GaN作为第三代宽禁带半导体材料的代表，具有高电子饱和漂移速度、高热导率以及高击穿电场等特点，是发展高温、高压、微波大功率器件的优选材料，在雷达、通信、航空、航天等领域具有重要的应用价值。历经二十年的发展，GaN微波功率器件技术逐渐走向成熟，实用化进程不断推进。由于GaN材料本身的特点，器件常常工作在很高的偏置电压下，高场下器件性能退化引起的可靠性问题成为阻碍GaN功率器件大规模应用的主要因素之一。本项目通过研究AlGaN/GaN HEMT器件在高场工作条件下两端和三端发光现象，揭示了器件在不同工作状态下的发光机理，建立了高场下热电子跃迁和缺陷复合发光模型，提出了一种高场下集电、光、热一体的器件性能表征方法，为深入器件可靠性机理研究开辟了新的途径，同时也基于电致发光方法为GaN HEMT材料结构和器件结构优化提供理论指导。.（1）明确了AlGaN/GaN HEMT 电致发光的起源..当GaN HEMT器件中电压或电场占主导时（关态），电致发光（EL）以蓝色为主，主要由深能级缺陷相关的载流子碰撞离化引起，而当器件电流占主导时（开态），EL以红色为主，主要归因于热电子跃迁发光。发光光谱测试结果表明GaN HEMT器件的发光峰位于428nm和603nm附近,分别对应于上述两种机制。对GaN HEMT器件进行模拟发现，在栅-漏两端加高压时，电子和空穴分别分布于栅-源和栅-漏两侧，从而排除了带-带间载流子复合发光机理。.（2）建立了电致发光与材料结构和器件结构之间的关系..发现了GaN HEMT异质结构中高场下发光现象与沟道电子状态的关系，采用AlGaN背势垒有效提高沟道阱的量子限制作用，增大了电子基态与激发态能级差，大大减弱器件发光现象。在器件结构设计中，引入源场板降低峰值电场，实现电场分布平坦化，导致HEMT器件的发光区变宽，从而为器件结构的优化设计提供了实验依据。.（3）掌握利用电致发光进行器件可靠性设计的方法.通过GaN HEMT器件电致发光强度及发光位置的分析，建立了监控材料缺陷和器件工艺一致性的有效手段；揭示了EL临界电压与器件可靠性之间的关系；研究分析了不同偏压条件下电致发光光谱结构，建立了热电子温度、缺陷能级与器件性能退化之间的关系；提出基于能带裁剪设计新型异质结构以降低热声子寿命，为可靠性设计开辟了新思路。