本发明公开了一种高可靠AlGaN/GaN异质结构的设计方法，其特征在于，分别生长不同Al组分和不同AlN插入层厚度的AlGaN/GaN HEMT结构并测量其二维电子气面密度，基于实测数据统计，建立势垒层晶格弛豫度模型，并将该模型耦合到异质结构能带和二维电子气浓度计算中，针对特定二维电子气面密度目标设计值，通过二维电子气面密度拟合，得到最优的材料结构参数，使AlGaN/GaN异质结构势垒层弛豫度达到最低。本发明的优点：可以在保证材料性能和器件性能的基础上，从根本上抑制由电、热等应力因素导致的器件性能退化，提高器件鲁棒性和可靠性，同时避免了大批量流片验证造成的成本浪费。