GaN基气体传感器是第三代宽带隙半导体材料与传感器研究相互交叉形成的一个崭新的研究领域。GaN材料具有禁带宽度大、击穿电场强、声波速度快、电子饱和速度大以及良好的化学稳定性等优点，可应用在高温、强辐射等恶劣环境下；基于GaN材料的传感器在600℃以上的高温下仍能正常工作，这是传统半导体材料如Si、GaAs等所无法比拟的；AlGaN/GaN异质结在传感应用中具有一些独特的优势。GaN材料及AlGaN/GaN异质结为制作高性能的气体传感器提供了优良的材料。GaN基气体传感器是近年来国际上新兴的一个研究热点，受到人们广泛的关注。因此本论文开展了对GaN基气体传感器材料与器件的研究工作，具体的研究内容包括气体传感测试系统的设计与制作、气体传感器材料生长研究、气体传感器的器件研制、气体传感器性能测试与分析、气体传感机理研究等。主要取得了以下结果：　　 1.在国内率先制作了GaN基气体传感器，并对其传感特性进行了详细的研究　　 (1)采用溅射的方法制作了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管并测试了该器件对氢气的响应；比较了器件在25℃和100℃时的气体响应特性，最后计算得到器件在10％的氢气气氛下势垒高度降低了约81meV。　　 (2)制作了Pt/AlGaN/AlN/GaN肖特基二极管并测试了其对氢气的响应，器件的正向和反向电流在接触氢气后都显著增大；室温条件下从氮气切换到10％H2气氛，器件的Ⅰ-Ⅴ曲线几乎向左平移了0.3V，相应的肖特基势垒高度减小了约160meV；室温时器件对500ppm以下的氢气没有明显的响应，但当温度升高到100℃以后，器件对50ppm的氢气也有明显的响应；器件的灵敏度随着施加的电压而变化，在电压的起始部分存在两个灵敏度的峰值；在0.25V偏压下得到了37.7的灵敏度。　　 (3)Pt/AlGaN/AlN/GaN HEMT器件可以有场效应管(FET)和肖特基二极管(SD)两种工作模式；在FET模式工作时，可以得到较大的电流变化，但是灵敏度的数值较低；而在SD模式工作时，电流的变化比较小，但是在低偏压时可以获得较高的灵敏度数值。　　 (4)对比了金属Pt和Pd的传感特性：在相同条件下，催化金属为Pt的器件的电流变化幅度几乎为Pd的两倍；这表明室温下Pt具有比Pd更大的催化特性。　　 2.在国内率先研究了GaN基气体传感器的响应机理，并进行了气体响应的相关计算分析　　 GaN基气体传感器对氢气响应机理是氢分子在催化金属表面的分解成氢原子，氢原子扩散通过催化金属，吸附在金属和半导体的界面上形成偶极子层。对于肖特基二极管，这个偶极子层将肖特基势垒高度减小；对于HEMT型器件，这个偶极子层等效于在器件的栅极施加了一个正的偏压，将使AlGaN/GaN异质结的二维电子气浓度增大。空气中的氧气可以加快氢气的解吸附和器件的恢复。最后根据气体吸附理论进行了气体响应的相关计算。　　 3.生长了高质量的n型GaN材料和AlGaN/GaN异质结材料，并研究了KOH溶液、H2SO4和H3PO4混合溶液、(NH4)2S溶液对GaN和AlGaN/GaN异质结材料表面特性的影响　　 (1)通过MOCVD方法生长了高质量的n型GaN材料和AlGaN/(AlN)/GaN异质结材料，GaN材料的室温迁移率达到500cm2/V·s以上，AlGaN/GaN异质结2DEG的迁移率也达到1500cm2/V·s以上，这为器件的制作打下良好的基础。　　 (2)用KOH溶液处理的样品的Ga/N比最小，表明GaN表面经过KOH溶液处理后表面产生更多的Ga空位；XPS谱中Ga的2p峰都可以由与Ga-N键和Ga-O键对应的两个小峰拟合而成；经过表面处理后，这两个小峰的面积比都有不同程度的增大，表明KOH溶液、(NH4)2S溶液、H2SO4和H3PO4的混合溶液都能有效去除样品表面的氧化物；对于AlGaN/GaN材料表面，实验发现经H2SO4、H3PO4混合溶液处理后的AlGaN材料表面Al的含量有显著降低。　　 4.设计并制作了一套气体传感的测试系统　　 通过该系统可以实现从50ppm到100％很宽浓度范围的气体传感测试；测试温度也可以从室温到400℃；通过测试腔中的探针臂，制作的器件无需封装就可进行测试。