大幅下降到6.02×108及6.33×108 cm-2的同时,还具有粗糙度低至0.109 nm的光滑平整表面,2DEG迁移率、2DEG面密度及方块电阻分别达到2038.56 cm2/V·s、8.17×1012 cm-2和374.9Ω/□。针对不同AlGaN/GaN异质结中位错密度变化特征,结合AFM、HRXRD、光致发光（Photoluminescence:PL）、阴极荧光（Cathodoluminescence:CL）、透射电子显微镜（Transmission electron microscope:TEM）、拉曼以及霍尔效应等测试分析结果,提出了不同AlN成核层结构的AlGaN/GaN异质结生长中的位错湮灭机制。3.针对应用于电子器件领域的蓝宝石基AlGaN/GaN异质结生长的磁控溅射AlN成核层技术研究较为缺乏的现状,本文基于低损伤凹槽刻蚀、低功函数W金属肖特基接触等先进电子器件制造工艺,在磁控溅射AlN成核层的AlGaN/GaN异质结材料上研制了高性能凹槽阳极SBD器件。制备的SBD器件具有低至0.275 V开启电压、高达333.8m A/mm@+3 V正向电流以及6.1Ω·mm微分导通电阻等出色的正向特性,还具有低至10μA/mm@-100 V反向漏电与高达1950 V反向耐压等良好的反向特性,而温度上升100 K时,正向电流仅下降25%,反向漏电只增加5.4倍。4.研究了复合AlN成核层结构对凹槽阳极AlGaN/GaN异质结横向SBD器件的影响。磁控溅射AlN/原位低温加高温AlN的复合成核层的AlGaN/GaN异质结制作的SBD器件在保证低开启电压的基础上,将+3 V偏置下的正向导通电流提升了12%,反向耐压从1950V提高到了2250 V。SBD器件性能的提升同样验证了磁控溅射AlN/原位低温加高温AlN的复合成核层有助于进一步提高AlGaN/GaN异质结材料的生长质量。综上所述,本文针对基于Al预淀积与复合AlN成核层技术的高质量AlGaN/GaN异质结材料生长、高性能凹槽阳极横向SBD器件制造以及复合AlN成核层结构对AlGaN/GaN异质结SBD器件的影响等进行了全面系统的研究,大幅度提升了蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN异质结材料及其SBD器件的研究水平。本文取得的多项成果对后续电子器件的研究具有重要的指导意义和参考价值。